Põlevkivi tuhk sideainena (0)

Võrumaa Kutsehariduskeskus
Põlevkivi tuhk sideainena
Õpilane: Reio Saarniit
Juhendaja : Andres Kapp
Kbp-12
Väimela 2012
Sisukord:
Sissejuhatus...................................................................................3
Põlevkivituha taaskasutamine.......................................................4
Põlevkivituha tuhastamiseehnoloogiad.........................................5
Tuhaväljad.....................................................................................6
Põlevkivituha keemiline koostis ja mõju keskkonnale.................7
Kokkuvõte.....................................................................................8
Kasutatud materjal........................................................................9
Sissejuhatus:
Põlevkivituhk on põlevkivi põletamisel tekkiv mineraalne jääk. Eesti põlevkivis on orgaanilise aine sisaldus küllaltki väike, keskmiselt 33%. Ahju jääb pärast põletamist 45% kuivast massist alles – mineraalne osa.Põlevkivituhka ladestatakse tuhaväljadele, seda peamiselt Ida-Virumaal Balti ja Eesti soojuselektrijaamade lähedal. Hetkel toodetakse Eestis umbes 5–7 miljonit tonni põlevkivituhka aastas. Materjal on otsitud internetist.
Põlevkivituha taaskasutamine
Praegu suudetakse taaskasutada kuni 5% tuhka , näiteks ehitusmaterjalides – tuhk on üks tsemendi komponente, põlevkivituhk-portlandtsement on väga hea betoonikomponent. Ehitusmaterjalide tootmiseks sisaldab põlevkivituhk liiga palju kaltsiumoksiidi, mistõttu on seda sideainena kasutamiseks vaja töödelda. Kundas toodetud põlevkivituhka sisaldavast tsemendist on ehitatud Tallinna teletorn ja ka Sosnovõi Bori aatomielektrijaam. Teine kasutusvõimalus on põllumajanduses happeliste muldade puhul, kuigi tänaseks on selle osatähtsus oluliselt vähenenud, nimelt Eestis on aluselised mullad ja varem transporditi tuhka Venemaale. Üks võimalus põlevkivituha kasutamiseks on kaevanduskäikude taastäitmine. Ammendatud kaevanduskäikudesse pumbatakse põlevkivituhka, mis maa all kivistub ja välistab hilisemad maapinnalangatused – kaevanduse lagi jääb kindlalt püsima. Praegu välditakse kaevanduse lagede langatusi arvukate tervikutega – kaevandusse jäetakse sambad, mis hoiavad lage üleval. Seetõttu läheb hulk (kuni 30 protsenti) väärtuslikku maavara kaotsi, samuti ei välista selline sammastik kaevanduse varisemist mitukümmend aastat pärast kaevetööde lõppu. Kaevanduskäikude täitmine põlevkivituhast toodetud betooniga on siiski kulukas, kuna tuha transport kaevandustesse ja betooni maa alla pumpamine on kallis.
Põlevkivituhka saab kasutada teede asfaltkatte alumiste kihtide või turbapinnaste tugevdamiseks. Põlevkivituha ja liiva segu lisamine turbapinnasele tõstab pinnase kandevõimet ja vähendab külmakergete tekkimist. Selle võimaluse juures on miinuseks, et Narvast on kauge ja kallis tuhka näiteks Edela-Eestisse vedada, seda võimalust saab kasutada Põhja-Eestis.
Tulevikus loodetakse sadamate juures põlevkivituhaga vabaneda reostunud põhjamudast. Seda stabiliseeritakse praegu tsemendiga, aga oleks võimalik osa tsemendist asendada põlevkivituhaga.

Põlevkivituha tuhastamise tehnoloogiad
Tolmpõletamisel kütus eelnevalt jahvatatakse, misjärel suunatakse see aeroseguna põletite kaudu koldesse. Tolmküttekolle on põletitega varustatud ekraan – soojusvahetuspindadega ümbritsetud kamber, kus põlevkivi kõrgtemperatuurilisel põlemisel antakse soojust põlemisgaasilt üle koldeekraanidele. Seal leiavad aset muundumisprotsessid põlevkivi mineraalosas ja tekib tuhk. Tahkosakesesed, mille hõljumiskiirus on väiksem kui gaasi kiirus, kanduvad koos põlemisgaasiga koldest välja, suuremad aga langevad kas raskusjõu või tsentrifugaaljõu toimel kolde põhja. Koos põlemisgaasiga koldest väljuvat tuhka nimetatakse lendtuhaks. Lendtuhast 80% moodustavad tuhaosakesed, mis on suuremad kui 4–6 µm, ülejäänud 20% on väiksemad. Probleemiks selle meetodi puhul on vääveldioksiidi kontsentratsioon põlemisgaasis ja suur tahkete osakeste sisaldus heitgaasis. CFBS (circulating fluidized bed combustion ) ehk tsirkuleeriva keevkihi tehnoloogia omapäraks on koldest lahkuva põlemisgaasi ja tuhaosakeste siirdumine separaatorisse, kus mõõtmetelt ja massilt suuremad tuhaosakesed välja separeeritakse ja koldesse tagasi suunatakse. Koldes on temperatuurid umbes 800–850 °C juures. Luuakse tasakaal koldesse antava kütuse ja ringleva tuha vahel, osakesed väljuvad pidevalt separaatorist ja põhjatuhana koldest. CFBC tehnoloogia on keskkonnasõbralikum, väävel saadakse peaaegu täielikult kätte ehk seotakse tuhaga kaltsiumi poolt (põlevkivis on kaltsiumi ja väävli suhe vahemikus 8–10, mis on küllaltki suur). Lämmastikdioksiidi tekib väikestes kogustes ja süsinikdioksiidi tekib 4–8% vähem kui PF tehnoloogiaga. Samuti on ka tuha keemiline koostis erinev. CFBS tuhas on vähem reaktiivset kaltsiumoksiidi võrreldes PF-iga, samuti on seal vähem kaltsiumsilikaate ja rohkem anhüdriiti. Üheks miinuseks on see, et keevkihi tehnoloogiaga tekib vähem klinkrimineraale, mis on sideaine omadustega – see mõjutab põlevkivituha kasutusvõimalusi ehitusmaterjalina.

Tuhaväljad
Põlevkivituhka ladestatakse vee abil tuhaväljadele. Suurtes kogustes hakkas põlevkivituhka tekkima 1959 . aastal, kui tööd alustas Balti soojuselektrijaam . Näiteks Narva lähistel tuhaväljadel katab tänapäevaks tuhk Õismäe suuruse pindala ehk ligikaudu 18 ruutkilomeetrit ja tuhakihi paksus on 40–45 m . Kokku on alates 1950-ndatest, kui põlevkivist massiline energia tootmine algas, ladestatud praeguseks üle 300 miljoni tonni tuhka. Võrdluseks, sama võimsusega kivisöeelektrijaamades tekib 5–8 korda vähem tuhka. 90% Eestis toodetavast põlevkivituhast ladestatakse veega Balti ja Eesti elektrijaamade tuhaväljadele. Põlevkivituha ladestamisel kasutatava vee ringlus on kinnine ja läbib uuesti soojuselektrijaama (mittepõleva lubja saab ahjust kätte ainult vee abil). Transportimisel on tuha ja vee suhe 1:20. Tuhaväljade kasutamise käigus on selgunud , et tuhk seob vett umbes 0,6–0,7 kuupmeetrit /tonni tuha kohta.

Põlevkivituha keemiline koostis ja mõju keskkonnale
Põlevkivituha keemiline koostis varieerub vastavalt leiukohale, kuid 1997. aasta andmetel domineeris põlevkivituhas kaltisiumoksiid – umbes 41,5%, sellele järgnes kvarts 30 protsendiga, ning alumiiniumoksiidi, raud (III) oksiidi, kaalimoksiidi, vääveltrioksiidi ja magneesiumoksiidi leidus tuhas juba alla 10%. Seega koosneb põlevkivituhk põhiosas oksiididest. Tuha keemiline koostis sõltub kasutatud meetodist. Näiteks tolmpõletamisel juhitakse põlevkivi koldesse peenestatud kujul ja paljud ühendid aurustuvad (elavhõbe), samas mõned ei aurustu üldse ( kaltsium , mangaan, magneesium ). Põlevkivi lendtuhk on kompleksne segu erinevatest osakestest ja see sisaldab peaaegu kõiki perioodilisustabeli elemente kaasa arvatud raskmetalle.Põlevkivituhaväljadel on tänu kaltsiumi reaktsioonile veega väga palju kaltsiumhüdroksiidi, selle reaktsiooni tulemusena on tuhaväljade vesi väga aluseline, vee pH on 12–13. Kõrgleeliselist vett on tuhaväljadel ja nende settetiikides umbes 19 miljonit kuupmeetrit. Põlevkivituhk iseenesest pole loodusele kahjulik – seda võib kasutada väetistena ja pinna happesuse vähendamiseks. Balti soojuselektrijaama tuhaväljal, mida ei kasutatud pikka aega, kasvasid kased ja paljud vees lahustuvad komponendid olid vihmaveega minema viidud – see tõestab, et tuhk ise pole kahjulik. Loodusele ohtlikuks muutub põlevkivituhk seda transportiva vee tõttu, mis on väga aluseline. Kuigi tuhavees leitud ioonid on peamiselt samad, mis looduses, muudab kõrge pH vee keskkonnakahjulikuks. Tavaliselt vesi ringleb ja ei pääse süsteemist välja, kuid alati jääb võimalus lekkeks.Põlevkivituhk sisaldab kahjulikke ja kantserogeenseid aineid, vähesel määral ka polütsüklilisi aromaatseid süsivesikuid ehk PAH-e. Mineraalsed ühendid põlevkivituhas võivad käituda PAH-ide suhtes adsorbentidena. Balti soojuselektrijaama settetiikides (vesi koguneb seal enne uuestikasutust) võib olla kuni miljon kuupmeetrit vett. Vee kogus sõltub tugevalt ilmastikutingimustest (lumi, vihm). Balti elektrijaam laseb olenevalt ilmastikutingimustest settetiikidest Narva jõkke aastas kuni 2 miljonit kuupmeetrit vett. Balti elektrijaamas on liigse veega suured probleemid, sest tuhk ei seo nii palju vett kui näiteks Eesti soojuselektrijaamas.
Kokkuvõte:
Põlevkivituhka kasutatakse viimastel aastatel ka teedehitustel.Põlevkivituhk sisaldab mitmeid kahjulikke aineid tervisele.Põlevkivituha massivsemal sissehingamisel võib tekkida erinevaid hingamisteede haiguseid.Põlevkivituhka kasutatakse suhteliselt palju ehitustel.
Kasutatud materjal:

• http://pr.pohjarannik.ee/?p=2285
  
• http://hei.eas.ee/index.php?option=com_content&view=article&id=1526:polevkivituhk-laeheb-taaskasutamisele-maanteede-ehitusel-&catid=34:uudised
  
• http://et.wikipedia.org/wiki/P%C3%B5levkivituhk