INVESTIGATION OF GLASS FOAM PRODUCTION FROM WASTE GLASS
FÓRIS Ildikó1, SZABÓ Roland 2, MUCSI Gábor3
1környezetmérnök hallgató, forisildiko1995@gmail.com
1Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet, Miskolci Egyetem
2tudományos segédmunkatárs, ejtszabor@uni-miskolc.hu
2Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet, Miskolci Egyetem
3 egyetemi docens, ejtmucsi@uni-miskolc.hu
3 Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet, Miskolci Egyetem
Kivonat: Az üveghulladék egyik újrahasznosítási módja az üveghab gyártás. Számos pozitív tulajdonsággal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik, hogy széles körben alkalmazzák az építőiparban. A tanulmány üveghab előállítási kísérletekre irányul hulladék üvegből, melynek során a cél az üveghab gyártáshoz megfelelő körülmények meghatározása volt, úgymint: hőmérséklet, nyomás, tartózkodási idő, megfelelő habosító szer arány és üveg őrlemény szemcseméret.
Kulcsszavak: újrahasznosítás, üveghab, üveghulladék
Abstract: One way of recycling of glass waste is to produce glass foam. It has a number of positive features that is why widely used in the construction industry. The study focuses on glass foam production experiments from waste glass. The aim was to determine the appropriate conditions for the production of glass foam, i.e. pressure, temperature, residence time, appropriate foaming agent concentration and adequate particle size of the ground glass powder.
Keywords: recycling, glass foam, glass waste
1. BEVEZETÉS
Magyarországon évente 180.000 tonna üveghulladék keletkezik. Azonban ennek nagy része nem kerül újra felhasználásra. Az egyik legjelentősebb probléma az üveghulladékok esetében, hogy nagy részük szennyezett más anyagokkal, így újrahasznosítás előtt megfelelő előkezelések és tisztítás szükséges. Az üveghab esetében a más anyagokkal bizonyos mértékben szennyezett vegyes üveghulladékok is jól felhasználhatóak [1,2].
Az üveghab olyan anyag, amely egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik: könnyű, merev, ellenálló, hőszigetelő, fagyálló, nem gyúlékony, kémiailag semleges és nem mérgező, rágcsáló és rovar rezisztens, baktériumálló, víz- és gőzálló. Ezen túlmenően az üveghabnak alacsony a szállítási költsége, könnyen kezelhető, vágható és fúrható, és könnyen kombinálható a betonokkal. Ezen tulajdonságok kombinációja miatt az üveghab sokféleképpen alkalmazható az építőiparban (például tetők, falak, padlók és mennyezetek szigetelésére forró vagy hideg körülmények között) és sok más területen [3].
Az üveghabot por állagú őrölt üvegből állítják elő, amelyet habképző szerrel kevernek, így magas hőmérsékleten történő kezelése során gázképződés következik be. Ennek köszönhetően egy olyan könnyű termék jön létre, amely nagy mennyiségben tartalmaz pórusokat. Ipari üveghab gyártásban az üveg többsége hulladéküvegből származik. A leggyakrabban használt
106
üvegek a vegyes üvegek és az ablaküveg, de léteznek más üvegek, mint a lámpaüvegek, vagy a katódsugárcsövek (CRT)[4,5].
2. KÍSÉRLETEK
2.1. Nyersanyag előkészítés
A kiindulási anyag barna öblös üveghulladék volt. Ahhoz, hogy megfelelő alapanyagként szolgáljon az üveghab gyártása során először el kellett távolítani a szennyező anyagokat (pl.
papír). Ezután mosó dob segítségével történő tisztítás következett, amit szárítószekrényben tömegállandóságig történő szárítás követett.
A következő feladat az üveg aprítása volt, mivel a kiindulási szemcsemérete (50 mm) túl nagy volt a golyósmalomban történő őrléshez, így csökkenteni kellett a méretét. A nyersanyag előkészítése többlépcsős aprítással történt. Először pofás törő segítségével előtörtük az anyagot 15 mm-es résméret mellett. A nyers üveghulladékot folyamatosan adagoltuk, az elakadás elkerülése érdekében, illetve, hogy a legmegfelelőbb töretet kapjuk. Ezután hengeres törő segítségével tovább aprítottuk a pofás törő által kapott töretet 6, 2 majd 1 mm-es résméreten.
Az utolsó aprítási lépcső a golyósmalom volt, ahol 180 percen keresztül őröltük a töretet. A malomba töltött őrlőtestek mennyisége 30 kg volt, az üveg mennyisége 3,666 kg, amit úgy határoztuk meg, hogy a golyók közti pórusteret 110 %-ban töltse ki. A pórustér 3300 cm3-nek felelt meg, így az üveg halmaztérfogatának ismeretében kiszámoltuk a megfelelő mennyiségű üveget.
2.2. Üvegőrlemény frakcionálása
A golyósmalomból származó őrlemény megfelelő szemcsemérettel rendelkezett a kísérletekhez. Ezután az őrleményt Jones-féle mintakisebbítő segítségével 8 felé osztottuk, aminek a felét elcsomagoltuk. A másik felét egy szitasor segítségével különböző lyukbőségű szitákkal (106, 63, 45 és 20 µm) szitáltuk. Ezekben az esetekben nedves szitálási módszert alkalmaztuk, hiszen nagyon kisméretű szemcseméretről van szó, ami a szárazon történő szitálást nem tette lehetővé. A frakcionált üvegőrleményeket szárítószekrényben tömegállandóságig szárítottuk.
2.3. Nyers tabletták gyártása
A nyers tabletták gyártása során az alapanyagok a következőek voltak:
Üvegőrlemény- barna öblösüvegből.
Nátrium- bentonit- kötőanyag.
Dolomit- habosító szer.
Szilícium-karbid- habosító szer.
Mind a két habosító szer esetében az arány ugyanaz volt. Az összetevők mennyisége százalékban:
2,5 % Na-bentonit, 97,5 % üvegőrlemény, 0 % habosító szer
2,5 % Na-bentonit, 96,5 % üvegőrlemény, 1 % habosító szer
2,5 % Na-bentonit, 94,5 % üvegőrlemény, 3 % habosító szer
2,5 % Na-bentonit, 92,5 % üvegőrlemény, 5 % habosító szer
2,5 % Na-bentonit, 89,5 % üvegőrlemény, 8 % habosító szer
A homogén keverékből tablettázógép segítségével különböző nyomáson tablettákat készítettünk mind a négy különböző szemcseméretű üvegőrlemény frakcióból. A felhasznált
107
szakirodalmak alapján 20, 30 és 40 MPa nyomáson kísérleteztünk. Ezek közül a 30 MPa nyomás bizonyult megfelelőnek a kísérleteink során.
3. EREDMÉNYEK
3.1. Szinterezési vizsgálatok eredményei
Dolomit esetében 3 különböző hőmérsékleten (800, 850 és 900°C) és 4 különböző tartózkodási időn (9,10,20 és 30 perc), szilícium-karbid esetében 4 különböző hőmérsékleten (900,950,1000,1050°C) és 4 különböző tartózkodási időn (9,10,15 és 20 perc) kísérleteztünk.
A habosítást statikus kemencében végeztük alumínium-oxid ágyon, hogy az üveghabok letapadását megakadályozzuk.
A vizsgálatok alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a dolomit habosító szer esetében a legkisebb sűrűségű üveghabot 900 °C-os hőmérsékleten és 9 perc tartózkodási idő mellett kapjuk. Szilícium-karbid esetében a legkisebb üveghabot 1050 °C-os hőmérsékleten és szintén 9 perc tartózkodási idő mellett kapjuk. Ezekben az esetekben volt a cella szerkezet a leghomogénebb.
1. ábra. Dolomit (bal) és szilícium-karbid (jobb) által habosított üveghab tabletták 3.2. Sűrűség vizsgálatok eredményei
A sűrűség vizsgálatok során véletlenszerűen választottuk ki a tabletták közül néhányat és azoknak mértük meg a habosítás előtti, illetve a habosítás utáni sűrűségét. A habosítás előtti sűrűségük mindegyik esetben közel hasonló volt körülbelül 1,50 g/cm3 sűrűség volt megfigyelhető. A 2. és 3. ábrákon a habosítás utáni sűrűség eredmények láthatóak.
2. ábra. Dolomittal habosított tabletták sűrűsége
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
0% 1% 3% 5% 8%
106 µm 63 µm 45 µm 20 µm
Dolomit tartalom [%]
Sűrűség[g/cm3]
108
3. ábra. Szilícium-karbiddal habosított tabletták sűrűsége
A grafikonokon jól látható, hogy dolomit esetében a 20 µm alatti szemcseméretű porüvegből készült üveghab tabletták esetében történt a legnagyobb változás sűrűség szempontjából.
Dolomit alkalmazásakor a 3%-os adagolás bizonyult a legjobbnak sűrűség szempontjából, hiszen célunk az volt, hogy egy kis testsűrűségű, könnyű terméket kapjunk.
Szilícium karbid esetében szintén jól látható, hogy a 20 µm alatti szemcseméretű porüvegből készült üveghab tablettáknál történt a legnagyobb sűrűségváltozás. Szilícium karbid esetében pedig 5%-os adagolás bizonyult a legjobbnak sűrűség szempontjából.
4.KONKLÚZÓ
Szinterezési kísérleteink során a tablettákat különböző hőmérsékletű és tartózkodási idejű vizsgálatoknak vetettük alá. Az ideális üveghabokat dolomit habosító szer esetén 900°C-os hőmérsékleten és 9 perc tartózkodási idő, illetve 3 %-os dolomit tartalom mellett kaptuk.
Szilícium-karbid habosító szer esetén 1050 °C-os hőmérsékleten és szintén 9 perc tartózkodási idő, illetve 5 %-os szilícium-karbid tartalom mellett kaptuk. Ezekben az esetekben a tabletták sűrűsége nagymértékben csökkent és a térfogatuk duplájára nőtt. A <20 µm szemcseméretű porüvegből készült tabletták esetében tapasztalható a legnagyobb sűrűség csökkenés, amely mutatja, hogy nagy jelentősége van a nyers üveghulladék előkészítésének (őrlés, osztályozás).
A cikkben ismertetett kutató munka az EFOP-3.6.1-16-2016-00011 jelű „Fiatalodó és Megújuló Egyetem – Innovatív Tudásváros – a Miskolci Egyetem intelligens szakosodást szolgáló intézményi fejlesztése” projekt részeként – a Széchenyi 2020 keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
5. FELHASZNÁLT IRODALOM
[1] KÁLNAI, G., KÁLNAI, M.: Az üveghulladék gyűjtes, kezelés, hasznosítás helyzete Magyarországon 2007-ben, Human-Szervíz Kutató- és Munkakörnyezetfejlesztő Kft.
[2] ASGBY, M. F., JOHNSON, K.: Materials and Design: The Art and Science of Material Selection in Product Design. Butterworth-Heinemann, 2013.
[3] DANIELLA IPARI PARK Kft. Energocell Üveghab Üzeme: Termékkatalógus
[4] JAKOB, K.; RASMUS, R.; PETERSON, Y., Y.: Influence of the glass particle size on the foaming process and physical characteristics of foam glasses, Journal of Non-Crystalline Solid 447 (2016), pp. 190-197.
[5] AKULICH, S.S., DEMIDOVICH, B.K., SADCHENKO, N.P., VOZNESENDKY, V.A.: Proceedings XIth International Congress on Glass
0
109