Jak przekształcić odpady ogniotrwałe z powrotem w surowce
Cegły ogniotrwałe – specjalistyczne cegły stosowane w piecach na liniach produkcyjnych, piecach przemysłowych, piecach do spopielania i reaktorach używanych do procesów wysokotemperaturowych – są bardzo kosztowne i trudne w recyklingu. W ramach finansowanego przez UE projektu REFRASORT przez trzy lata szukano metod ulepszenia procesu sortowania zużytych materiałów ogniotrwałych w celu odzyskania przydatnego surowca z odpadów przemysłowych. Zespół uczestniczący w projekcie REFRASORT opracował zautomatyzowany system, który wykorzystuje spektroskopię emisyjną ze wzbudzeniem laserowym (LIBS) do klasyfikacji zużytych cegieł ogniotrwałych oraz system popychaczy do ich transportu. Potrzeba lepszego recyklingu jest oczywista. „Odzyskane materiały stanowią zaledwie 5–7% zapotrzebowania na surowce. Obejmuje to tylko kilka zastosowań, dlatego znaczna część materiału przepada” – mówi Liesbeth Horckmans, koordynator projektu REFRASORT i naukowiec specjalizujący się w dziedzinie zrównoważonych materiałów w belgijskiej firmie badawczej VITO. Obecnie większość zużytych materiałów ogniotrwałych jest wykorzystywana jako materiały niskiej jakości, na przykład do budowy koryt dróg, lub trafia na wysypisko śmieci. Jednocześnie europejscy producenci cegieł są w znacznym stopniu zależni od importu surowców potrzebnych do wyrobu cegieł (90% boksytu pochodzi z Chin), a ceny są zmienne. Zanieczyszczenie utrudnia sortowanie Sortowanie zużytych materiałów ogniotrwałych jest skomplikowane i dotychczas odbywało się ręcznie. Ekstremalne temperatury i kontakt z gorącą stalą i żużlem, a także pył gromadzący się podczas rozbiórki sprawiają, że na powierzchni cegieł tworzą się warstwy brudu, co utrudnia identyfikację elementów cegieł. Tego rodzaju zanieczyszczenia uniemożliwiają prawidłowe działanie czujników badających właściwości powierzchni. Zespół zaangażowany w REFRASORT rozwiązał ten problem poprzez zastosowanie techniki LIBS, która polega na emitowaniu dwóch wiązek lasera w kierunku każdego fragmentu odpadów transportowanych na taśmie przenośnika. Pierwsza wiązka lasera przenika warstwę zanieczyszczeń na głębokość 100 µm, umożliwiając drugiej wiązce lasera analizę materiału bez zakłóceń. „Jednym z problemów, które musieliśmy rozwiązać, była konieczność bardzo precyzyjnego rozmieszczenia materiału, ponieważ musieliśmy mieć pewność, że druga wiązka lasera trafia dokładnie w to samo miejsce, co pierwsza” – mówi dr Horckmans. Szybki transport Kolejną trudnością było zaprojektowanie wystarczająco szybkiego systemu transportu mechanicznego, aby mógł on nadążyć za pracą czujnika. „Dotychczas w systemach transportowych zazwyczaj wykorzystywano klapy mechaniczne lub układy pneumatyczne, ale w tym przypadku było to niemożliwe – jedna cegła waży często kilka kilogramów” – mówi dr Horckmans. Co więcej, każdy fragment musi znajdować się w określonej odległości od następnego. Zespół opracował system składający się z czterech podprocesów – ustawiania w szeregu, izolacji, rozstawiania oraz oddzielania – napędzanych przez szereg pneumatycznych urządzeń popychających. System sortuje osiem fragmentów jednocześnie i jest w stanie identyfikować jedną cegłę na sekundę, co razem przekłada się na wydajność wynoszącą dziesięć ton na godzinę. W 2016 roku zespół wykorzystywał narzędzie demonstracyjne stworzone w belgijskiej firmie recyklingowej ORBIX, za pomocą którego przesortowano 30 ton materiału, który następnie wykorzystano do budowy. „Przetestowaliśmy koncepcję wykorzystania techniki LIBS do identyfikacji i pokazaliśmy, że możemy to robić na skalę przemysłową, a otrzymane materiały nadają się do ponownego użytku” – mówi dr Horckmans. Uczestnicy projektu szukają obecnie funduszy na rozwój techniczny i ulepszenie systemu. Zgłaszają duże zainteresowanie ze strony przemysłu i mają nadzieję na pełne wdrożenie systemu w ciągu dwóch – trzech lat.
Słowa kluczowe
REFRASORT, sortowanie, recykling, materiały ogniotrwałe, cegła ogniotrwała, automatyka, spektroskopia laserowa, transport mechaniczny
