Komplexní zpracování kameniva z haldoviny a jeho význam ve stavebnictví

V nedávné době se na Příbramsku rozpoutala veřejná debata o likvidaci odvalů uranových dolů. Zájem o tyto odvaly má firma Ecoinvest s.r.o., která je chce postupně zpracovat na výrobu ekologicky čistého kameniva. Tato příbramská firma, která v nedávné době spustila do zkušebního provozu nejmodernější linku na zpracování hlušiny z těchto odvalů, přiblížila postupy třídění a zpracování radioaktivního materiálu z haldoviny.

Technologie zpracování haldoviny ve firmě Ecoinvest

Společnost Ecoinvest v roce 2008 požádala agenturu Czechinvest o dotaci z Evropské unie na modernizaci drtící linky, která zpracovává odval z uranových hald. "Ta technologie, kterou jsme postavili, je do jisté míry unikátní, obsahuje totiž několik technologických uzlů, které v běžných linkách na zpracování kameniva nejsou," vysvětluje Ing. Josef Šmejkal z firmy Ecoinvest s.r.o.

Základem linky je několikastupňová separační technologie. V první fázi umožňuje z kameniva - získaného z haldy - odstranit nežádoucí předměty, jako je dřevo, kusy šatstva, pásy atd. Už v této první fázi se pomocí detektoru odstraňují ty největší kusy rudy, a to ručně, prostřednictvím obsluhy u pásu.

Pochopitelně ručně vše zachytit nelze, proto jemnější frakce putuje po přetřídění na automatickém třídiči dál, větší kusy se rozdrtí a všechno putuje na automatickou detekci radioaktivního materiálu. Skříně s elektronikou, kde jsou umístěny detektory radioaktivního materiálu, umožňují po zjištění aktivního kusu tento separovat - automatický detektor dá signál příslušnému vzduchovému ventilu a ten sfoukne radioaktivní materiál na speciální pás, který jej dopraví do určeného kontejneru. Vytříděný materiál pak dále putuje do dvou kuželových drtičů. Samotným výsledkem linky je tedy částečně ruda a kamenivo různých frakcí pro různá použití a výrobu betonů.

Druhy kameniva a jejich vlastnosti

Kamenivo je anorganický materiál, získané těžením nebo drcením přírodních hornin, nebo z recyklace anorganických materiálů, např. vysokopecní strusky. Mezi základní typy kameniva patří:

Čtěte také: typy asfaltových směsí a jejich využití v praxi

  • Těžené kamenivo: Získané těžením nebo drcením přírodních hornin, nebo eolického (naváté větrem) původu. Vzniká v souvislosti s transportem zvětralé horniny.
  • Drcené kamenivo: Vzniká drcením horniny a následným tříděním.
  • Umělé kamenivo: Jedná se např. o vysokopecní strusky, břidlice nebo cihelný recyklát. Mezi umělé kamenivo patří i Liapor.
  • Recyklované kamenivo: Například betonový recyklát.

Dělení kameniva podle objemové hmotnosti

  • Lehké kamenivo: S hmotností do 2000 kg.m-3, nebo 1200 kg.m-3 pro beton.
  • Běžné kamenivo: Okolo 2500 až 2800 kg.m-3, například čediče nebo amfibolity.
  • Těžké kamenivo: Přesahuje 3100 kg.m-3 (magnetit a hematit - až 5300 kg.m-3), využívá se v jaderné energetice, výzkumu nebo zdravotnictví.

Frakce kameniva

Kamenivo je tříděno do frakcí (d/D), kde (d) a (D) jsou rozměry síta (dolní a horní mez frakce). Rozlišujeme:

  • Široká frakce: Např. 8/22, 0/32, 0/63.
  • Úzká frakce: Např. 0/2, 2/4, 4/8, 8/11, 8/16, 11/22, 16/22, 32/63.

Nesmí obsahovat jemných částic pod 0,063 mm. Vždy je tolerováno malé množství zrn menších nebo větších než je uvedené frakční rozmezí.

Tabulka 1: Frakce kameniva do betonu podle ČSN EN 12620

Frakce (mm) Popis
0/2 Jemné kamenivo (písek)
2/4 Drobné kamenivo
4/8 Střední kamenivo
8/16 Hrubé kamenivo
16/32 Velmi hrubé kamenivo
32/63 Extra hrubé kamenivo

Ložiska kameniva v České republice

Česká republika disponuje velkým množstvím ložisek přírodního kameniva, především jeho původem a dalšími složkami. Jejich rozmístění je přímo závislá na původu konkrétního kameniva. Životnost ložisek přírodního kameniva v republice se pohybuje mezi 20 - 25 mil. m3/rok, což představuje přibližně 100 až 110 let.

Ložiska drceného kameniva

Rozmístění ložisek drceného kameniva na území ČR je patrno z obrázku. Význam ložiska bazických (zejména čedičových) hornin je na Plzeňsku, ve středních Čechách (nasavrcký masiv), brněnského masivu a ostatních plutonických těles. Jen malý význam mají samostatná ložiska žilných hornin. Významná jsou ložiska zpevněných klastických sedimentů (prachovce, droby aj.), jako kulmské droby Nízkého Jeseníku a Drahanské vrchoviny. Dále devonu a flyšovém pásmu Karpat. Na Plzeňsku, granulitový masiv atd.

Ložiska těženého kameniva (štěrkopísků)

Surovina vesměs vyžaduje úpravu (praní, třídění). Nejvýznamnější ložiska těženého kameniva v České republice jsou ložiska výlevných hornin, depresi, diabasů, melafýrů aj. Významné oblasti jsou Polabí a jižní Morava, kde surovina je vhodná na stavby vozovek a jako maltařské písky. Terciérní písky se nacházejí např. v pánvích či na Plzeňsku a zvláště na Moravě (např. Opavsko).

Čtěte také: Beton a jeho vlastnosti

Těžba a úprava kameniva

Těžba drceného kameniva

Drceného kameniva se těží povrchovým způsobem v kamenolomech. Hornina je od lomové stěny oddělována pomocí odstřelů. Jelikož se jedná o velmi pevné horniny, používají se brizantní trhaviny. Vrty pro trhavinu se provádí jak shora etáže (tzv. záhlavní vrty), tak při patě etáže (tzv. patní vrty). Vrty jsou následně nabity trhavinou. Rozvolněná hornina je pak nakládána a dopravována k technologické lince.

Nakládka rozvalu probíhá pomocí nakladačů (např. čelními lopatovými nakladači nebo rypadly). Pro dopravu horniny na úpravnu se používá nákladních automobilů, tzv. demprů, o nosnosti až 40 - 60 tun.

Drcení a třídění

Pro dosažení požadované zrnitosti kameniva se používají různé typy drtičů a třídičů. Drcení probíhá zpravidla ve dvou až třech stupních, aby se optimalizovaly vlastnosti výsledného kameniva. Mezi primární drtiče patří:

  • Čelisťové drtiče: Používají se k drcení tvrdých a houževnatých surovin. Čelist se pohybuje proti pevné čelisti, drcená hornina postupuje dolů k výpustné štěrbině.
  • Kuželové drtiče: Zpravidla se používají pro tvrdé a abrazivní horniny.
  • Odrazové drtiče: Vhodné pro měkčí a středně tvrdé horniny.

Drtiče jsou často doplněny odhliňovacími třídiči, které dosahují odlehčení vlastního drtiče. Třídění pak probíhá v třídírnách.

Těžba těženého kameniva (štěrkopísků)

Štěrkopísky se těží z nad úrovně vodní hladiny, tj. na zemském povrchu (tzv. suchá těžba), nebo z podvodní hladiny (tzv. mokrá těžba). Při mokré těžbě se používají speciální stroje - drapákové, korečkové nebo sací bagry. Odtěžená surovina se dopravuje buď čluny, nebo potrubím na břeh vodní plochy. Zde je např. dále upravována (praní, třídění).

Čtěte také: Pračka kameniva a výrobní linka

Umělé kamenivo z vysokopecní strusky

Vysokopecní struska, která vzniká v metalurgii železa, je významným zdrojem umělého kameniva. V minulosti byla struska dopravena speciálními železničními vozy (tzv. kolibami) na odval, kde je za současného ochlazování vodou vylita. Rychlým ochlazením vodou vzniká granulovaná vysokopecní struska, která se využívá ve stavebnictví jako příměs do cementů nebo betonů. Pomalým ochlazením se struska následně drtí a třídí na struskové kamenivo.

Kladenská halda Koněv

Příspěvek popisuje umělé kamenivo vyráběné recyklací vzduchem chlazené vysokopecní strusky z kladenské haldy Koněv. Takto vyráběné umělé kamenivo splňuje všechny požadavky na kamenivo určené pro použití v inženýrských a silničních stavbách podle ČSN EN 13242+A1 a ČSN EN 13285.

Halda Vojtěšské huti, později zvaná Koněv, je tvořena převážně vysokopecní vzduchem chlazenou struskou vyváženou od druhé poloviny 19. století až do roku 1970, kdy byla navážka ukončena. Halda obsahuje více než 10 miliónů tun suroviny tvořené především vysokopecní vzduchem chlazenou struskou v menší míře doprovázenou zbytky vyzdívek a doprovodnými popelovinami. Uložené materiály byly na haldě deponovány prakticky bez většího využití až do konce 90. let 20. století.

Odtěžování a zpracování vysokopecní strusky z haldy místní huti Koněv začíná až v roce 1998 firma Miroslav Karas - Destro. Recyklace uložené vysokopecní strusky a nově přijímaných stavebních a demoličních odpadů probíhá na dvou dispozičně oddělených linkách.

Do první skupiny patří umělé kamenivo tvořené pouze recyklovanou vysokopecní struskou. Popracovaným systémem drcení a třídění se v recyklačních linkách z těžené suroviny separuje struskový podíl zbavený doprovodných popelovin a zbytků vysokopecních vyzdívek. Vytříděná struska se následně opět drtí a třídí do frakcí.

Další skupinu výrobků, vyráběných na druhé oddělené recyklační lince, představují třísložkové recykláty, které obsahují pouze část vysokopecní recyklované strusky (25 % hm.), doplněné recyklovaným betonovým kamenivem (25 % hm.) a recyklovaným stavebním a demoličním odpadem (50 % hm.).

Vlastnosti kameniva z vysokopecní strusky

  • Vyšší nasákavost: Nasákavost zrn se pohybuje na úrovni 4 % až 8 % hm., ovšem na rozdíl od přírodního kameniva specifický charakter pórovité struktury přesto zaručuje vysokou mrazuvzdornost kameniva, stupeň F2, vyhovující i pro výrobu betonu odolných mrazu a rozmrazovacích solí pro většinu běžných konstrukcí s projektovanou životností 50 let.
  • Nižší objemová hmotnost: Na úrovni cca 2 400 kg/m3 je dalším charakteristickým rysem ovlivněným vyšší porozitou materiálu. Přesto si kamenivo zachovává dostatečně vysokou pevnosti v tlaku, umožňující použití do běžné výroby betonů pevnostní třídy C 50/60.
  • Tvar zrn: Zrna mají velmi ostré lomové hrany vznikající při drcení, přičemž tvarový index je velmi příznivý.

Struska byla navážena na haldu v 19. a 20. století v dobách, kdy výroba železa v kladenských hutích byla relativně stabilní, nepodléhala náhlým změnám vstupních surovin ani zásadním změnám technologie výroby a na rozdíl od jiných deponií se zde neukládaly žádné jiné materiály ani odpady. Navážení haldy bylo ukončeno už v roce 1970, struska je tudíž uložená téměř 50 až 150 let, což je více než dostatečná doba pro eliminaci přirozené rozpadavosti a rekrystalizace struskových minerálů.

Společnost Miroslav Karas - Destro, dodala za dobu své činnosti na stavební trh již více jak 2 000 000 tun výrobků z recyklované strusky určených především pro pozemní komunikace a inženýrské stavby v regionu středních Čech.

Liapor (dříve Keramzit)

Liapor se vyrábí tepelnou expandací tzv. cyprisových jílů. Tyto jíly se nacházejí v sokolovské pánvi a obsahují vůdčí fosilie - skořepatce rodu Cypris angusta. Surovina se železniční přepravou dopraví na skládku (haldu), kde probíhá tzv. hrubá úprava (drcení a mletí). Jelikož surovina obsahuje asi 20 % vody, následuje odležení v odležárně. Posledním úpravárenským článkem je tzv. jemná úprava v rotační peci, při níž dochází k výpalu, kdy vznikají lehké keramické kuličky - perly. Granule jsou následně tříděny na jednotlivé frakce.

Nedostatek stavebních surovin v České republice

Koncem roku 2021 oslovil Úsek kontroly a kvality staveb Ředitelství silnic a dálnic ČR Těžební unii s požadavkem, zda by bylo možno pomoci při zajištění nedostatkových surovin pro plánované stavby. Již v současné době se ŘSD ČR dostává do potíží se zajištěním dodávek potřebného množství kameniva, a to nejen v optimální dojezdové vzdálenosti od místa stavby, ale i ve struktuře jednotlivých frakcí.

Celkově se projevuje nedostatek kvalitního drceného kameniva do asfaltových směsí, stejně jako nedostatek kameniva frakcí 0/4, 2/4, 4/8 a 8/16 mm do betonů. V této situaci je často nutné kombinovat kameniva z různých zdrojů, což způsobuje problémy pro dodržení předepsaných receptur v betonárkách a obalovnách, což je příčinou zvýšení počtu reklamací a tím i zvyšujících se nákladů celé stavby.

Zároveň se problém nedostatku vhodného kameniva projevuje nutností schvalování nových receptur asfaltových směsí v laboratořích ŘSD ČR v Praze a průkazních zkoušek betonů.

Studie dostupnosti kameniva

Na základě tohoto konstatování byl pod vedením zástupců Těžební unie utvořen pracovní tým z České geologické služby a Sdružení pro výstavbu silnic, jehož cílem bylo vypracovat Studii dostupnosti kameniva pro plánované stavby dálnic a silnic I. třídy. Studie vycházela z plánu staveb v oblasti výstavby dopravní infrastruktury do roku 2026, které jsou zajišťovány organizací ŘSD ČR a plánovanou železniční výstavbou do roku 2032, která je zajišťována Správou železnic, s.o. (SŽ, s.o.).

Cílem studie bylo:

  • Vyhodnotit stav a perspektivy využívání ložisek a zdrojů vybraných stavebních surovin (stavebního kameniva a štěrkopísků) na území ČR.
  • Kvantifikovat vývoj potřeby surovinových zdrojů pro zajištění dostatečného množství stavebních surovin k budování plánované dopravní infrastruktury.
  • Pro jednotlivé kraje přehledně a podrobně zhodnotit reálnou životnost disponibilních objemů zásob těžených ložisek stavebního kameniva a štěrkopísků, a to jak výhradních, tak i nevýhradních ložisek, se zvláštním důrazem na ložiska v závěrečné fázi těžby (v časových horizontech do 5 let a do 10 let).
  • Pozornost věnovat nejen kvalitativním parametrům a množství dodávané suroviny, ale také ekologickým aspektům využívání nerostných surovin z neobnovitelných zdrojů s ohledem na zvyšující se přepravní vzdálenosti a tím i nárůstu vyprodukovaného CO2.

Výsledky studie a jejich dopad

Z finálních výstupů studie vyplývá, že využívání a stav disponibilních zásob stavebních surovin (zejména těženého kameniva - štěrkopísků a drceného kameniva - stavebního kamene) na území ČR je velmi znepokojující. České stavebnictví, které se podílí na tvorbě hrubého domácího produktu zhruba 10 % a zaměstnává 360 000 pracovníků je závislé především na dodávkách stavebních materiálů, které tvoří cca 35 % nákladů jednotlivých staveb.

Cílem je tedy maximální množství stavebních materiálů získat těžbou a úpravou dostupných surovin při použití nejmodernějších technologií na úpravu a minimálních nákladů na přepravu surovin do místa jejich spotřeby. Tuto skutečnost prohlubuje stávající energetická krize a obecně rostoucí náklady zejména v oblasti energie a pohonných hmot. Zvyšující se náklady na surovinu vedou k celkovému nárůstu cen stavby, a tudíž u staveb placených státem i zvyšujícím se nárokům na státní rozpočet.

Pro zajištění rozvoje dopravní infrastruktury, ať se již jedná o moderní železniční koridory, či dálniční síť, jsou nezbytné dostatečné disponibilní zdroje stavebních surovin, zejména štěrkopísků a stavebního kamene. Z hlediska ekologické zátěže a ekonomiky realizovaných projektů je žádoucí, aby potřebné surovinové zdroje požadované kvality byly co nejblíže místu realizace jednotlivých staveb.

Ekologicky řešené využívání místních ložisek je pro ochranu životního prostředí přínosem, neboť minimalizuje ekologickou zátěž z hlediska přepravy surovin na velké vzdálenosti. V nejbližších letech zahájí stát výstavbu vysokorychlostních tratí, má se dobudovat dálniční síť, obchvaty měst a obcí. Rozvoj je zároveň nutný i v oblasti tzv. gigastaveb a staveb pro energetickou bezpečnost, jako např. výstavba nových energetických zdrojů, výstavba energetických liniových staveb, zajištění bytové a komunální, včetně údržby stávajících objektů.

Aktuální stav zásob kameniva

Pro zajištění těchto úkolů je stavebnictví, které je velmi závislé na těžbě, ve velmi složité situaci, neboť z mnoha zdrojů je signalizován blížící se nedostatek surovin, zejména drceného kameniva, ale i štěrkopísku, což limituje stavební činnost. Od roku 1989 nebyl otevřen žádný nový kamenolom, a tudíž je reálný odhad, že do deseti let dojdou zásoby v dosud činných kamenolomech.

U pískoven je situace oproti kamenolomům mírně příznivější, neboť došlo od počátku období 1990-1993 k otevření lokálních pískoven pro těžbu podsypových a zásypových materiálů. Většina otevřených ložisek, která jsou dlouhodobě exploatovaná, postupně dotěžuje existující zásoby suroviny.

Z celkových evidovaných 322 výhradních ložisek stavebního kamene (SK) na území ČR bylo v roce 2021 v celé ČR jen 176 aktivních, tj. s povolenou těžbou (přičemž činných s vykazovanou produkcí bylo pouze 169). Z celkových 215 ložisek nevyhrazeného nerostu mělo 49 povolenou těžbu (činných s vykazovanou produkcí bylo pouhých 38). Celkem je tedy v ČR 225 aktivních kamenolomů (činných s vykazovanou produkcí 207). Těžba a spotřeba SK v posledních deseti letech výrazně roste (z 12,1 mil. m3 v roce 2012 na 16,6 mil. m3 v roce 2021).

Česká republika disponuje zdánlivě velkými objemy geologických zásob výhradních ložisek stavebního kamene (téměř 2,487 mld. m3), avšak objemy vytěžitelných zásob jsou výrazně nižší - 739 mil. m3, činí necelých 29 % z celkových geologických zásob a zásoby s povolenou těžbou dle POPD jsou ještě nižší a činí zhruba 498 mil. m3, tj. 20 %.

Problémem jsou kvalitní štěrkodrtě do železničních loží vyhovující třídě B0 (zejména pro výstavbu vysokorychlostních tratí VRT). Současná přísná kritéria pro využití kvalitního drceného kameniva pro výstavbu železničních koridorů VRT (jakostní třídy B0), které budou součástí evropské železniční sítě v ČR, splňuje pouze 18 kamenolomů a z toho 7 kamenolomů s roční kapacitou 110 tis. tun.

Z celkových evidovaných 204 výhradních ložisek štěrkopísků bylo v roce 2021 v celé ČR jen 74 aktivních, tj. s povolenou těžbou, činných s vykazovanou produkcí bylo pouze 62 a z celkových 339 ložisek nevyhrazeného nerostu mělo 103 povolenou těžbu, ale činných s vykazovanou produkcí bylo jen 88. Celkem je tedy v ČR 177 aktivních pískoven, avšak činných s vykazovanou produkcí je pouze 150, jejichž celková roční produkce štěrkopísků za rok 2021 dosáhla 11,9 mil. m3, což je cca 21,4 mil. tun.

Česká republika disponuje zdánlivě velkými objemy geologických zásob výhradních štěrkopísků (2,101 mld. m3, avšak objemy vytěžitelných zásob jsou výrazně nižší (činí 555 mil. m3, což představuje 26 % z celkových geologických zásob) a zásoby s povolenou těžbou dle POPD jsou ještě nižší (necelých 133 mil. m3 tj. 6 %).

Volné disponibilní zásoby štěrkopísků jsou oproti jiným surovinám velmi malé, v řádu jen několika let a v současné době je prakticky nemožno otevřít nové ložisko štěrkopísků na vyšších třídách ochrany ZPF. Ani situace v sousedních zemích nedává reálnou možnost, jak nedostatek na trhu v ČR vykrýt dovozem. Navíc je štěrkopísek relativně velkoobjemová surovina, jejíž doprava na větší vzdálenost je z ekonomických i ekologických důvodů problematická.

Požadavky na kvalitu a potřebný objem výstupních sortimentů stavebních surovin výrazně stoupají, u těženého kameniva je ve většině krajů ČR výrazný nedostatek hrubé frakce 4/8, 8/16, 16/32 mm, u kterých vzrostla poptávka. Většina v současnosti využívaných ložisek produkuje převažující písčitou frakci 0/4 mm na úkor frakce hrubé. Ceny za tunu hrubších zrnitostních tříd tak vzrostly od let 2018-2019 minimálně o cca 25 %.

Některé regiony jsou na přírodní zdroje těženého kameniva silně deficitní, např. do kraje Vysočina, kde se netěží žádné ložisko, se štěrkopísky vozí ze vzdáleného Jihočeského a Jihomoravského kraje. Deficitní na štěrkopísky začíná být rovněž velká část území krajů Karlovarského, Plzeňského, Moravskoslezského, Ústeckého, dále Zlínského kraje a celá jižní část kraje Středočeského. Deficit kameniva v jednotlivých krajích se stává realitou a běžnou praxí.

tags: #vyskladani #kameniva #na #haldu #informace

Oblíbené příspěvky: