MODUŁ 3. IDENTYFIKOWANIE MATERIAŁÓW PODDAWANYCH PROCESOM RECYKLINGU

Transkrypt

1 PI-PWP Model Regionalnego Centrum Kompetencji Technologicznych Green-Job ZAŁĄCZNIK 1.7. MODUŁ 3. IDENTYFIKOWANIE MATERIAŁÓW PODDAWANYCH PROCESOM RECYKLINGU PORADNIK DLA UCZESTNIKA ZAJĘĆ PODREGION RADOMSKI I POWIAT GRÓJECKI Radom, 2014

2 Kurs: Operator odpadami i recyklingu M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu Poradnik dla uczestnika zajęć dydaktycznych Radom 2014 Strona 2

3 Zespół autorski: dr inż. Rafał Bator Recenzenci: dr inż., prof. PWSOŚ Aleksander Kosmynin mgr inż. Agnieszka Kowalczyk Konsultacja metodologiczna: mgr inż. Mirosław Żurek mgr inż. Joanna Tomczyńska mgr Edyta Kozieł mgr Katarzyna Sławińska Opracowanie redakcyjne: lic. Urszula Kamińska mgr inż. Jarosław Sitek Korekta językowa: mgr Joanna Iwanowska mgr Joanna Fundowicz mgr inż. Jarosław Sitek Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną dla modułu M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu zawartego w modułowym programie nauczania dla propozycji nowego zawodu Operator odpadami i recyklingu. Radom 2014 Strona 3

4 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 5 2. Wymagania wstępne 8 3. Uszczegółowione efekty kształcenia 9 4. Materiał nauczania Metale i stopy metali Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Papier i tektura Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Szkło Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Tworzywa sztuczne Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Materiały włókiennicze Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Produkty specyficzne podlegające specjalnym regulacjom prawnym Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Klasyfikacja i rozróżnianie odpadów Materiał nauczania Pytania sprawdzające Sprawdzian postępów Ćwiczenia Literatura 84 Strona 4

5 1. WPROWADZENIE Przystępując do nauki wykonywania zadań zawodowych operatora opadami i recyklingu w systemie kształcenia modułowego jako uczestnik szkolenia zdobędziesz niezbędną wiedzę i umiejętności zawodowe zawarte w 6 modułach. Każdy moduł jest podzielony na jednostki modułowe zawierające materiał nauczania, pytania sprawdzające, ćwiczenia i sprawdzian postępów. W opracowaniu przygotowano materiały dla modułu trzeciego pt. M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu, w którym wyróżniono 7 jednostek modułowych. Przed rozpoczęciem nauki jako uczestnik szkolenia powinieneś zapoznać się z wymaganiami wstępnymi oraz uszczegółowionymi efektami kształcenia, tj. wiedzą, umiejętnościami i postawami, jakich nabędziesz po ukończeniu nauki w ramach modułu. Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczeń sprawdź, czy jesteś do tego odpowiednio przygotowany. W tym celu wykorzystaj pytania sprawdzające zamieszczone po materiale nauczania. Zakończeniem opracowania każdego tematu jest sprawdzian postępów, który pozwoli Ci określić zakres nabytej wiedzy i umiejętności. Jeśli uzyskasz pozytywne wyniki, to będziesz mógł przejść do następnego tematu, jeżeli nie, powinieneś powtórzyć treści niezbędne do określonych umiejętności. Pamiętaj, że w przypadku niejasności przedstawionych w ramach modułu informacji, zawsze możesz liczyć na pomoc, dodatkowe wyjaśnienia ze strony osoby prowadzącej zajęcia. Podstawą do zaliczenia modułu jest aktywny udział na zajęciach oraz zaliczenie testu sprawdzającego. Przykładowy test sprawdzający został zamieszczony na końcu modułu. Test ten posłuży osobie prowadzącej zajęcia jako wzorzec do przygotowania własnego testu. Moduł M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu jest wprowadzeniem do dalszej tematyki związanej z gospodarką odpadami. Poradnik został opracowany w ramach projektu PI-PWP Model Regionalnego Centrum Kompetencji Technologicznych Green-Job (Nr UDA-POKL /11-00) współfinansowanego przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Strona 5

6 M1. Korzystanie z europejskich i krajowych dokumentów strategii oraz regulacji prawnych M2. Stosowanie podstawowej wiedzy z zakresu ekologii i mikrobiologii w gospodarce odpadami M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu M4. Zbieranie, segregowanie i magazynowanie odpadów M5. Postępowanie z odpadami M6. Przygotowanie i prowadzenie działalności w zakresie gospodarki odpadami Schemat układu modułów Strona 6

7 Wykaz jednostek modułowych Nazwa modułu M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu Nazwa jednostki modułowej M3.J1. Metale i stopy metali M3.J2. Papier i tektura M3.J3. Szkło M3.J4. Tworzywa sztuczne M3.J5. Materiały włókiennicze M3.J6. Produkty specyficzne podlegające specjalnym regulacjom prawnym M3.J7. Klasyfikacja i rozróżnianie odpadów Przewidziana liczba godzin 30 Strona 7

8 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu modułu M3. Identyfikowanie materiałów poddawanych procesom recyklingu i zawartych w nim jednostek modułowych, powinieneś umieć: korzystać z różnych źródeł informacji, rozpoznawać podstawowe akty prawne, znać parametry służące do opisu właściwości fizycznych i chemicznych substancji, znać podstawowe symbole pierwiastków chemicznych, rozumieć zapisy prostych reakcji chemicznych, rozumieć celowość recyklingu, wypowiadać publicznie swoje argumenty za i przeciw na wskazane zadania problemowe, współpracować w grupie z uwzględnieniem podziału zadań. Strona 8

9 3. USZCZEGÓŁOWIONE EFEKTY KSZTAŁCENIA M1.J1. Metale i stopy metali Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI podstawowe właściwości metali i ich stopów, zidentyfikować metale na podstawie właściwości klasyfikacja metali żelaznych i nieżelaznych, charakterystyka metali i ich stopów, sposoby wytopu metali, rudy metali, które stosuje się do ich wytopu, możliwości przerobu odpadów metalowych, zalety i wady recyklingu metali. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji fizycznych, przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości i składu odpadów, przeanalizować możliwości odzysku metali z odpadów komunalnych. M1.J2. Papier i tektura Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI podział wyrobów papierniczych, zidentyfikować wyroby papiernicze, właściwości wyrobów papierniczych, przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości podstawowe i dodatkowe surowce do produkcji papieru i tektury, etapy produkcji papieru i tektury, możliwości przerobu odpadów papierowych, zalety i wady recyklingu papieru i tektury. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji i składu odpadów, wskazać możliwości odzysku papieru i tektury z odpadów komunalnych i przemysłowych. Strona 9

10 M1.J3. Szkło Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI podstawowe i uzupełniające surowce do przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości produkcji szkła, możliwości użycia stłuczki szklanej jako surowca do produkcji masy szklanej, etapy produkcji szkła, związki barwiące szkło. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji i składu odpadów, wskazać możliwości odzysku szkła z odpadów komunalnych i przemysłowych. M1.J4. Tworzywa sztuczne Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI polimery i tworzywa sztuczne, rozróżniać tworzywa sztuczne, reakcja polimeryzacji, klasyfikować tworzywa sztuczne na podstawie podstawowe związki polimerowe, klasyfikacja polimerów ze względu na zastosowanie, klasyfikacja polimerów ze względu na fizykochemiczne właściwości przetwórcze, klasyfikacja polimerów ze względu na właściwości fizykochemiczne, znaczenie i cel stosowania kodów do oznaczania tworzyw sztucznych. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji kodu do oznaczania tworzyw sztucznych, przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości i składu odpadów, wskazać możliwości odzysku tworzyw sztucznych z odpadów komunalnych i przemysłowych. Strona 10

11 M1.J5. Materiały włókiennicze Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI klasyfikacja włókien wg pochodzenia, właściwości włókien roślinnych, właściwości włókien zwierzęcych, klasyfikacja włókien chemicznych, właściwości włókien chemicznych, klasyfikacja materiałów włókienniczych. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji rozróżniać materiały włókiennicze, przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości i składu odpadów, wskazać możliwości odzysku materiałów włókienniczych z odpadów komunalnych i przemysłowych. M1.J6. Produkty specyficzne podlegające specjalnym regulacjom prawnym Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI odpady niebezpieczne, korzystać z dokumentów, które precyzują, jakie dokumentowanie odpadów niebezpiecznych, odpady zaliczamy do niebezpiecznych, oznaczenia odpadów niebezpiecznych zgodnie z korzystać z Katalogu odpadów Katalogiem odpadów elektrośmieci, postępowanie z odpadami niebezpiecznymi, postępowanie z olejami przepracowanymi. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji rozróżniać elektrośmieci, przeanalizować dane statystyczne dotyczące ilości i składu odpadów, wskazać możliwości zbiórki odpadów niebezpiecznych. Strona 11

12 M1.J7. Klasyfikacja i rozróżnianie odpadów Słuchacz po zrealizowaniu zajęć w ramach jednostki modułowej osiągnie następujące efekty kształcenia: WIEDZA UMIEJĘTNOŚCI klasyfikacja odpadów, kryteria klasyfikacyjne odpadów, istota wprowadzenia Katalogu odpadów. KOMPETENCJE PERSONALNE I SPOŁECZNE Odpowiedzialność proekologiczna Umiejętność pracy w zespole Samodzielność i samokontrola Odpowiedzialność za skutki podejmowanych działań Gotowość ustawicznego uczenia się Zdolność przekonywania i negocjowania Zdolność analizowania sytuacji klasyfikować odpady zgodnie przepisami, rozróżniać odpady na podstawie oceny organoleptycznej. Strona 12

13 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Metale i stopy metali Materiał nauczania Ogólna klasyfikacja metali i ich stopów Klasyfikacja ogólna metali i stopów tych metali, ich nazwy i określenia były zawarte w arkuszu normy PN-90/H-01010/01 (Metale. Klasyfikacja). Norma ta została wycofana w 2006 roku. Jednak pewne określenia z niej nadal powszechnie funkcjonują, inne zostały w niej zastępowane poprzez wprowadzanie nowych norm dotyczących poszczególnych metali i ich stopów: PN-ISO :1996P (Nikiel i stopy niklu - Materiały - Terminologia), PN-H-01051:1997P (Miedź i stopy miedzi - Materiały - Terminologia), PN-EN :2012E (Aluminium i stopy aluminium - Terminy i definicje - Część 1: Terminy ogólne). Przy klasyfikowaniu i oznaczaniu metali używamy następujących pojęć podstawowych: metal pierwiastek, którego opór elektryczny właściwy w warunkach normalnych mieści się w zakresie Ωm i zwykle zwiększa się liniowo z podwyższeniem temperatury; pierwiastek półprzewodnikowy pierwiastek, którego opór elektryczny w warunkach normalnych mieści się w zakresie Ωm i maleje wykładniczo z podwyższeniem temperatury; stop tworzywo metaliczne otrzymane ze stanu ciekłego, składające się z dwóch lub więcej metali lub metali i niemetali, wśród których wyróżnia się składniki stopu (metal podstawowy i dodatki stopowe) oraz zanieczyszczenia. Stop jest wytwarzany celowo dla uzyskania żądanych własności; metal podstawowy metal, którego zawartość w stopie jest większa od każdego z pozostałych składników stopu. W przypadku równej masy dwóch lub więcej metali w stopie za metal podstawowy przyjmuje się metal bardziej szlachetny, tzn. o mniejszym powinowactwie z tlenem; dodatek stopowy składnik stopu niebędący metalem podstawowym, celowo dodany do stopu lub utrzymany w nim w sposób zamierzony, o określonych granicznych zawartościach, konieczny do uzyskania wymaganych własności; główny dodatek stopowy składnik stopu występujący w nim w największej masie poza metalem podstawowym. W przypadku równej ilości dwóch lub więcej dodatków w stopie za główny dodatek stopowy uważa się pierwiastek o mniejszym powinowactwie z tlenem. Tę samą zasadę stosuje się przy ustalaniu kolejności dalszych dodatków stopowych; zanieczyszczenie pierwiastek obecny w metalu lub stopie, nie dodany celowo i nie utrzymany w nim w sposób zamierzony, o określonej maksymalnej granicy zawartości. Za zanieczyszczenie uważa się również pierwiastek użyty do rafinowania metalu (np. odtleniania, odsiarczania itp.) nawet w przypadku określenia jego maksymalnej i minimalnej granicy zawartości. Strona 13

14 Klasyfikację metali i stopów przedstawiono na rys. 1. Ponadto z klasyfikacją związane są następujące określenia: żelazo i jego stopy metal Fe i jego stopy, w których metalem podstawowym jest Fe; metale nieżelazne i ich stopy metale (z wyjątkiem żelaza) i pierwiastki półprzewodnikowe oraz ich stopy. Rys. 1. Klasyfikacja metali i stopów [opracowanie własne] Żelazo i jego stopy klasyfikujemy według rys. 2. Z klasyfikacją tą związane są następujące określenia: żelazo metal Fe zawierający zanieczyszczenia, a niezawierający dodatków stopowych; żelazo wysokiej czystości żelazo o takiej czystości, aby jego własności odpowiadały własnościom pierwiastka; żelazo technicznej czystości żelazo uzyskiwane w takich procesach metalurgicznych, aby zanieczyszczenia (węgiel i inne pierwiastki) nie przekraczały łącznie 0,15%; stopy żelaza stopy, w których metalem podstawowym jest żelazo; surówka stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi (głównie krzemem, manganem) zawierający więcej niż 2% węgla, otrzymany w stanie ciekłym w wyniku redukcji rudy żelaza w wielkim piecu lub niskoszybowym; stal stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi zawierający do około 2% węgla, otrzymany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie; staliwo stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi zawierający do około 2% węgla, otrzymany w procesach stalowniczych w stanie ciekłym, przeznaczony na odlewy; żeliwo stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi o składzie chemicznym zapewniającym krzepnięcie z przemianą eutektyczną, przeznaczony na odlewy; żelazostop stop metali lub niemetali z żelazem służący do wprowadzania dodatków stopowych do ciekłej stali, staliwa lub żeliwa, jak również stosowany jako odtleniacz, modyfikator, czynnik odgazowujący kąpiel metalową w procesach metalurgicznych. Strona 14

15 Rys. 2. Klasyfikacja żelaza i jego stopów [1] Klasyfikacja metali nieżelaznych i ich stopów przedstawiona jest na rys. 3. W klasyfikacji tej używamy następujące określenia: metal nieżelazny każdy metal (z wyjątkiem żelaza) i pierwiastek półprzewodnikowy zawierający zanieczyszczenia i niezawierający dodatków stopowych; metal nieżelazny wysokiej czystości metal nieżelazny o małej zawartości zanieczyszczeń otrzymany lub oczyszczony specjalnymi metodami. Minimalną zawartość danego metalu oraz maksymalne zawartości zanieczyszczeń określono w normach przedmiotowych; metal nieżelazny technicznej czystości metal nieżelazny o zawartości zanieczyszczeń właściwej dla sposobu wytwarzania, otrzymany lub oczyszczony przemysłowymi metodami metalurgicznymi. Minimalną zawartość danego metalu oraz graniczne zawartości zanieczyszczeń określono w normach przedmiotowych. Dodatki technologiczne (np. odtleniacz) nie mogą być powodem zakwalifikowania metalu jako stopu; metal surowy metal otrzymany zazwyczaj w procesie hutniczym, chemicznym lub elektrolizy z pierwotnych surowców metalonośnych lub surowców wtórnych; metal rafinowany metal oczyszczony zazwyczaj w procesie elektrorafinacji, rektyfikacji, rafinacji ogniowej lub chemicznej, otrzymany z metalu surowego, odpadów lub złomów; Strona 15

16 metal przetopiony metal otrzymany przez przetopienie metalu surowego, metalu rafinowanego, odpadów lub złomów metalicznych; stop metalu nieżelaznego stop, w którym metalem podstawowym jest dany metal nieżelazny. Rys. 3. Klasyfikacja metali nieżelaznych i ich stopów [1] Wyjątek stanowią stopy srebra, złota i platynowców, za które uważa się stopy, w których minimalna zawartość tych metali jest większa niż 10%. W razie potrzeby w stopach poszczególnych metali wyróżnia się: a) stop wstępny (zaprawa) pomocniczy stop wytwarzany celowo dla ułatwienia wprowadzenia dodatków stopowych lub technologicznych do właściwego stopu; b) metal stopowy stop metalu z małą zawartością jednego lub więcej dodatków stopowych; maksymalną zawartość dodatków stopowych w metalu stopowym, stanowiącą sumę ich nominalnych zawartości, określono w normach klasyfikacyjnych dla danego metalu podstawowego. Stale według składu chemicznego dzieli się na: stale niestopowe (węglowe) gatunki stali, w których zawartość pierwiastków przy zachowaniu zasad klasyfikacji, jest mniejsza od wartości granicznych podanych w tabeli 1; stale stopowe gatunki stali, w których zawartość co najmniej jednego z pierwiastków, przy zachowaniu zasada klasyfikacji, jest równa lub większa od zawartości granicznej podanej w tabeli 1; stale nierdzewne zawierające 10,5% Cr i 1,2% C. Strona 16

17 Ze wzglądu na sumaryczny udział pierwiastków w składzie chemicznym stale stopowe dzielimy na: niskostopowe gdzie zawartość jednego pierwiastka nie przekracza 2,0%, a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 3,5%; średniostopowe gdzie zawartość jednego pierwiastka mieści się między 2,0% a 8%, a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 12%; wysokostopowe gdzie zawartość jednego pierwiastka przekracza 8%, a suma pierwiastków łącznie nie przekracza 55%. Tabela 1. Granica między stalami niestopowymi a stopowymi [2] Symbol chemiczny pierwiastka i jego nazwa Al Aluminium 0,3 B Bor 0,0008 Bi Bizmut 0,10 Co Kobalt 0,30 Cr Chrom 0,30 Cu Miedź 0,40 Lantanowce 0,10 Mn Mangan 1,65 Mo Molibden 0,08 Nb Niob 0,06 Ni Nikiel 0,30 Pb Ołów 0,40 Se Selen 0,10 Si Krzem 0,50 Te Tellur 0,10 Ti Tytan 0,05 V Wanad 0,10 W Wolfram 0,30 Zr Cyrkon 0,05 Inne (oprócz węgla, fosforu, siarki i azotu) Zawartość graniczna % masy Technicznie czyste metale, to znaczy takie, które zawierają pewną niewielką ilość zanieczyszczeń pochodzących z procesów metalurgicznych, są bardzo rzadko używane do wyrobu przedmiotów użytkowych. Stopy metali mają lepsze właściwości mechaniczne i technologiczne od czystych metali. Czyste metale mają gorsze właściwości odlewnicze niż ich stopy, ponieważ w stanie ciekłym rozpuszczają w sobie pewną ilość gazów, które wydzielając się podczas krzepnięcia, tworzą w odlewach pęcherze obniżające ich jakość. Również na skutek swej niskiej twardości i dużej plastyczności czyste metale gorzej się obrabiają niż ich stopy, gdyż wióry przywierają do narzędzi skrawających. 0,10 Strona 17

18 Natomiast korzystnymi właściwościami czystych metali jest ich większa odporność na niszczące działanie czynników chemicznych i elektrochemicznych, czyli odporność na korozję. Czyste metale odznaczają się również lepszą przewodnością elektryczną i przewodnictwem cieplnym niż ich stopy. Charakterystyka żelaza Żelazo jest pierwiastkiem metalicznym o temperaturze topnienia 1534 C i temperaturze wrzenia 3070 C. W przyrodzie występuje głównie w postaci tlenków, węglanów, wodorotlenków i siarczków, jako magnetyt (Fe 3 O 4 ), hematyt (Fe 2 O 3 ), syderyt (FeCO 3 ), limonit (2Fe 2 O 3 3H 2 O) i piryt (FeS 2 ). Z rud tlenkowych w redukcyjnym procesie hutniczym w wielkim piecu otrzymuje się tzw. surówkę. Surówka podlega dalszej przeróbce w plecach stalowniczych, podczas której utlenia się znaczna część domieszek, tak że w większości przypadków łączna ich ilość (nie licząc węgla) nie przekracza 1%. Otrzymany produkt nazywa się stalą węglową. Metale nieżelazne i ich stopy Miedź i jej stopy Miedź jest metalem o barwie czerwonozłotej. Jest odporna na korozję, plastyczna i dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Miedź można obrabiać plastycznie na zimno lub na gorąco w temperaturze ok. 700 C. Miedź stosuje się na przewody elektryczne, elementy chłodnic i innych urządzeń w przemyśle spożywczym i chemicznym oraz jako składnik stopów. Niskie właściwości wytrzymałościowe czystej miedzi ograniczały jej zastosowanie i dlatego rozpoczęto wprowadzanie do miedzi różnych składników stopowych. Miedź stopowa zawiera niewielkie ilości składników stopowych w ilości nie przekraczającej 3%. Miedź arsenowa zawiera 0,3 0,5% As; jest stosowana na części aparatury chemicznej i innych urządzeń. Jest ona odporna na utlenianie w podwyższonej temperaturze. Miedź chromowa zawierająca 0,4 2% Cr i do 0,5% Zn jest używana na elektrody do zgrzewarek. Miedź kadmowa zawiera 0,9 1,2% Cd i jest używana na przewody trakcji elektrycznej. Oprócz wyżej wymienionych gatunków miedzi stopowej stosuje się też miedź srebrową, manganową, cynową, cynkową i telurową. Stopy miedzi znajdują bardzo duże zastosowanie. Do najważniejszych stopów miedzi należy zaliczyć mosiądze i brązy. Mosiądz jest to stop miedzi z cynkiem zawierającym 46,5 97% miedzi. Mosiądze specjalne zawierają (oprócz miedzi i cynku) mangan, ołów, żelazo, aluminium, krzem, nikiel i cynę. Mosiądz jest odporny na korozję, ma dobre właściwości plastyczne i odlewnicze oraz odznacza się dobrą skrawalnością. Mosiądze dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Mosiądze odlewnicze są stopami wieloskładnikowymi i zawierają: ołów do 4%, mangan do 4%, aluminium do 3%, żelazo do 1,5% i krzem do 4,5%. Ołów i krzem poprawiają lejność, a aluminium, mangan i żelazo podwyższają właściwości wytrzymałościowe. Aluminium i krzem podwyższają odporność na korozję i dlatego mosiądze aluminiowe i krzemowe są stosowane na odlewy części, które powinny być odporne na korozję i ścieranie. Mosiądze do obróbki plastycznej są stosowane w postaci odkuwek, prętów, kształtowników, drutów, blach, rur i taśm. Mosiądze dwuskładnikowe, czyli bez dodatków stopowych, mają dużą podatność do obróbki plastycznej, szczególnie na zimno. Strona 18

19 Zastosowanie: w postaci odlewów do wyrobu armatury wodociągowej i osprzętu odpornego na wodę morską, na mniejsze śruby okrętowe, tulejki, koła zębate, inne części mechaniczne, elementy okuć budowlanych (klamki, gałki, itp.). W postaci wyrobów po obróbce plastycznej (pręty, druty, blachy, taśmy, rury) mosiądze są stosowane w elektrotechnice, urządzeniach okrętowych, urządzeniach chemicznych, przyrządach precyzyjnych, instrumentach muzycznych itp. Brązy dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. W zależności od nazwy głównego składnika stopowego rozróżnia się brązy: cynowe, aluminiowe, berylowe, krzemowe, manganowe i inne, lecz zazwyczaj, gdy brązy są stopami wieloskładnikowymi, to i nazwy ich są bardziej złożone (np. brąz krzemowo-cynkowo-manganowy). Brązy odlewnicze są przeważnie wieloskładnikowe i zawierają: cynę do 11%, ołów do 33%, aluminium do 11%, krzem do 4,5%, cynk do 7%, mangan do 2%, żelazo do 5,5%, nikiel do 5,5% i fosfor do 1,5%. Brązy do obróbki plastycznej zawierają: mangan do 5,5%, aluminium do 11%, cynę do 7%, krzem do 3,5%, nikiel do 6,5%, beryl do 8,6%, fosfor do 0,3%, cynk do 5%, ołów do 3,5% i żelazo do 5,5%. W brązach do obróbki plastycznej stosuje się mniejsze ilości dodatków stopowych niż w brązach odlewniczych w celu uzyskania lepszych właściwości plastycznych stopów. Zastosowanie: elementy maszyn narażone na ścieranie i korozję, części maszyn, armatura chemiczna, elementy aparatury pomiarowej, panewki wysokoobciążonych łożysk ślizgowych i inne. Aluminium i jego stopy Aluminium jest pierwiastkiem o barwie srebrzystobiałej. Jest metalem odpornym na korozję oraz dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, głównie ze względu na niską wytrzymałość. Czyste aluminium jest stosowane na przewody elektryczne, do wyrobu folii, proszków do platerowania naczyń, do wyrobu farb i jako składnik stopów. Dużo większe zastosowanie mają stopy aluminium, które ze względu na małą gęstość są nazywane stopami lekkimi. Aluminium wytwarza się w kilkunastu gatunkach o różnym stopniu czystości od 99,99% do 99,0%. Aluminium jest stosowane zarówno w postaci czystego metalu, jak i wielu stopów. Najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: miedź, krzem, magnez, mangan, nikiel i cynk. Dodatki stopowe zwiększają przede wszystkim wytrzymałość, odporność na korozję i polepszają obrabialność. Stopy aluminium dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Stopy aluminium z miedzią i magnezem oraz częściowo również z manganem i krzemem charakteryzują się dużym oporem plastycznym przy obróbce na zimno i na gorąco. Stopy te są przede wszystkim używane na konstrukcje lotnicze. Duże zastosowanie przemysłowe znalazły wieloskładnikowe stopy zwane duralami. Magnez i jego stopy Magnez jest metalem bardzo lekkim o niskich właściwościach mechanicznych i dużej aktywności chemicznej. Ze względu na te właściwości jest stosowany w technice przede wszystkim w postaci stopów. Stopy magnezu dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Głównym składnikiem stopów magnezu jest aluminium, którego zawartość w stopach odlewniczych może dochodzić do 10%, a w stopach do obróbki plastycznej do 9%. Stopy magnezu zawierają jeszcze cynk do 5,5%, mangan do 2,5%, a także cer i cyrkon. Stopy magnezu z aluminium i cynkiem noszą nazwę elektronów. Strona 19

20 Stopy odlewnicze magnezu są stosowane na odlewy wykonywane przeważnie pod ciśnieniem, na odlewy części lotniczych silnie obciążonych, części silników, agregatów oraz aparatów fotograficznych i maszyn do pisania. Stopy do obróbki plastycznej wykazują większą przydatność do obróbki plastycznej na gorąco niż na zimno. Obróbka plastyczna na gorąco zależnie od stopu odbywa się w temperaturze C. Cynk i jego stopy Cynk jest metalem o dobrych właściwościach plastycznych, małej wytrzymałości na rozciąganie i niskiej temperaturze topnienia. Cynk stosuje się głównie na przeciwkorozyjne powłoki ochronne blach i drutów. Głównymi składnikami stopów cynku są: aluminium, miedź i niekiedy mangan. Większość stopów cynku może być stosowana do odlewania i do obróbki plastycznej. Stopy zawierające powyżej 5,4% aluminium są stopami wyłącznie odlewniczymi. Techniczne zastosowanie znalazły stopy Zn z Al o stężeniu 3 30%, zwane tradycyjnie znalami. Wieloskładnikowe stopy cynku z aluminium zawierają ponad 5% Cu i 0,06% Mg. Cyna i jej stopy Właściwości mechaniczne czystej cyny są tak niskie, że nie nadaje się jako materiał konstrukcyjny. Folia cynowa ma duże zastosowanie do pakowania produktów żywnościowych. Cynę stosuje się do cynowania puszek do konserw, a największe zastosowanie znalazła jako dodatek stopowy. Stopy cyny dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Stopy do obróbki plastycznej są stosowane głównie na folie. Stopy cyny z niewielkim dodatkiem antymonu (ok. 2,5%) są przeznaczone do obróbki plastycznej. Stosuje się je do wytwarzania folii na otuliny i do platerowania folii ołowianej. Stopy zawierające ok. 3 8% Sb oraz do 2,5% Cu są stosowane zarówno jako odlewnicze. jak i do obróbki plastycznej. Stopy cyny zawierające 12 15% Sb i ok. 5% Cu, a także do 10% Pb są stosowane na odlewy ciśnieniowe i elementy aparatury pomiarowej. Jako spoiwa do lutowania miękkiego stosowane są stopy Pb Sn lub Sn Pb z dodatkiem Bi, Cd, Cu, Bi lub Ag oraz stopy Bi Sn, Pb Ag, Sn In. Ołów i jego stopy Ołów ma bardzo małą wytrzymałość i bardzo dobre właściwości plastyczne. Jest odporny na działanie niektórych środowisk chemicznych, jak kwas siarkowy. Istnieje szereg gatunków ołowiu różniących się między sobą ilością zanieczyszczeń srebrem, arsenem, antymonem, cyną, żelazem, miedzią, cynkiem i bizmutem. Ołów łatwo obrabia się plastycznie na zimno, dobrze się skrawa i daje się łatwo lutować oraz spawać. Stopy ołowiu znalazły szerokie zastosowanie w elektrotechnice, przemyśle chemicznym na spoiwa do lutowania jako stopy drukarskie i jako stopy łożyskowe. Podstawowymi składnikami stopów ołowiu są: antymon, cyna, miedź i niekiedy arsen. Stopy ołowiu z antymonem i niekiedy dodatkiem cyny i arsenu noszą nazwę ołowiu twardego; zawierają one 0,15 10% antymonu. Są one stosowane na powłoki kabli, podkładki, uszczelki, rury, blachy, elementy aparatury chemicznej, anody do galwanizacji, folie, akumulatory, odlewy pomp kwasoodpornych i stopy drukarskie. Strona 20

21 Metalurgia metali żelaznych Produkcja stali opiera się na procesie dwustopniowym. W pierwszej fazie rudy tlenkowe podlegają redukcji. W wyniku tego procesu otrzymuje się surówkę zawierającą znaczne ilości domieszek. W drugiej fazie w wyniku procesów utleniania otrzymuje się stal o określonym składzie. Proces redukcji rudy żelaza przeprowadza się w wielkim piecu, do którego wprowadza się rudę, koks i topniki oraz powietrze niezbędne do spalania paliwa. Wszystkie te materiały nazywamy materiałami wsadowymi. Z materiałów wsadowych w wyniku procesów wielkopiecowych otrzymuje się jako główny produkt surówkę, a ponadto żużel i gazy wielkopiecowe. Surówka zawiera oprócz żelaza do 7% domieszek, w tym 2,5 4,5% węgla, a ponadto krzem, mangan, siarkę i fosfor. Duża zawartość węgla w surówce sprawia, że nie ma ona dobrych właściwości plastycznych i z tego powodu nie można jej kuć ani walcować nawet w znacznie podwyższonej temperaturze. Żużel powstaje z zanieczyszczeń towarzyszących rudzie oraz topników, czyli substancji ułatwiających stopienie zanieczyszczeń. Wytwarza się z niego wełnę żużlową używaną jako materiał termoizolacyjny, cement wielkopiecowy, materiały budowlane i inne. Gazy wielkopiecowe (uchodzące z gardzieli wielkiego pieca) powstają w wyniku spalania koksu stanowiącego paliwo w wielkim piecu. Zawierają one pewne ilości dwutlenku węgla, tlenku węgla, azotu i innych składników lotnych, a ponadto pewne ilości pyłu. Niektóre składniki, np. tlenek węgla, można jeszcze spalić i uzyskać dodatkowo pewną ilość ciepła. Gaz wielkopiecowy spalany w nagrzewnicach służy głównie do podgrzewania powietrza doprowadzanego do wielkiego pieca. Rudę, koks i topniki wprowadza się przez zasyp umieszczony u góry, a gorące powietrze przez dysze umieszczone u dołu wielkiego pieca. Surówkę i żużel odbiera się przez odpowiednie otwory spustowe umieszczone w dolnej części wielkiego pieca, a gazy wielkopiecowe przez przewody gazowe w górnej części pieca. Materiały wsadowe Występującymi często w przyrodzie rudami żelaza są: tlenki, wodorotlenki i węglany, rzadziej natomiast występują siarczki. Wszystkie rudy zanieczyszczone są w mniejszym lub większym stopniu piaskiem, gliną, tlenkami wapnia, tlenkami magnezu i innymi. W procesie wytwarzania surówki należy nie tylko zredukować związki żelaza, lecz również usunąć zanieczyszczenia tworzące tzw. skałę płonną. Stopione zanieczyszczenia usuwa się z powierzchni roztopionego metalu. Niektóre mineralne zanieczyszczenia występujące w rudzie trudno przechodzą w stan ciekły. Rudy zawierające takie zanieczyszczenia nazywamy trudno topliwymi. W celu umożliwienia stopienia skały płonnej rud trudno topliwych dodaje się do wielkiego pieca specjalne topniki, lecz mimo to proces ich topnienia nie przebiega łatwo. Niekiedy skład chemiczny zanieczyszczeń rudy umożliwia łatwe jej stopienie wraz z topnikami, które do niej dodano. Takie rudy nazywają się łatwo topliwymi. Istnieją również rudy, których skała płonna topi się łatwo bez dodatku topników. Nazywamy je rudami samotopliwymi. Niektóre związki chemiczne, znajdujące się obok żelaza w rudzie, mogą ulegać również redukcji i przechodzić w czasie procesu wielkopiecowego nie do żużla, lecz do surówki. Zależnie od ich wpływu na właściwości surówki rozróżniamy domieszki pożyteczne, jak np. mangan, chrom, krzem, oraz zanieczyszczenia szkodliwe, jak np. siarka, fosfor i arsen. Rudami, które mają największe znaczenie przemysłowe, są: Strona 21

22 1. Magnetyt lub żelaziak magnetyczny (Fe 3 O 4 tlenek żelazowo-żelazawy). Jest on rudą pochodzenia wulkanicznego, zawierającego zwykle około 70% Fe. Odznacza się właściwościami magnetycznymi i szaro-stalową lub czarną barwą. Na niepolewanej porcelanie daje rysę czarną. Z powodu zwartej budowy i składu chemicznego skały płonnej jest trudno topliwy. Zawiera często domieszki siarki, fosforu, a czasem tytanu. 2. Hernatyt lub żelaziak czerwony (Fe 2 O 3 tlenek żelazowy) zawiera zwykle 50 60% żelaza. Występuje w dwóch odmianach. Jako błyszcz żelazny ma zabarwienie ciemno stalowoszare, a jako hematyt czerwony zbity wiśniowo-czerwone lub brunatno-czerwone. Pierwszy z nich daje na porcelanie rysę wiśniowo-czerwoną, a drugi brunatno-czerwoną. Hematyt jest rudą łatwo topliwą. Jego skałę płonną stanowią najczęściej krzemionka i glina, a niekiedy również wapń. Podczas wydobywania daje wiele miału, a niekiedy wydobywa się go jedynie w postaci miału. Z tego powodu zazwyczaj przed załadowaniem do wielkiego pieca bywa spiekany w większe bryłki, czyli aglomerowany. 3. Limonit lub żelaziak brunatny (2Fe 2 O 3 3H 2 O uwodniony tlenek żelazowy) zawiera przeciętnie 30 50% żelaza. Bywa barwy żółtej, brunatnej, a nawet czarnej. Na porcelanie pozostawia zawsze rysę żółtą. Limonit jest rudą najbardziej rozpowszechnioną w przyrodzie. Powstaje w wyniku wietrzenia innych rud, jak np. magnetytów, hematytów i innych. Dzięki składowi chemicznemu zanieczyszczeń limonit jest rudą łatwo topliwą. W skład jego skały płonnej wchodzą zwykle krzemionka i glina, ponadto czasem tlenki wapnia i tlenki magnezu. Jako zanieczyszczenie szkodliwe występuje w jego skale płonnej siarka i fosfor. Limonit występuje w kilku odmianach, a mianowicie: limonit włóknisty, limonit zbity oraz limonit dziurkowaty. 4. Syderyt lub żelaziak szpatowy (FeCO 3 węglan żelazawy) zawiera przeciętnie 30 40% żelaza. Bywa barwy żółtawoszarej lub żółtawobrunatnej. Na porcelanie pozostawia rysę żółtawobrunatną. Występuje w kilku odmianach. Powstaje przez osadzanie się wody zawierającej kwaśny węglan żelaza. Najważniejszymi gatunkami syderytów są: syderyt ziarnisty zawierający do 42% żelaza oraz syderyt węglisty zawierający do 30% żelaza. Rudy syderytowe są zwykle łatwo topliwe lub samotopliwe. Zanieczyszczone są krzemionką, gliną, tlenkiem wapnia i tlenkiem magnezu. Rudy wydobyte z kopalni podlegają procesom przygotowawczym ułatwiającym następnie otrzymanie z nich surowca. Pierwszym zabiegiem jest sortowanie rudy. Do tego celu stosuje się sita rozdzielające rudę na grupy o różnej wielkości ziarn. Grube kawały rudy poddaje się rozdrabnianiu w urządzeniach zwanych łamaczami. Rozkruszona ruda może być pozbawiona w pewnym stopniu zanieczyszczeń skałą płonną, czyli wzbogacana. W przemyśle stosuje się wiele sposobów wzbogacania rud. Otrzymywanie stali Proces konwertorowy Celem procesu konwertorowego jest produkcja stali przez utlenienie niepożądanych pierwiastków, w czasie przedmuchiwania tlenem ciekłej surówki żelaza. Wsad żelazonośny dla konwertorów stanowią głównie ciekła surówka i złom stalowy. Jako uzupełnienie wsadu może być stosowana surówka stała i złom surówkowy. Strona 22

23 Proces martenowski W metodzie Siemensa-Martina surówkę poddaje się procesowi świeżenia w piecu martenowskim. Materiałami wsadowymi w procesie martenowskim są surówka i złom. Proces wytapiania stali w łukowym piecu elektrycznym Stalownie elektryczne wykorzystują energię łuku elektrycznego do wytapiania stali. Proces ten oparty jest na złomie stalowym, głównie zbiórkowym poamortyzacyjnym jak i obiegowym z poszczególnych wydziałów huty. Dzięki temu proces ten jest znacznie mniej energochłonny w porównaniu z procesem wytwarzania stali w układzie wielki piec konwertor tlenowy, a jednocześnie odgrywa ważną rolę w recyklingu tego surowca wtórnego. Metalurgia metali nieżelaznych Metalurgia aluminium Pospolitym materiałem zawierającym glin jest glina. Składa się ona z uwodnionych glinokrzemianów (A1 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O) oraz licznych zanieczyszczeń krzemianowych, tlenkowych lub węglanowych. Podstawowym surowcem do produkcji aluminium jest minerał zwany boksytem. Zawiera on do 60% wodorotlenku glinu Al(OH) 3 oraz inne zanieczyszczenia tlenków, jak np. Fe2O 3, CaO, SiO 2. Jakość boksytu jest oceniana na podstawie składu chemicznego. Im więcej A1 2 O 3 znajduje się w boksycie, a mniej SiO 2, tym lepszym jest on surowcem do produkcji aluminium. Produkcja aluminium dzieli się na dwa odrębne procesy. Pierwszym z nich jest otrzymywanie czystego tlenku glinu, drugim otrzymywanie aluminium metodą elektrolityczną. Metalurgia cynku Produkcja cynku opiera się na dwóch rodzajach rud: węglanowych i siarczkowych. Początkowo cynk produkowano wyłącznie z rud węglanowych zawierających prócz węglanu cynku (ZnCO 3 ) również i inne węglany, jak węglan żelaza (FeCO 3 ), węglan manganu (MnCO 3 ), węglan magnezu (MgCO 3 ) i szereg innych. Najważniejszym węglanowym surowcem do produkcji cynku był minerał zwany galmanem cynkowym. Obecnie, po znacznym wyczerpaniu rud węglanowych, głównym surowcem jest blenda cynkowa (ZnS), zawierająca zwykle liczne zanieczyszczenia siarczkami żelaza, kadmu i ołowiu oraz niekiedy związkami arsenu, antymonu i miedzi. Metalurgia miedzi Miedź występuje w skorupie ziemskiej najczęściej w postaci związków z siarką lub z tlenem. Niekiedy jednak można ją spotkać w postaci wolnej jako tzw. miedź rodzimą. Najważniejszymi rudami siarczkowymi miedzi są chalkozyn (Cu 2 S), kowelin (CuS), chalkopiryt (CuFeS 2 ). Spośród rud tlenowych i węglanowych do najważniejszych zaliczamy kupryt (Cu 2 O) i malachit [CuCO 3 Cu(OH) 2 ] oraz azuryt [2CuCO 3 Cu(OH) 2 ]. Zawartość miedzi w rudach wynosi średnio około 3%, często przerabia się również rudy uboższe, w których zawartość miedzi nie przekracza 1%. Strona 23

24 Metalurgia ołowiu W przyrodzie ołów występuje w postaci różnych związków. Najbardziej rozpowszechnionym i mającym największe znaczenie techniczne jest siarczek ołowiu PbS, zwany błyszczem ołowiowym lub galeną. Prócz siarczków spotyka się węglany PbCO 3 i siarczany ołowiu PbSO 4. Siarczek ołowiu, który jest podstawowym surowcem w produkcji ołowiu, w stanie czystym zawiera 86% Pb. Zawartość jednak ołowiu w rudach siarczkowych jest znacznie mniejsza i wynosi 2 4%. Rudy ołowiu są zanieczyszczone skałą płonną, składającą się z krzemionki oraz z węglanów wapnia i magnezu, a niekiedy innych jeszcze składników mineralnych. Ze względu na stosunkowo małą zawartość ołowiu w rudach poddaje się je wzbogaceniu najczęściej metodą flotacji. Otrzymane w ten sposób produkty wzbogacenia nazywają się koncentratami. Zawierają one 35 75% ołowiu. Produkcja stali ze złomu ogranicza ilość: zużycia surowców pierwotnych o 90% (1134 kg rudy żelaza, 453,5 kg węgla i 18 kg wapienia), odpadów górniczych o 97%, energii o 74% dla innych metali oszczędności te wynoszą: aluminium 95%, miedzi 85%, cynku 60%, ołowiu 65%, zużycia wody o 40%, ścieków przemysłowych o 76%, zanieczyszczeń powietrza o 86%. Słowniczek polsko-angielski dodatek stopowy alloy addition domieszka additive materiał wsadowy charging bucket metal metal metal nieżelazny non-ferrous metal metalurgia metallurgy rudy metali metal ore stal steel stal nierdzewna stinless steel stal stopowa alloy steel stal węglowa carbon steel stop (metalu) alloy stop żelaza iron alloy surówka pig iron symbol pierwiastka chemicznego chemical symbol zanieczyszczenie (stali) pollutant żelazo iron żeliwo castiron złom scrap złom (w rozumieniu stare metalowe wyroby) strap metal złom żelazny iron scrap złom żeliwny cast iron scrap Strona 24

25 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaka jest różnica między metalem a jego stopem? 2. Jak klasyfikujemy metale i stopy? 3. Jaka jest różnica między stalą a żeliwem? 4. Jakie rudy żelaza stosuje się do produkcji stali? 5. Jakie metale nieżelazne znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle i jakie są ich podstawowe właściwości fizyczne? 6. Jakie są etapy produkcji stali? 7. Jakie zalety przynosi recykling złomu żelaza i metali nieżelaznych? Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) Podać różnicę między stopem a metalem? 2) Przedstawić klasyfikację metali i stopów? 3) Podać, jaka jest różnica między stalą a żeliwem? 4) Wymienić etapy procesu produkcji stali? 5) Wymienić i scharakteryzować najpopularniejsze metale nieżelazne? 6) Podać zalety i korzyści z recyklingu metali żelaznych i nieżelaznych? Strona 25

26 4.2. Papier i tektura Materiał nauczania Poradnik dla uczestnika zajęć Moduł 3. Wyrobem papierniczym nazywamy produkt pod postacią zwoju lub arkusza, otrzymany z odpowiednio przygotowanych włókien roślinnych, związanych ze sobą w sposób naturalny (tj. bez dodatkowych środków spajających). Wyrób papierniczy może zawierać dodatek włókien nieroślinnych, jak również inne dodatki masowe, jak np. substancje wypełniające, hydrofobizujące, wzmacniające, pigmenty, barwniki oraz inne pomocnicze środki chemiczne. Wyroby papiernicze mogą być wykorzystywane bezpośrednio. Na skutek obróbki chemicznej (np. nasycanie, powlekanie) i/lub fizycznej (cięcie, tłoczenie, składanie, sklejanie, zwijanie itp.) można z nich również otrzymać przetwory papiernicze. Wyroby i przetwory papiernicze tworzą razem produkty papiernicze. Tektura najgrubszy materiał papierniczy (ma do 5 mm grubości). Powstaje przez sprasowanie kilkunastu warstw masy papierniczej. Do jej wyrobu używa się grubszych włókien ścieru drzewnego, szmat, makulatury, nie dodaje się jednak wypełniaczy. Tektura nie nadaje się do pisania. Rozróżnia się kilka gatunków tektury: białą, brązową, szarą, techniczną. Wyróżnia się tekturę litą oraz falistą. Tektura falista składa się z kilku arkuszy papieru. Arkusze zewnętrzne proste (gładkie) i wewnętrzna pofalowana (fala). W przypadku tektury dwuwarstwowej jest jeden arkusz gładki i drugi pofalowany. Na schemacie przedstawiono budowę arkuszy tektury falistej: a) tektura dwuwarstwowa, b) tektura trzywarstwowa, c) tektura pięciowarstwowa, d) tektura siedmiowarstwowa, e) tektura czterowarstwowa. Znane rodzaje fali to: fala E (mikrofala) o wysokości od 1,1 mm do 1,7 mm. Tektura z tą falą ma raczej walory estetyczne i nadaję się do opakowań małych i niezawierających ciężkich towarów, fala B o wysokości od 2,5 mm do 3,0 mm, fala C o wysokości od 3,0 mm do 3,7 mm, fala A o wysokości od 3,6 do 4,5 mm. Tektury pięciowarstwowe są kombinacją powyższych typów i najczęściej jest to fala BC (B+C), spotyka się również kombinację fal EB. Tektura z wysoką falą ma lepsze właściwości sprężyste i większą sztywność, a opakowania z niej wykonane zwykle lepiej chronią towar. Tektura z niską falą ma natomiast zdecydowanie większą odporność na zgniatanie płaskie i przez to jest odporniejsza na uderzenie, przebicie oraz lepiej nadaje się do zadrukowania. Do produkcji tektury falistej używa się różnych papierów, które decydują o jakości i wytrzymałości tektury. Drugim znaczącym czynnikiem mającym wpływ na jakość tektury jest gramatura zastosowanych papierów. W zależności od producentów podaje się gramaturę tektury (suma gramatur papierów składających się na poszczególne warstwy papierów) z klejem lub bez (klej łączący falę z papierami zewnętrznymi). Gramatura i rodzaj papierów użytych do produkcji tektury falistej wyznaczają ich jakość i wytrzymałość. Strona 26

27 Podział wyrobów papierniczych Produkcja papieru objęta jest w Polsce różnymi normami, które starają się regulować szereg związanych z nią dziedzin, m.in.: terminologię, metody pomiarowe czy metody przechowywania i transportowania. Obecnie nie ma norm przedmiotowych dotyczących wyrobów papierniczych, istnieją wyłącznie normy dotyczące metodyki ich badań. Jednakże wytwory papiernicze ogólnie dzieli się na: grupy główne, grupy użytkowe, rodzaje. Grupy główne dotyczą podziału wyrobów papierniczych pod kątem gramatury. Obecnie wyróżnia się dwie grupy główne: papier (wytwór o gramaturze do 250 g/m 2, w tym bibułka o gramaturze do 28 g/m 2 ), tektura (wytwór o gramaturze powyżej 250 g/m 2 ). Grupy użytkowe dzielą się ze względu na przeznaczenie wyrobów papierniczych. Można wyróżnić 11 grup użytkowych papieru i 3 grupy użytkowe tektury. Istnieją następujące grupy użytkowe papieru (przy grupie objętej normą podano jej numer): papiery drukowe (PN-P-50405:1995), papiery do pisania i kreślarsko-rysunkowe, papiery pakowe, do wyrobu opakowań i tektury falistej (PN-P-50474:1996), papiery przemysłowo-techniczne, papiery elektrotechniczne, papiery podłożowe, papiery chłonne i filtracyjne, bibułka papierosowa papiery higieniczne, papiery antykorozyjne papiery do różnych celów. Grupy użytkowe tektury: tektury introligatorskie, tektury do wyrobu opakowań i tektury falistej, tektury przemysłowe i techniczne. Ze względu na przeznaczenie szczegółowe rozróżnia się następnie rodzaje papieru i tektury. Przykładowo papiery drukowe i pakowe posiadają 19 różnych rodzajów, papiery chłonne i filtracyjne 9, papiery higieniczne 4, papiery podłożowe 15, zaś tektury przemysłowe i techniczne 27. W sumie istnieje 144 rodzaje papierów i tektur. Strona 27

28 Obok podziału ogólnego można wykonać podział szczegółowy. Obejmuje on następujące kategorie: typy, powierzchnia, barwa, postać, gatunki. Typy są określane ze względu na technologię wykonania lub szczególne wskaźniki użytkowe. Powierzchnia definiuje sposób wykończenia powierzchni. Wyróżnia się powierzchnię: matową, jednostronnie gładką, satynowaną, gładzoną, prążkowaną, marszczoną, karbowaną, tłoczoną. Wytwory papiernicze są wyróżniane ze względu na zabarwienie. Istnieją następujące definicje kolorów oraz ich symbole: biały (b), kremowy (kr), żółty (ż), pomarańczowy (pom), różowy (róż), czerwony (czw), zielony (ziel), seledynowy (sel), brązowy (br), szary (sz), niebieski (nbs), fioletowy (f), czarny (czar), naturalny (n). Postać określa formę handlową: wytwory arkuszowe (arkusze, arkusiki), wytwory wstęgowe (zwoje, zwoiki, bobiny). Gatunek charakteryzuje poziom wskaźników użytkowych oraz dopuszczalnych wad. Rozróżnia się dwa gatunki: pierwszy, drugi. Strona 28

29 Na podstawie powyższych podziałów można formułować oznaczenia wyrobów papierniczych. Wykonując to można podać kolejno: gramaturę w gramach na metr kwadratowy lub grubość w milimetrach bądź kilometrach, symbol typu, symbol powierzchni, symbol barwy, wymiary (dla arkuszy symbol formatu lub wymiary arkuszy w milimetrach, dla zwojów wstęgowych szerokość zwoju i jego średnicę zewnętrzną lub masę), symbol gatunku. Właściwości wyrobów papierniczych W zależności od przeznaczenia danego wyrobu papierniczego musi on posiadać odpowiednie właściwości użytkowe, które potwierdzają jego przydatność do określonego celu. Najważniejsze właściwości z przyporządkowaniem do określonej grupy właściwości przedstawiono w tabeli 2. Tabela 2. Istotne właściwości wyrobów papierniczych [11] Grupa właściwości Strukturalno- -wymiarowe Wytrzymałościowe Optyczne Hydrofobowe i hydrofilowe Ochronne Dielektryczne Chemiczne Specjalne Właściwość Masa jednostkowa (gramatura), grubość, gęstość, porowatość, pulchność, gładkość, przezroczystość, spoistość powierzchni, dwustronność, anizotropia. Obciążenie zrywające, samozerwalność, rozciągliwość, odporność na przepuklenie, odporność na przedarcie, odporność na naderwanie, odporność na zginanie, odporność na łamanie, twardość, ściśliwość, sztywność, miękkość, odporność na skręcanie, odporność na rozwarstwianie się. Białość, połysk, nieprzezroczystość, barwa. Chłonność wody, stateczność wymiarowa, skłonność do falowania, stopień zaklejenia, wodo trwałość. Przenikalność powietrza, przenikalność pary wodnej, przepuszczalność wody, przepuszczalność tłuszczów. Przenikalność elektryczna, wytrzymałość dielektryczna, stratność dielektryczna, przewodnictwo dielektryczne wyciągu wodnego, zawartość cząstek przewodzących prąd. Zawartość celulozy, lepkość, liczba miedziowa, odczyn wyciągu wodnego, zawartość popiołu, zawartość substancji nieorganicznych, zawartość substancji organicznych. Odporność na starzenie, odporność na wysoką temperaturę, ognioodporność, odporność na ścieranie, skłonność do pylenia, drukowalność. Strona 29

30 Organizacja procesu produkcji papieru i tektury Realizacja procesu produkcyjnego wytwarzania papieru opiera się na przetwarzaniu półproduktów włóknistych (przy współudziale dodatków masowych, pomocniczych środków chemicznych, wody i energii) w określony produkt końcowy o założonych właściwościach użytkowych. Efektem ubocznym procesu produkcyjnego jest powstawanie odpadów poprodukcyjnych, przy czym zalicza się do nich zarówno odpady ciekłe (ścieki), stałe, gazowe jak również niepożądaną emisję ciepła czy hałasu. Trzeba pamiętać, że produkcja wyrobów papierniczych należy do niezwykle złożonych zagadnień zarówno logistycznych, jak i technologicznych. Należy podkreślić, że jest to proces bardzo drogi zarówno pod względem kosztów samych maszyn i urządzeń wyposażonych w zaawansowane systemy sterowania i kontroli, jak również znacznego zapotrzebowania na podstawowe media: energię elektryczną i cieplną, wodę świeżą, surowce włókniste, dodatki masowe oraz pomocnicze środki chemiczne wspomagające produkcję. Organizacja procesu wytwarzania papieru Wytwarzanie papieru składa się z kilku etapów, w ramach których realizowane są różne operacje jednostkowe. Oprócz bezpośredniego procesu produkcyjnego istnieją także procesy pomocnicze, które są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania całej produkcji. Cały proces można podzielić na trzy główne etapy: przygotowanie surowców i półproduktów do produkcji, przygotowanie masy papierniczej, wytwarzanie wstęgi papierniczej w maszynie papierniczej. W skład każdego z etapów wchodzą odpowiednie operacje jednostkowe. Organizacja procesu wytwarzania tektury Organizacja procesu produkcyjnego tektury litej jest zbliżona do organizacji procesu produkcji papieru. Największe różnice pojawiają się w konstrukcji samych maszyn papierniczych, gdzie (w przypadku wytwarzania tektury) występuje zwykle kilka urządzeń wylewowych, tworzących poszczególne warstwy wyrobu. Dzięki temu możliwe jest formowanie tektury z kilku cieńszych warstw, co ma znaczenie ekonomiczne (większe wydajności maszyn, możliwość zastosowania różnych rodzajów surowców dla poszczególnych warstw). W przypadku tektury falistej, składającej się z minimum dwóch warstw (płaskiej i pofalowanej), a mogącej posiadać tych warstw aż siedem, proces produkcyjny wygląda nieco inaczej. Tektury faliste produkuje się na maszynach zwanych tekturnicami. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych tych urządzeń w zależności od rodzaju produkowanego asortymentu czy stosowanych surowców. Surowcami w produkcji tektury falistej są zwykle gotowe wyroby papiernicze wytwarzane w papierni. Na warstwę płaską stosuje się tzw. liner (czyt. lajner), zaś na warstwę pofalowaną fluting. Strona 30