Η ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΛΙΓΝΙΤΙΚΩΝ ΙΠΤΑΜΕΝΩΝ ΤΕΦΡΩΝ ΩΣ Η ΛΥΣΗ ΣΤΟΝ ΡΟΜΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΙΦΟΡΙΑ ΤΩΝ ΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 Η ΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΛΙΓΝΙΤΙΚΩΝ ΙΠΤΑΜΕΝΩΝ ΤΕΦΡΩΝ ΩΣ Η ΛΥΣΗ ΣΤΟΝ ΡΟΜΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΕΙΦΟΡΙΑ ΤΩΝ ΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Σ. Τσίµας Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χηµείας, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Ε.Μ.Π., Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Αθήνα ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το ποσοστά χρήσεων των λιγνιτικών ιπταµένων τεφρών (στις οποίες υπάγονται οι ελληνικές τέφρες) στον δοµικό τοµέα είναι ακόµα πολύ µικρό συγκρινόµενο µε τις αντίστοιχες τέφρες που προέρχονται από πισσούχους άνθρακες (hard coal) Το γεγονός αυτό κυρίως αποδίδεται στα εγγενή τους χαρακτηριστικά και κυρίως στο περιεχόµενο τους σε θειικά και ελεύθερο οξείδιο του ασβεστίου. Τα χαρακτηριστικά αυτά που επιπροσθέτως έχουν και µεγάλο εύρος διακύµανσης εξαιρούν τις ελληνικές τέφρες από το Ευρωπαϊκό πρότυπο (EN 450-1) παρόλο το γεγονός ότι, όπως φαίνεται στην βιβλιογραφία, επιλεγµένες (κατάλληλες) ποιότητες από αυτές επιφέρουν πολύ καλές ιδιότητες ανθεκτικότητας και εποµένως µπορούν να χρησιµοποιηθούν σε σκυροδέµατα ειδικών απαιτήσεων.. Προκειµένου να θεσπισθούν γενικά κριτήρια επιλογής των κατάλληλων ποιοτήτων ιπταµένων τεφρών της ευρύτερης περιοχής Πτολεµαϊδας, πραγµατοποιήθηκε για τέσσερεις ΑΗΣ της περιοχής µία στατιστική ανάλυση των µεταβολών των χηµικών αυτών παραµέτρων και για µία χρονική περίοδο χρόνια. Επιπλέον στο πλαίσιο της εργασίας γίνεται µία συσχέτιση µεταξύ ΑΗΣ προέλευσης και πιθανής εφαρµογής στον δοµικό τοµέα και αξιολογούνται τα διατιθέµενα εργαλεία τόσο για την εκτίµηση της ποιότητας των τεφρών (αποτελέσµατα σύνθετης επεξεργασίας στατιστικών δεδοµένων) όσο και για την αντιµετώπιση των εγγενών προβληµάτων (όπως είναι η προεπιλογή, η αξιοποίηση κλασµάτων σε στοχευµένες εφαρµογές καθώς και η άλεση µε την παράλληλη ενυδάτωση των τεφρών. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο χώρος των δοµικών υλικών είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγµα της σύνδεσης ερευνητικών προσπαθειών µε την επιτυχηµένη εφαρµογή στην πράξη στοχεύοντας την αειφορία. Νοούµενης από την περιβαλλοντική της διάσταση Υπάρχουν πάρα πολλά παραδείγµατα που δικαιολογούν και ενισχύουν την παραπάνω διατύπωση. Ενδεικτικά θα µπορούσαµε να κωδικοποιήσουµε τις προσπάθειες αυτές ως εξής Ενσωµάτωση βιοµηχανικών παραπροϊόντων (κυρίως προϊόντων καύσης άνθρακα, όπως ΙΤ, FGD Gypsum και SDA) σε µία µεγάλη γκάµα παραδοσιακών κυρίως δοµικών υλικών Μελέτη, σχεδιασµό και ανάπτυξη νέων φιλικών προς το περιβάλλον δοµικών υλικών, όπως είναι τα βελιτικά τσιµέντα και το διαπερατό σκυρόδεµα Μείωση και κατά το δυνατόν εξάλειψη των περιβαλλοντικών προβληµάτων που δηµιουργούνται από το επιστρεφόµενο σκυρόδεµα στις µονάδες έτοιµου σκυροδέµατος και της αναπόφευκτης ανάγκης έκπλυσης των οχηµάτων µεταφοράς του. Οι προσπάθειες εστιάζονται στην αξιοποίηση του νερού έκπλυσης για παρασκευή νέου έτοιµου σκυροδέµατος Μείωση του εκπεµπόµενου διοξειδίου του άνθρακα από τις µονάδες παραγωγής των σηµαντικότερων δοµικών υλικών όπως είναι το τσιµέντο και ο ασβέστης Αντιµετώπιση του δηµιουργούµενου προβλήµατος από τα προϊόντα κατεδάφισης παλαιών κτισµάτων που είναι γνωστά ως οικοδοµικά απόβλητα κλπ Καίτοι, στο πλαίσιο των ερευνητικών µας δραστηριοτήτων έχουµε επαρκώς διερευνήσει και ανακοινώσει αποτελέσµατα από τους τέσσερεις ως άνω άξονες, η παρούσα εργασία

2 εστιάζεται στην πρώτη περίπτωση και εντοπίζεται στις ΙΤ που, λόγω παραγόµενων ποσοτήτων παρουσιάζουν για τα Ελληνικά δεδοµένα το µεγαλύτερο ενδιαφέρον. ΑΕΙΦΟΡΙΑ ΚΑΙ ΙΠΤΑΜΕΝΕΣ ΤΕΦΡΕΣ ΛΙΓΝΙΤΙΚΩΝ ΣΤΑΘΜΩΝ Είναι ερευνητικά αποδεδειγµένο και παγκοσµίως αποδεκτό ότι οι Ιπτάµενες τέφρες που προκύπτουν από την καύση ορυκτών ανθράκων διαφόρων γεωλογικών περιόδων έχουν θετική επίπτωση όταν συνεργάζονται µε το σκυρόδεµα είτε ως ξεχωριστά υλικά προστιθέµενες στον αναµικτήρα είτε ως συστατικά στους προβλεπόµενους από τους κοινοτικούς ή Εθνικούς κανονισµούς τύπους τσιµέντων. Έχοντας πλέον αποδεχτεί ότι η έκφραση Waste to resource βρίσκει την απόλυτη δικαίωση της στις ιπτάµενες τέφρες, εδώ και πολλά χρόνια οι προσπάθειες στον χώρο αυτό εντοπίζονται στην αξιοποίηση όσο το δυνατόν µεγαλύτερων ποσοτήτων από αυτές και εστιάζονται κυρίως στην αντιµετώπιση των εγγενών προβληµάτων που αυτές παρουσιάζουν. Για τις λιγνιτικές ιπτάµενες τέφρες, όπως είναι οι Ελληνικές και µέσα από προσπάθειες που προσεγγίζουν τα πενήντα χρόνια, έχει αποδειχθεί ότι έχουν, υπό προϋποθέσεις, θετική συνεισφορά στα σκυροδέµατα στα οποία θα εφαρµοσθούν καθόσον βελτιώνουν σε µεγάλο βαθµό πολλές από τις ιδιότητες τους, όπως είναι η ανάπτυξη αντοχών, ο ρυθµός έκλυσης θερµότητας ενυδάτωσης, η ανθεκτικότητα των κατασκευών κλπ. Η Ελληνική τέφρα υψηλής περιεκτικότητας σε ασβέστιο (HCFA), µολονότι δεν εµπίπτει στις σχετικές Ευρωπαϊκές προδιαγραφές, [1] µπορεί να εξασφαλίσει ικανοποιητική απόδοση για το τελικό προϊόν όταν χρησιµοποιηθεί κατάλληλα. [2-5] Η εφαρµογή της παράλληλα συντελεί τόσο στην µείωση των περιβαλλοντικών προβληµάτων από την απόθεση της, όσο και στην εξοικονόµηση ενέργειας και πρώτων υλών στον χώρο των δοµικών υλικών. Η αντιµετώπιση των εγγενών προβληµάτων σχετίζεται άµεσα µε την ποιοτική αναβάθµιση των τεφρών και αυτή η τελευταία συναρτάται άµεσα µε το είδος και την προέλευση της εκάστοτε τέφρας. [6, 7]. Μένοντας στον χώρο των Ελληνικών τεφρών, µια ολιστική αντιµετώπιση των που θα οδηγήσει στην ενδεδειγµένη διαχείριση των θα πρέπει να έχει δεδοµένα: ι) την διαφοροποίηση της ποιότητας σε σχέση µε τον ΑΗΣ προέλευσης και ιι) την συσχέτιση εύρους εφαρµογών σε σχέση µε την ποιότητα τους. Η ποιοτική αναβάθµιση θα πρέπει να εφαρµοσθεί στις τέφρες εκείνες που µε την κατεργασµένη (αναβαθµισµένη) µορφή αποκτούν µεγαλύτερη αξία. Η διάκριση σε ακατέργαστες και κατεργασµένες ιπτάµενες τέφρες προβλέπεται στο ΦΕΚ 551 (τεχνικές προδιαγραφές για τις Ελληνικές ΙΤ) [8] το οποίο είναι σε ισχύ από τις 18/10/2007. Στο ΦΕΚ προδιαγράφονται οι παρακάτω δύο κατηγορίες τεφρών οι οποίες για µία αρχική περίοδο 10 ετών θα χρησιµοποιούνται µόνο σε εφαρµογές αόπλου σκυροδέµατος, καθώς επίσης σε κoνιάµατα και ενέµατα: i) ΕΤ1 που είναι ακατέργαστη τέφρα µε R 45 <45% και SO 3 <7% Στην κατηγορία ΕΙΤ1, συµπεριλαµβάνονται οι IT που διατίθενται όπως συλλέγονται ή µε στοιχειώδη οµογενοποίηση επιλεκτικά συλλεγόµενου υλικού, για τις οποίες µπορεί να καθορισθούν όρια ανάλογα µε την προβλεπόµενη χρήση. Τέτοια όρια µπορούν να καθορίζονται στις Προδιαγραφές που αφορούν τη συγκεκριµένη χρήση, όπως π.χ. χρήση IT στην κατασκευή οδοστρωµάτων στην οδοποιία. Στην περίπτωση αυτή οι απαιτήσεις ανάπτυξης αντοχής είναι µικρές: Χαρακτηριστικό πεδίο εφαρµογής, η ανάµιξη ΙΤ και εδαφικού υλικού για υπόβαση οδοστρωµάτων. ii) ΕΤ2 που είναι κατεργασµένη τέφρα µε R 45 <30%, SO 3 <5% και CaOf <3%. Στην κατηγορία ΕΙΤ2 συµπεριλαµβάνονται οι IT που είναι δυνατό να υποκαταστήσουν ποσοστό τσιµέντου CEM I στο σκυρόδεµα φερουσών άοπλων κατασκευών. Για την παραγωγή κατεργασµένης τέφρας απαιτείται σύστηµα οµογενοποίησης, άλεσης/υδρόλυσης και ποιοτικού ελέγχου ώστε να αποδίδεται ένα υλικό που να εµπίπτει στις διατάξεις της Προδιαγραφής αυτής. Αυτό προϋποθέτει ότι η τροφοδοσία του συστήµατος άλεσης υδρόλυσης θα γίνεται µε ένα προεπιλεγµένο υλικό µε ιδιότητες εντός ορίων (max or min).

3 Οι αναφερθείσες «προϋποθέσεις» καθώς και τα αναφερθέντα όρια προκύπτουν µέσα από ανάλυση των εγγενών χαρακτηριστικών των Ελληνικών ΙΤ που έχουν διεξοδικά µελετηθεί και έχει διαπιστωθεί ότι, προκειµένου αυτές να αξιοποιηθούν στον κατασκευαστικό τοµέα, τα κύρια προβλήµατα που απαντώνται στην ακατέργαστη Ελληνική ΙΤ και των δύο περιοχών (µε διαφορετική βαρύτητα σε κάθε µία), είναι : i) Η Ανοµοιογένεια: στην φυσική, χηµική, και ορυκτολογική σύσταση λόγω διαφορετικής προέλευσης λιγνίτη, συνθηκών καύσης, και µέσων συλλογής, ii) Η Λεπτότητα: Η ΙΤ και κυρίως η προερχόµενη από τους ΑΗΣ Μεγαλόπολης, είναι σχετικά χονδρόκοκκη, παρουσιάζοντας έτσι χαµηλή ενεργότητα. Επιπλέον το χονδρόκοκκο υλικό περιέχει υψηλότερα ποσοστά άκαυστου άνθρακα που προκαλεί διογκώσεις στην κατασκευή, iii) Το Υψηλό ποσοστό ελεύθερου CaO: Αυτό προκαλεί προβλήµατα διογκώσεων και απότοµης έκλυσης θερµότητας που οδηγούν σε ρηγµάτωση της κατασκευής. Το πρόβληµα αυτό απαντάται ιδιαίτερα στις τέφρες περιοχής Πτολεµαΐδας και iv) Το Υψηλό ποσοστό θειικών: Αυτά δηµιουργούν προβλήµατα ύστερης διόγκωσης και ρηγµάτωσης της κατασκευής. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι η σύσταση των CaOf και των SO 3 στην ιπτάµενη τέφρα καθορίζεται σε µεγάλο ποσοστό από την αλληλεπίδραση µεταξύ των κατά την επισυµβαίνουσα φυσική αποθείωση που παρατηρείται στους ασβεστούχους λιγνίτες. Πιο συγκεκριµένα το απελευθερούµενο από την διάσπαση του ανθρακικού ασβεστίου στις υψηλές θερµοκρασίες των λεβήτων(>900 ο C), οξείδιο του ασβεστίου αντιδρά ακαριαία µε το SO 2 του καυσίµου προς θειικό ασβέστιο (που παρατηρείται πάντοτε στα XRD) των ιπταµένων τεφρών. Σε χαµηλότερες θερµοκρασίες (<800 ο C) δεν αντιδρά άλλο το οξείδιο του ασβεστίου παραµένοντας ελεύθερο, εκτός από κάποιο ποσοστό του που έχει επίσης αντιδράσει µε το πυρίτιο δίνοντας λανθάνουσες υδραυλικές ενώσεις όπως CS ή C 2 S. Άρα, όταν στην τέφρα υπάρχει πολύ ελεύθερο οξείδιο του ασβεστίου, όπως στην περίπτωση του ΑΗΣ Καρδιάς, τότε ναι µεν δεν θα έχουµε εκποµπές SO 2 στην ατµόσφαιρα, αλλά ανάλογα και µε την αρχική περιεκτικότητα σε θείο του λιγνίτη (που κατά µέσο όρο είναι στο 0,9-1% επί ξηρού), θα αυξηθούν τα θειικά της τέφρας καθόσον όλο το SO 2 θα έχει δεσµευτεί. Η ανάλυση στους τέσσερις καταρχήν αρνητικούς παράγοντες που περιγράφτηκαν προηγουµένως και η επιτυχής αντιµετώπιση των έχει οδηγήσει στην πραγµατοποίηση επιτυχών πιλοτικών εφαρµογών στην κατασκευή οδοστρωµάτων και προκατασκευασµένων στοιχείων σκυροδέµατος. Κορωνίδα όλων αυτών των εφαρµογών αποτέλεσε η κατασκευή του υδροηλεκτρικού φράγµατος Πλατανόβρυσης της ΕΗ στον ποταµό Νέστο, από τη ιεύθυνση Υδροηλεκτρικών Έργων ( ΑΥΕ), µε κυλινδρούµενο σκυρόδεµα (RCC), όπου η ιπτάµενη τέφρα Πτολεµαΐδας συνιστούσε περίπου το 80% της κονίας που χρησιµοποιήθηκε για το κύριο σώµα του φράγµατος. Στην περίπτωση αυτή υπήρχε απαίτηση το ελεύθερο CaO να µην υπερβαίνει το 3% για τους λόγους που αναφέρθηκαν προηγουµένως. [9-12] Για την προαναφερθείσα επιτυχή αντιµετώπιση των τεσσάρων εγγενών προβληµάτων που προαναφέρθηκαν, έχουν αναπτυχθεί από τους Έλληνες τεχνικούς δύο σηµαντικά εργαλεία, όπως είναι: i) Το σύστηµα προεπιλογής των τεφρών, µε το οποίο αντιµετωπίζεται το πρόβληµα της ανοµοιογένειας καθώς και αυτό του υψηλού ποσοστού θειικών [13, 14] και ii) Ο µύλος άλεσης-κατεργασίας µε ταυτόχρονη µερική ενυδάτωση (ψεκασµός µε νερό για µείωση του ελεύθερου ασβεστίου παράλληλα µε την άλεση της τέφρας). Με το δεύτερο αυτό εργαλείο αντιµετωπίζονται επιτυχώς τα άλλα δύο επισηµανθέντα προβλήµατα της ακατέργαστης τέφρας. [9, 10] Προκειµένου για προσθήκη των Ελληνικών ΙΤ σε σύµµεικτες υδραυλικές κονίες, οι ως άνω τέσσερις παράγοντες στην ουσία περιορίζονται στο πρόβληµα της ανάγκης για συµπληρωµατική άλεση και σε αυτό της ανοµοιογένειας που εστιάζεται στις διακυµάνσεις των θειικών και σε αυτές του ελεύθερου CaO των ακατέργαστων τεφρών. Οι εξάρσεις των ΙΤ στα συστατικά αυτά καθιστούν προβληµατική τη συνεργασία τους µε το clinker, καθότι δηµιουργούν µεταγενέστερες διογκώσεις και το υλικό που προκύπτει δεν εµπίπτει στους ισχύοντες κανονισµούς ΕΝ197 για τους τύπους τσιµέντου και ΕΝ196 για τον ποιοτικό έλεγχό του.

4 εδοµένου του µεγάλου προβλήµατος της ανοµοιογένειας, µία επιτυχηµένη συµµόρφωση και των δύο προβλεπόµενων τύπων ΕΤ1 και ΕΤ2, µε τις απαιτήσεις που θέτει η Ελληνική Τεχνική Προδιαγραφή, προϋποθέτει ένα σύστηµα σωστής προεπιλογής τους. Για την προεπιλογή, που περιγράφεται εκτενέστερα στα συµπεράσµατα, απλά απαιτείται ένας καθηµερινός ποιοτικός έλεγχος αντιπροσωπευτικού δείγµατος των τεφρών ως προς τα SO 3 και το CaOf και η ξεχωριστή αποθήκευση των ποσοτήτων που καλύπτουν τα όρια. Οι τέφρες αυτές επιδέχονται πλέον περαιτέρω αξιοποίηση. Για µία συστηµατική βιοµηχανική εκµετάλλευση των ΙΤ και προκειµένου να περιορισθούν οι πιθανότητες ποιοτικής αστοχίας κατά την επιλογή της τροφοδοσίας είτε της τέφρας ΕΙΤ1 είτε της ΕΙΤ2 πραγµατοποιήθηκε, στο πλαίσιο της παρούσης εργασίας, µία στατιστική διερεύνηση που στόχευε στον εντοπισµό των κριτηρίων εκείνων η εφαρµογή των οποίων θα ελαχιστοποιούσε τον κίνδυνο απόρριψης των ποσοτήτων που δεν θα τα ικανοποιούσαν. Εναλλακτικά µέσω της στατιστικής διερεύνησης µπορούν να προκύψουν ευκολότερα οι αποδεκτής ποιότητας τέφρες. Η στατιστική αυτή επεξεργασία αναφέρεται στη καταγραφή των διακυµάνσεων των θειικών και του ελεύθερου οξειδίου του ασβεστίου αυξηµένες τιµές των οποίων, όπως προαναφέρθηκε, καθιστούν προβληµατική τη συνεργασία µε το τσιµέντο.[15, 16] Επιµέρους στόχοι της µελέτης είναι να διαπιστωθεί εάν εντοπίζονται εποχιακές µεταβολές καθώς επίσης να ταξινοµηθούν οι υπάρχοντες ΑΗΣ του Β. Πεδίου (περιοχή Πτολεµαΐδας) ως προς το βαθµό ανταπόκρισής τους στα υπάρχοντα κριτήρια. Αυτό είναι απαραίτητο καθόσον δεν είναι δυνατό το σύστηµα της προεπιλογής να εγκατασταθεί σε όλους τους ΑΗΣ. Η στατιστική επεξεργασία βασίστηκε: ι) στο συγκερασµό υπαρχόντων ιστορικών δεδοµένων διαφορετικής προέλευσης ιι) σε ένα συστηµατικό καθηµερινό έλεγχο για ένα µήνα (Νοέµβριος 2010) της ποιότητας της ακατέργαστης ΙΤ για τον ΑΗΣ Αγ. ηµητρίου και ιιι) στην επιλογή 5 δείγµατα από τους ΑΗΣ της ευρύτερης περιοχής Πτολεµαΐδας µε κατά το δυνατό διαφοροποιηµένες τις κρίσιµες παραµέτρους SO 3 και CaOf, προκειµένου να πραγµατοποιηθούν σε πιλοτική κλίµακα οι προβλεπόµενες φυσικοµηχανικές δοκιµές. Ως όρια κριτηρίων αξιολόγησης για όλες τις περιπτώσεις όλων των δειγµάτων των τεφρών ορίστηκαν καταρχήν για µεν τα θειικά οι τιµές 5% και 7% (που προβλέπονται από το ΦΕΚ, [8]) και έτσι ορίζονται οι περιοχές: <5%, 5-7%, >7%, για δε το ελεύθερο οξείδιο του ασβεστίου τιµές <9% που είναι το όριο που θέτει το REACH καθώς και <12,5% που είναι το όριο ανταπόκρισης της υπάρχουσας διάταξης άλεσης για επιτυχή ενυδάτωση του CaOf και µείωση του σε τιµές <3%. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Ιστορικά δεδοµένα Μέσα από την παράθεση των υπαρχόντων στοιχείων ανά έτος και ανά µήνα, µορφώθηκε µία σειρά πινάκων και διαγραµµάτων που τελικώς οδήγησε στα ανά έτος πινακίδια της µορφής που παρατίθεται στη συνέχεια (πίνακας 1) όπου και παρουσιάζονται τα ποσοστά συµµόρφωσης στα αναφερθέντα κριτήρια των ΙΤ κάθε ΑΗΣ και για κάθε έτος. Τα πινακίδια στη συνέχεια αναφέρονται στον ΑΗΣ Αγίου. ηµητρίου. Πινάκας 1. Ποσοστά συµµόρφωσης ΙΤ βάσει κριτήριων αξιολόγησης ΕΤΟΣ: 2007 ΕΤΟΣ: δείγµατα [SO - 3 ]<5 5<[SO - 3 ]<7 [SO - 3 ]>7 12 δείγµατα [SO - 3 ]<5 5<[SO - 3 ]<7 [SO - 3 ]>7 [CaO f ]<9 50,0% 8,3% 0,0% [CaO f ]<9 16,7% 50,0% 0,0% 9<[CaO f ]<12,5 8,3% 33,3% 0,0% 9<[CaO f ]<12,5 16,7% 16,7% 0,0% [CaO f ]>12,5 0,0% 0,0% 0,0% [CaO f ]>12,5 0,0% 0,0% 0,0% ΕΤΟΣ: 2009 ΕΤΟΣ: δείγµατα [SO - 3 ]<5 5<[SO - 3 ]<7 [SO - 3 ]>7 12 δείγµατα [SO - 3 ]<5 5<[SO - 3 ]<7 [SO - 3 ]>7 [CaO f ]<9 50,0% 0,0% 0,0% [CaO f ]<9 66,7% 0,0% 0,0% 9<[CaO f ]<12,5 50,0% 0,0% 0,0% 9<[CaO f ]<12,5 33,3% 0,0% 0,0% [CaO f ]>12,5 0,0% 0,0% 0,0% [CaO f ]>12,5 0,0% 0,0% 0,0%

5 Από τα πινακίδια αυτά συµπερασµατικά προέκυψαν διαγράµµατα όπου φαίνεται διαχρονικά το ποσοστό των τεφρών κάθε ΑΗΣ που ικανοποιεί τον συνδυασµό των κριτηρίων. Τα δύο διαγράµµατα που παρουσιάζονται στην συνέχεια (σχήµατα 1 και 2) ως παράδειγµα, αναφέρονται επίσης στον ΑΗΣ Αγίου. ηµητρίου. Σχήµα 1. Μεταβολή σε σχέση µε τον χρόνο, του ποσοστού των τεφρών ΑΗΣ Αγίου ηµητρίου που ικανοποιούν τα κριτήρια (SO 3 < 5%, CαOf <9%) Σχήµα 2. Μεταβολή σε σχέση µε τον χρόνο, του ποσοστού των τεφρών ΑΗΣ Αγίου ηµητρίου που ικανοποιούν τα κριτήρια (SO 3 < 7%, CαOf <9%) Συστηµατικός καθηµερινός έλεγχος (Νοέµβριος 2010) Ο καθηµερινός έλεγχος της διακύµανσης των τιµών των κυριότερων παραµέτρων (Νοέµβριος 2010) αποσκοπούσε στον ενδεχόµενο εντοπισµό των ηµερήσιων αποκλίσεων οι οποίες «εξοµαλύνονταν» σε ένα µηνιαίο δείγµα. Στην παράθεση που ακολουθεί αναφέρονται µόνο οι παράµετροι που ελέχθησαν και προηγουµένως (σχήµα 3, θειικά, σχήµα 4 CaOf) ενώ επιπρόσθετα καταγράφηκαν (πίνακας 2) και τα ποσοστά συµµόρφωσης των ηµερήσιων δειγµάτων βάσει των κριτηρίων αξιολόγησης. Σχήµα 3. Μεταβολές SO 3 2- ηµερήσιων δειγµάτων ΑΗΣ ΑΓ. ηµητρίου (11/2010)

6 Σχήµα 4. Μεταβολές CaOf ηµερήσιων δειγµάτων ΑΗΣ ΑΓ. ηµητρίου (11/2010) Πίνακας 2. Ποσοστά συµµόρφωσης ηµερήσιων δειγµάτων ΑΗΣ Αγίου ηµητρίου βάσει κριτηρίων αξιολόγησης (Νοέµβριος 2010) 27 δείγµατα [SO - 3 ]<5 5<[SO - 3 ]<7 [SO - 3 ]>7 [CaO f ]<9 0,0% 55,6% 11,1% 9<[CaO f ]<12,5 0,0% 14,8% 18,5% [CaO f ]>12,5 0,0% 0,0% 0,0% Στο σχήµα 3 φαίνεται ότι τα θειικά αυξοµειώνονται έντονα µεταξύ 7 και 10/11 ενώ στη συνέχεια οι αυξοµειώσεις εξοµαλύνονται. Ο µέσος όρος των τιµών είναι 6,73% και ένα ποσοστό περίπου 30% των δειγµάτων (8/27) είναι µεγαλύτερο του 7% άρα καταρχήν ως µεµονωµένα δείγµατα οι ποσότητες των ΙΤ που αντιστοιχούν σε αυτά θα πρέπει να απορριφθούν. Όλη η υπόλοιπη ποσότητα περιλαµβάνεται στην περιοχή 5-7%. Για το CaOf (σχήµα 4) διακρίνονται σε σχέση µε την τιµή 9% δύο χρονικές περίοδοι. Μία που αντιστοιχεί στο πρώτο οκταήµερο µε αρκετά χαµηλές τιµές και µία δεύτερη που περιλαµβάνει όλο το υπόλοιπο διάστηµα έως το τέλος του µηνός όπου οι τιµές κυµαίνοντο περί το 9% (εξαίρεση το τελευταίο 4ήµερο µε χαµηλές τιµές πάλι). Ο µέσος όρος του CaOf είναι 8,17% γεγονός που οδηγεί στο συµπέρασµα ότι αν ανακατέψουµε τις τέφρες όλου του µήνα καλύπτουµε την απαίτηση για CaOf <9%. Ο πίνακας 2 παρουσιάζει τα ποσοστά των τεφρών που σε ηµερήσια βάση κάλυπταν και τα δύο κριτήρια. Παρατηρείται ότι ενώ κανένα δείγµα της περιόδου αυτής δεν µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τέφρα που να ανταποκρίνεται στην κατηγορία ΕΙΤ2 το 56% των δειγµάτων καλύπτει την απαίτηση των τεφρών ΕΙΤ1 του ΦΕΚ 551. Αν υπάρχει η δυνατότητα να αναµειχθούν οι τέφρες ενός µήνα, είναι προφανές, ότι το 30% των τεφρών που απορρίπτεται λόγω θειικών δύναται να επαναχρησιµοποιηθεί δεδοµένου ότι ο µέσος όρος του µήνα είναι 6,73<7%. Έλεγχος καταλληλότητας επιλεγµένων δειγµάτων Τέλος για την σύνδεση των δεδοµένων της στατιστικής επεξεργασίας (και ενδεχόµενη αλλαγή των ορίων) µε τις φυσικοµηχανικές ιδιότητες τσιµέντων προερχόµενων από άλεση µειγµάτων κλίνκερ µε ιπτάµενες τέφρες που έχουν διαφορετικά SO 3 και CaOf, κρίθηκε σκόπιµο να ληφθούν δείγµατα τεφρών µε εκτιµώµενες διαφοροποιηµένες τιµές των SO 3 και CaOf. Στις επιδιώξεις του φορέα ΕΜΠ ήταν η λήψη δείγµατος και µε µεγαλύτερο ποσοστό SO 3 (περί το 9%) µε CaOf της τάξης του 10-11% κάτι που τελικά δεν επιτεύχθηκε καθόσον οι προκύπτουσες από τις µονάδες τέφρες ήταν της τάξης SO 3 : 5-6,5%. Στον πίνακα 3 παρουσιάζονται στοιχεία για τα 5 δείγµατα καθώς και ο βαθµός ανταπόκρισής τους στα φυσικοµηχανικά τεστ. Πίνακας 3. εδοµένα και έλεγχος καταλληλότητας επιλεγµένων δειγµάτων α/α ΑΗΣ (µονάδα) Ηµερ. ειγµατοληψίας SO 3 (%) CaOf(%) Σχόλια 1 Α. (ΙΙ) 13/05/ ακατάλληλο 2 Α.Φ. (Ι) 13/05/ ΟΚ 3 Α. (ΙΙ) 15/07/ ΟΚ 4 Α. (ΙΙ) 24/11/ ακατάλληλο 5 Α. (ΙΙ) 19/12/ ΟΚ

7 Η καταλληλότητα ή όχι του δείγµατος στηρίχθηκε στα προβλεπόµενα από τις προδιαγραφές φυσικοµηχανικά τεστ Έτσι τα δείγµατα 1 και 4 απορρίφθηκαν λόγω του υψηλού CaOf (πού οδήγησε σε ανεπιθύµητες διογκώσεις ) και όχι τόσο λόγω των τιµών των θειικών (που ήταν µεν συγκριτικά οι µεγαλύτερες των πέντε δειγµάτων αλλά δεν ήταν αποτρεπτικές περαιτέρω χρήσης. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Όλα τα δεδοµένα, παρατηρήσεις και αναλύσεις επιβεβαιώνουν την άποψη ότι υπάρχουν σηµαντικότατες διαφοροποιήσεις στη σύσταση των τεφρών των ΑΗΣ της περιοχής Πτολεµαΐδας που συµβαίνουν όχι µόνο από ΑΗΣ σε ΑΗΣ αλλά αρκετές φορές, (ανάλογα µε το σύστηµα ανάµιξης του λιγνίτη που υπάρχει στην αυλή του ΑΗΣ και ανάλογα µε το σύστηµα τροφοδοσίας των µονάδων από την αυλή) και από µονάδα σε µονάδα του ιδίου ΑΗΣ. Οι επικρατούσες συνθήκες και ατµόσφαιρα στους λέβητες συντείνουν σε ενδεχόµενες επιπλέον διαφοροποιήσεις µεταξύ των µονάδων του ιδίου ΑΗΣ, ενώ η λειτουργική κατάσταση των συστηµάτων αποκονίωσης οδηγεί σε διαφοροποιήσεις στη λεπτότητα των τεφρών µεταξύ των διαφόρων µονάδων. Ο καθοριστικός όµως λόγος των παρατηρούµενων διαφοροποιήσεων οφείλεται στην ασβεστούχα προέλευση των ανόργανων συστατικών του λιγνίτη όλων των ορυχείων που τροφοδοτούν τους ΑΗΣ της περιοχής Πτολεµαΐδας. Οι συχνές µεταβολές στη σύσταση των ανόργανων συστατικών του ορυχείου προέλευσης του λιγνίτη σε συνδυασµό µε το µεγάλο ποσοστό που τα ανόργανα αναπόφευκτα συνυπάρχουν στους Ελληνικούς λιγνίτες δικαιολογούν την εικόνα της µη σταθερότητας στην σύσταση και ποιότητα της τέφρας. Η εικόνα αυτή µεγιστοποιείται και από τις περιστασιακές για την εξασφάλιση του ενεργειακού δυναµικού συντροφοδοτήσεις των µονάδων και από άλλα καύσιµα. Με δεδοµένες αυτές τις επισηµάνσεις, οι διαχρονικά παρατηρηθείσες µεγάλες µεταβολές στη σύσταση των ιπταµένων τεφρών ΑΗΣ θα πρέπει να αποδοθούν στο ορυχείο προέλευσης του λιγνίτη. Σε σχέση αφενός µε τις διαφοροποιήσεις και αφετέρου µε τα κριτήρια που τέθηκαν, τα αποτελέσµατα της µελέτης οδηγούν στον παρακάτω πίνακα 4. που περιλαµβάνει τις πιθανότητες κάθε ΑΗΣ να παράξει τέφρα που να ικανοποιεί τους δόκιµους (µε βάση το ΦΕΚ) συνδυασµούς και των δύο κριτηρίων. Πίνακας 6. Συγκεντρωτικά ποσοστά συµµόρφωσης κριτήριων της τελευταίας δεκαετίας ΙΤ ΑΗΣ περιοχής Πτολεµαϊδας ΑΗΣ % ικανοποίησης CaOf<9% και SO 3 <5% % ικανοποίησης CaOf<9% και SO 3 <7% Αγ. ηµητρίου Καρδιάς 0 0 Αµυνταίου Πτολεµαΐδας Παρατηρείται ο µηδενικός βαθµός ικανοποίησης των κριτηρίων από τις τέφρες του ΑΗΣ Καρδιάς (πολύ υψηλές τιµές CaOf )και ο αντίστοιχος πολύ µικρός βαθµός από τις τέφρες του ΑΗΣ Πτολεµαΐδας. Με δεδοµένη µάλιστα την εικόνα των τεφρών των δύο ΑΗΣ της τελευταίας 5ετίας προτείνεται να µη χρησιµοποιηθούν τέφρες από αυτούς για να καλυφθούν οι απαιτήσεις του ΦΕΚ 551/2008 και για τους δύο προβλεπόµενους τύπους. Ειδικά όµως για τον ΑΗΣ Καρδιάς, επειδή τα τελευταία χρόνια εµφανίζει ικανοποιητικές τιµές θειικών, στις ιπτάµενες τέφρες του αυτές θα µπορούσαν να χρησιµοποιηθούν σε εφαρµογές (όπως στις οδικές υποβάσεις) που θέτουν όριο για τα SO 3 ενώ δεν τους ενδιαφέρουν οι υψηλές τιµές CaOf. Αντίθετη εικόνα παρουσιάζουν οι δύο άλλοι ΑΗΣ και κυρίως οι τέφρες του ΑΗΣ Αµυνταίου Φιλώτα. Ο ΑΗΣ αυτός µπορεί ανενδοίαστα να χρησιµοποιηθεί για τροφοδοτήσει τέφρες µε απαίτηση για χαµηλό CaOf ενώ επίσης έχει µεγαλύτερο ποσοστό τεφρών από τον ΑΗΣ Αγίου ηµητρίου που ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις της ποιότητας ΕΙΤ2 του ΦΕΚ (SO 3 < 5%). Ειδικά για τον ΑΗΣ Α. ηµητρίου, που, ως νεότερος, έχει και την κατάλληλη υποδοµή

8 λήψης τέφρας, τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αυξηµένο ποσοστό κάλυψης των δύο κριτηρίων και εποµένως όσο ο συγκεκριµένος ΑΗΣ συνεχίζει να τροφοδοτείται από το ίδιο ορυχείο τότε είναι µεγάλες και οι πιθανότητες εύρεσης ποσοτήτων τεφρών συµβατών µε τεθέντα κριτήρια. Επιπρόσθετα από τον καθηµερινό για ένα µήνα έλεγχο καταγράφηκαν σηµαντικές ηµερήσιες αποκλίσεις που είναι αδύνατο να τις ενσωµατώσει το µηνιαίο δείγµα και για αυτό η πραγµατική εικόνα της ποιότητας πρέπει να προκύπτει µέσα από επανειληµµένους ελέγχους της ποιότητας σε µικρότερα χρονικά διαστήµατα. Αυτό σηµαίνει ότι καίτοι οι µέσοι µηνιαίοι όροι είναι σε αποδεκτές τιµές και για τα θειικά (<7%) και για το ελεύθερο οξειδίου του ασβεστίου ( <9%), υπάρχουν µέρες µέσα στο µήνα (όχι απαραίτητα οι ίδιες) που σηµειώνονται εξάρσεις τόσο στις τιµές των SO 3 όσο και στις τιµές του CaOf. Αν υπάρχει η δυνατότητα να αναµειχθούν οι τέφρες ενός µήνα, είναι προφανές, ότι το σηµαντικά ποσοστά των τεφρών που απορρίπτονται είτε λόγω SO 3 είτε λόγω CaOf δύναται τελικά να χρησιµοποιηθεί δεδοµένου ότι, όπως αναφέρθηκε, καλύπτονται οι µέσοι όροι του µήνα. Εκτιµώντας όµως ότι είναι δύσκολη η ανάµιξη µεγάλων ποσοτήτων τεφρών, έχει προταθεί από την ερευνητική µας οµάδα η ιδέα της προεπιλογής των τεφρών που ανταποκρίνονται θετικά στα όρια των απαιτήσεων. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η εργασία αποτελεί µέρος του ευρύτερου προγράµµατος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ µε τίτλο «ΤΕΦΡΟ ΟΣ: Έλεγχος καταλληλότητας Ελληνικών Ιπταµένων τεφρών ως συστατικών σύµµεικτης υδραυλικής κονίας» στο οποίο συνέβαλαν οι Μουτσάτσου Αγγελική, Παπαδόπουλος Αχιλλέας, Βαρδάκα Γεωργία, ρόσου Χριστίνα Αµαλία, Ζερβάκη Μόνικα, Μασαβέτας Ηλίας, Τσίµας Μανόλης, Βαβυλώνη Κατερίνα προς τους οποίους και εκφράζονται θερµές ευχαριστίες ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] EN 450-1: Method of testing fly ash. Determination of free calcium oxide content, 2003 [2] ECOBA Statistics on Production and Utilization of CCPs in Europe. [3] Mehta, P.K. Role of pozzolanic and cementitious materials in sustainable development of the concrete industry, 6 th CANMET/ACI international conference on fly ash, silica fume, slag and natural pozzolans in concrete, Malhotra V.M. (ed), I, (1998) [4] Papayianni I., Strength and Bond Data for Greek High-Lime Fly Ash Concrete, ACI- SP-91, Editor V. M. Malhotra, Volume 1, Detroit 1986, p [5] Papayianni, J. An investigation of the pozzolanicity and hydraulic reactivity of a highlime flyash, Magazine of Concrete Research, London 1987, Vol. 39, N o 138. [6 ] Lutze D., W. von Berg (editors), Handbook on fly ash in concrete, Verlag Bau+Technik, 2009, 146p [7] Lewandowski W., Η-J Feuerborn, Processing plants for fly ash in Europe Proc. of International Scientific and Practical Workshop ASHES ON TPPS, Moscow 2007pp [8] FEK 551, Part Β, National Technical Specifications, «Hellenic Fly Ashes», Athens, 18/4/2007. [9] Kravaritis A, Tsimas S, Moutsatsou A, Tsiknakou Y, Utilization of Fly Ash for Construction of Dams by RCC Method, Proc. Power-Gen 96, Europe, Vol. 1, 1996, pp [10] Tsimas S., Moutsatsou Tsima A, High Calcium Fly ash as the fourth constituent in concrete: Problems, Solutions and Perspectives, Cement and Concrete Composites 27 (2), pp [11] Papayianni I. Use of calcareous ash in civil engineering, 2 nd EuroCoalAsh Conference, Copenhagen Denmark May 2011, Proc.p

9 [12] Tsimas, S., Papayianni, I. and Antiohos, S., High Calcium Fly Ashes from Lignite Sources. Standardization Aspects and Application in Practice, Keynote Paper submitted for Inclusion in the Proceedings of the 10 th International Conference: Ashes from Power Plants, Warsaw, Poland, October 2003, pp [13] Tsimas S. and S. K. Antiohos The management of European HCFA as a key for the extension of their application in the construction sector, Proc. of the special seminar Processing and usage of High Calcium Fly Ash Belchatov, Poland (2006) pp [14] Tsimas S., G. Vardaka, M. Zervaki, The preselection of high calcium fly ashes as the first step for their further evaluation Warsaw (2008), 1 st EuroCoalAsh Conference, pp [15] Argyrous, G. Statistics or Research: With a Guide to SPSS, SAGE, London [16] Levesque, R. SPSS Programming and Data Management: A Guide for SPSS and SAS Users, Fourth Edition (2007), SPSS Inc., Chicago Ill