Ανακύκλωση απορριμμάτων λατομείων και βιομηχανικών μονάδων στον τομέα των βομηχανικών ορυκτών με σκοπό την παραγωγή νέων καινοτόμων υλικών

Abstract

Following current trends in the development of green building materials, mining and industrial waste were evaluated and tested for the development of innovative building products, with lower energy footprint. Neogene argillaceous sediments that overly lignite beds in the basins of Florina and Elassona were used as raw materials for the production of lightweight ceramic bricks. The aim was the production of bricks with improved thermal properties at lower sintering temperatures, compared to conventional ones. Byproduct from the enrichment process of huntite-hydromagnesite ore that is located in the basin of Kozani was tested in white renders of exterior wall layer. Huntite-hydromagnesite byproduct was used as substitute of white filler of calcium carbonate, aiming to an improved thermal behavior of building walls in fire events. An extensive literature review was performed regarding conventional and alternative raw materials and applications of final products. The methodology was developed based on the results of the literature review, the characterization and assessment of raw materials, the comparison with properties of conventional materials and the production processes of end-products with selected properties. Proposed final products were synthesized in laboratory. Characteristic properties were tested and evaluated based on international standards, regulations and technical instructions. Comparison with reference samples, commercial products, and where required, quality specifications was effected. Finally, conclusions were conducted about suitability of using the examined mining waste in construction products. At the outcome of the study it has been proposed the production of lightweight ceramic bricks at lower firing temperatures in regard to conventional, by using low quality clay materials, otherwise disposed as waste. Moreover, lightweight bricks present improved insulating properties that make them suitable for low energy cost constructions. Additionally, it was observed that the huntite-hydromagnesite byproduct can substitute filler CaCO₃ in percentages from 5 to 7.5 wt%, without changing the basic properties of mortar. At the same time, it improves the behavior of the mortar, and generally of the masonry, in fire events, by delaying heat flow and also by developing mechanical strength at high temperatures. As a general conclusion, it is worth noting that mining waste can be used as alternative raw materials for products with special applications. This is due to their high volume, the low cost and also the different composition and origin. All the above ensure natural resources and save energy, in line with the objectives of modern construction industry.

Στα πλαίσια των σύγχρονων τάσεων στην ανάπτυξη πράσινων υλικών εξετάστηκαν, αξιολογήθηκαν και δοκιμάστηκαν απορρίμματα βιομηχανιών και λατομικών δραστηριοτήτων με σκοπό τη διερεύνηση συμμετοχής τους σε καινοτόμα προϊόντα δόμησης χαμηλότερου ενεργειακού αποτυπώματος. Στείρα Νεογενή αργιλικά ιζήματα υπερκείμενα λιγνιτικών στρωμάτων από τις λεκάνες της Φλώρινας και της Ελασσόνας, αποτέλεσαν τις πρώτες ύλες με στόχο την παρασκευή ελαφροβαρών κεραμικών πλίνθων, με βελτιωμένες θερμομονωτικές ιδιότητες και χαμηλότερες θερμοκρασίες πυροσυσσωμάτωσης σε σχέση με συμβατικές. Το παραπροϊόν από τον εμπλουτισμό του κοιτάσματος χουντίτη–υδρομαγνησίτη που βρίσκεται στη λεκάνη της Κοζάνης, δοκιμάστηκε σε λευκούς μαρμαροσοβάδες εξωτερικής στρώσης, υποκαθιστώντας filler ανθρακικού ασβεστίου με στόχο την παρασκευή τσιμεντοκονιαμάτων με βελτιωμένη θερμική συμπεριφορά σε επεισόδιο πυρκαγιάς. Μελετήθηκε η βιβλιογραφία που σχετίζεται τόσο με τις πρώτες ύλες, συμβατικές και εναλλακτικές, όσο και με τις τελικές εφαρμογές που επιλέχθηκαν. Η μεθοδολογία στηρίχθηκε στα αποτελέσματα της βιβλιογραφικής έρευνας, στον χαρακτηρισμό και την αξιολόγηση των εν δυνάμει πρώτων υλών, σε σχέση πάντα με συμβατικές ύλες που χρησιμοποιούνται σε αντίστοιχες εφαρμογές, και στις παραγωγικές διαδικασίες και μεθόδους ανάπτυξης τελικών προϊόντων με τις επιθυμητές ιδιότητες. Πραγματοποιήθηκε η εργαστηριακή σύνθεση των προϊόντων. Οι ιδιότητες που ανέπτυξαν, ελέγχθηκαν και αξιολογήθηκαν βάσει προτύπων, κανονιστικών διατάξεων κα τεχνικών οδηγιών. Σε κάθε περίπτωση ακολούθησε σύγκριση με δείγματα αναφοράς, εμπορικά δείγματα ή όπου ορίζονταν με απαιτούμενες προδιαγραφές ποιότητας. Τέλος, διεξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με την καταλληλότητα εφαρμογής των εξορυκτικών αποβλήτων σε δομικά προϊόντα. Σε κατάληξη των παραπάνω, επιτεύχθηκε η παρασκευή ελαφροβαρών κεραμικών πλίνθων σε χαμηλότερες θερμοκρασίες όπτησης σε σχέση με τις συμβατικές, με χρήση αργιλικών υλικών χαμηλής ποιότητας που μέχρι σήμερα διατίθενται προς απόρριψη ως άχρηστα υλικά. Επιπλέον, οι θερμομονωτικές ιδιότητες που ανέπτυξαν τις καθιστούν κατάλληλες για κατασκευές με απαιτήσεις χαμηλού ενεργειακού κόστους και εξοικονόμησης ενέργειας. Επιπλέον, βρέθηκε ότι το παραπροϊόν χουντίτη-υδρομαγνησίτη μπορεί να υποκαταστήσει filler CaCO₃ σε ποσοστά 5-7,5% κ.β., χωρίς ιδιαίτερη μεταβολή των βασικών ιδιοτήτων του τσιμεντοκονιάματος. Παράλληλα, βελτιώνει τη συμπεριφορά του κονιάματος και εν γένει της τοιχοποιίας σε επεισόδιο φωτιάς, τόσο ως προς την καθυστέρηση της ροής θερμότητας, όσο και ως προς την ανάπτυξη μηχανικών αντοχών σε υψηλές θερμοκρασίες. Κλείνοντας, αξίζει να σημειωθεί ότι τα εξορυκτικά απόβλητα λόγω της μεγάλης ποσότητας αλλά και της διαφορετικής προέλευσης και σύστασής τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικές πρώτες ύλες για προϊόντα με στοχευόμενες εφαρμογές. Το παραπάνω εξασφαλίζει φυσικούς πόρους και εξοικονομεί ενέργεια, συνάδοντας με τους στόχους της σύγχρονης βιομηχανίας δόμησης.