Raskasmetallipitoisen jätteen stabiloiminen CSAB-sementin avulla

• Main Author: Rasmus, J. (Juho)
• Format: Others
• Language: Finnish
• Published: University of Oulu 2019
• Online Access: http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfioulu-201902021143

Tiivistelmä. Kansainvälinen ilmastopaneeli julkaisi uusimman raporttinsa kesällä 2018, ja kyseinen raportti maalaa synkkää kuvaa maailman tulevaisuudesta, mikäli CO₂-päästöt jatkavat kasvuaan samalla tahdilla kuin tähän asti. Noin 8 % maapallon kaikista kasvihuonepäästöistä syntyy sementtiteollisuuden tuotantoprosessissa. Suurimmalle sementtityypille, portlandsementille (Ordinary Portland Cement; OPC), on alettu etsiä korvaavia vaihtoehtoja. Yksi näistä on kalsiumsulfoaluminaatti-beliitti-sementti (caliciumsulphoaluminate belite: CSAB), jonka valmistuksessa voidaan portlandsementtiä tehokkaammin hyödyntää myös teollisuudessa syntyviä sivutuotteita sekä jätteitä. CSAB-sementin päämineraalina toimivan ye’elimiitin hydratoitumisreaktion tuotteena syntyvällä ettringiitillä on tutkimuksissa havaittu olevan kyky stabiloida niin jätevesiä kuin raskasmetallipitoisia materiaaleja. Ettringiitti mineraalin muodostumisen ansiosta CSAB-sementit lujittuvat varsin nopeasti, joten CSAB-sementin avulla vaaralliseksi jätteeksi luokitellut materiaalit saadaan nopeasti fyysisiltä ominaisuuksiltaan sellaiseen muotoon, että ne eivät pääse eroosiovoimien avulla leviämään ei halutuille alueille. Tässä työssä on tutkittu eräästä suomalaisesta teollisuuslaitoksesta peräisin olevien, raskasmetallipitoisten ja vaarallisiksi jätteiksi luokiteltujen materiaalien stabilointia Oulun yliopiston Prosessimetallurgian osaston laboratoriossa valmistetun CSABsementin avulla. Käytetty CSAB-klinkkeri on valmistettu puhtaista laboratoriokemikaaleista, jotta näytteille suoritettavat muut kokeet olisivat tulkinnaltaan yksiselitteisempiä. Kokeellisessa osiossa valmistettiin kolmella eri sekoitussuhteilla (25 %, 50 % ja 75 %) yhteensä 12 kappaletta jätemateriaaleja sisältävää näyteprismaa, joille määritettiin taivutuslujuus ja puristuslujuus ZWICK/Z100-laitteella sekä liukenemisominaisuudet yksivaiheisen ravistelutestin ja ICP-analyysin avulla. Kokeellisessa osiossa käytetyt menetelmät eivät olleet täysin standardien mukaisia, mutta mukailivat standardeja mahdollisimman tarkasti. Kokeen tarkoituksena oli selvittää, voisiko käytettyjä jätemateriaaleja hyödyntää Valtioneuvoston asetuksen 843/2017 mukaisissa maanrakennustarkoituksissa stabiloinnin jälkeen. Näyte MAT2 ei tarkkaan ottaen ole jäte, vaan prosessissa syntyvä välituote, tässä työssä sitä on kuitenkin raja-arvojen osalta käsitelty jätteen määritelmän mukaisesti. Kokeen tulokset olivat stabiloitumisen kannalta hyvät: molemmat näytteet sekä lujittuivat että olivat liukoisuusominaisuuksiltaan puhtaampia kuin alkuperäinen materiaali. Käytetyt materiaalit MAT1 sekä MAT2 olivat lähtökohtaisesti erityyppiset: MAT1 oli MAT2:ta huomattavasti puhtaampi. Ravistelutestin tulosten perusteella MAT1:tä voitaisiin soveltaa jokaisella sekoitussuhteella johonkin Valtioneuvoston asetuksen 843/2017 käyttötarkoitukseen, mutta MAT2:n kohdalla ainoastaan 25 % jäteosuuden omaava näyte voisi soveltua edes teoriassa joihinkin käyttötarkoituksiin. Vaikka MAT1 läpäiseekin asetuksessa olevia raja-arvoja, ei sitä voida suoraan käyttää kyseisiin tarkoituksiin, sillä asetus ei tällä hetkellä pidä sisällään näytteiden kaltaisia raaka-aineita. Mikäli näytteiden lähtöpaikkana toiminut teollisuuslaitos haluaisi materiaaleja hyödyntää, tulisi niille suorittaa tarkempia kokeita ja hakea ympäristölupaa.