61/44 Solidification of Metals and Alloys, Year 2000, Volume 2, Book No. 44 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 44 PAN Katowice PL ISSN 0208-9386 AKTUALNE SPOSOBY MINIMALIZACJI ODPADÓW ZUŻYTEJ MASY FORMIERSKIEJ 1 M. HOLTZER 2, R. DAŃKO 3, I. KARGULEWICZ 4 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków STRESZCZENIE Odpady masy formierskiej mogą być przyczyną wielu zagrożeń dla środowiska. Naturalnym sposobem prowadzącym do zmniejszenia odpadów masy formierskiej jest odzysk z niej osnowy na drodze regeneracji zużytej masy. Zarówno w Polsce, jak i za granicą dla pojedynczych odlewni, budowanie nowoczesnych systemów regeneracji często przekracza ich możliwości finansowe. Z tego względu może być uzasadnione połączenie wysiłków kilku zakładów odlewniczych znajdujących się w pobliżu siebie w celu zbudowania wspólnej instalacji regeneracyjnej dla ich potrzeb. Rozwiązania takie, istniejące w krajach zachodnich (Niemcy, Kanada, USA, Włochy, Francja), noszą nazwę Centralnych Stacji Regeneracji (CSR). W artykule przedstawiono strukturę CSR i jej organizację na przykładzie nowoczesnych rozwiązań zagranicznych. 1. WPROWADZENIE Problematyka maksymalnego odzysku osnowy kwarcowej oraz zagospodarowania masy zużytej i odpadów jest w ostatnim czasie obiektem zainteresowania przedstawicieli nie tylko branży odlewniczej ale także ochrony środowiska. Restrykcje i silne ograniczenia w możliwości składowania zużytych mas formierskich oraz rdzeniowych, rozumianych jako masy, które całkowicie utraciły przydatność do zastosowania w procesach odlewniczych [1], które są sukcesywnie wprowadzane 1 Badania częściowo zrealizowane w ramach pracy własnej nr 10.10.170.60 2 Prof. dr hab., e-mail: holtzer@uci.agh.edu.pl 3 Mgr inż.., e-mail: rd@uci.agh.edu.pl 4 Dr, e-mail: kargul@ci.agh.edu.pl
458 w Polsce w ramach unifikacji przepisów ochrony środowiska z przepisami Unii Europejskiej, wymuszają interdyscyplinarność podejścia do tego zagadnienia. Doświadczenia krajów uprzemysłowionych wykazują, że odpady stałe, do których zaliczyć trzeba zużytą masę formierską i rdzeniową należy składować z dużą ostrożnością, by nie stanowiły przysłowiowej bomby ekologicznej z opóźnionym zapłonem. W rezultacie takiego podejścia w Stanach Zjednoczonych oraz innych krajach uprzemysłowionych, przeznaczane są znaczne środki finansowe na rekultywację starych składowisk odpadów przemysłowych. 2. KLASYFIKACJA ODPADÓW MAS ZUŻYTYCH W przypadku mas formierskich i rdzeniowych należy dążyć do tego aby typowymi odpadami były tylko odpady powstałe po regeneracji, co pozwoliłoby zaoszczędzić znaczne ilości świeżego piasku formierskiego, stosując w jego miejsce zregenerowaną osnowę kwarcową. Jednak obecnie w kraju produktem odpadowym jest często całość albo znaczna część masy zużytej [2]. Według Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z 24 grudnia 1997 roku odpady klasyfikuje się w zależności od źródła ich powstawania, dzieląc je na 20 grup oznaczonych kodami od 01 do 20. Z punktu widzenia odlewni interesująca jest grupa 10 odpady nieorganiczne z procesów termicznych, która zawiera dwie podgrupy dotyczące odlewnictwa: 10 09 - odpady z odlewnictwa żelaza, która obejmuje : - 10 09 01 rdzenie i formy odlewnicze zawierające spoiwa organiczne, uszkodzone przed procesem odlewania, - 10 09 02 rdzenie i formy odlewnicze zawierające spoiwa organiczne, uszkodzone lub zużyte po procesie odlewania, - 10 09 03 żużle odlewnicze, - 10 09 04 pyły odlewnicze, - 10 09 05 inne zużyte rdzenie i formy odlewnicze, - 10 09 99 inne nie wymienione odpady. 10 10 odpady z odlewnictwa metali nieżelaznych, która obejmuje: - 10 10 01 rdzenie i formy odlewnicze zawierające spoiwa organiczne, uszkodzone przed procesem odlewania, - 10 10 02 rdzenie i formy odlewnicze zawierające spoiwa organiczne, uszkodzone lub zużyte po procesie odlewania, - 10 10 03 zgary i żużle odlewnicze, - 10 10 04 pyły odlewnicze, - 10 10 05 inne zużyte rdzenie i formy odlewnicze, - 10 10 99 inne nie wymienione odpady. Podane wyżej Rozporządzenie Ministra OŚZNiL w sprawie klasyfikacji odpadów podaje również listę odpadów niebezpiecznych. Nie występują tu odpady ani z grupy odlewnictwa żelaza, ani z grupy odlewnictwa metali nieżelaznych. Można jednak znaleźć takie grupy, jak: odpady zawierające metale ciężkie, zużyte wykładziny
459 pieców z hutnictwa aluminium, pyły z oczyszczania gazów odlotowych w hutnictwie cynku i hutnictwie miedzi. Powstawanie odpadów powinno być eliminowane lub ograniczone przez wytwarzających odpady i odbiorców niezależnie od stopnia ich uciążliwości bądź zagrożenia dla życia lub zdrowia człowieka oraz dla środowiska [3]. Działania powodujące lub mogące powodować powstawanie odpadów powinny być planowane, projektowane i prowadzone tak, aby: zapobiegać powstawaniu odpadów, zapewniać bezpieczne dla środowiska wykorzystywanie odpadów, jeżeli nie udało się zapobiec ich powstaniu, zapewniały zgodnie z zasadami ochrony środowiska sposób postępowania z odpadami, których powstaniu nie udało się zapobiec lub których nie udało się wykorzystać. Wykorzystanie odpadów polega na ich użyciu ich w celach przemysłowych lub nieprzemysłowych. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 1998 r. (Dz. U. Nr 90, poz. 572) stwierdza, że w celach przemysłowych winny być wykorzystywane wszystkie te odpady, których przetworzenie umożliwia aktualny stan techniki, technologii i organizacji. W rozporządzeniu podano również wykaz odpadów, które powinny być wykorzystane w celach przemysłowych. Na liście tej znajdują się odpady z produkcji odlewniczej m.in. rdzenie i formy odlewnicze zawierające spoiwa organiczne, uszkodzone przed procesem odlewania i uszkodzone lub zużyte po procesie odlewania oraz inne zużyte rdzenie i formy odlewnicze. Dlatego też gospodarka materiałami formierskimi w odlewni powinna być tak prowadzona, aby na składowiska wywozić tylko odpady poregeneracyjne oraz te materiały (pyły, resztki zużytych mas), które nie mogą być wykorzystane zarówno w odlewnictwie ani poza odlewnictwem. Te odpady zwykle należące do grupy I lub II i powinny być wywożone na składowiska, które mają izolację, zabezpieczającą przed przenikaniem do podłoża zanieczyszczeń wymywanych z odpadów. 3. CENTRALNA STACJA REGENERACJI JAKO NOWA FORMUŁA ROZWIĄZYWANIA PROBLEMU MINIMALIZACJI ODPADÓW ODLEWNICZYCH W aktualnych warunkach dalsze wprowadzenie regeneracji w polskich odlewniach napotyka na trudności ekonomiczne mimo, że Polska jest sygnatariuszem międzynarodowych umów dotyczących ochrony środowiska w krajach należących do Unii Europejskiej. Istotnym utrudnieniem szerokiego wprowadzania regeneracji zużytych mas formierskich jest rozdrobnienie odlewni oraz ich zróżnicowanie pod względem wielkości produkcji. Małe odlewnie nie są w stanie ponieść kosztów budowy własnych systemów regeneracji o poziomie wyposażenia zapewniającym uzyskanie regeneratu o odpowiedniej jakości. Problemem są przede wszystkim bardzo duże środki finansowe,
460 które są zamrożone w zakupie instalacji i wyposażenia oraz koszty związane z eksploatacją i szkoleniem personelu.. Rozwiązaniem pośrednim jest stosowanie systemów monoblokowych, będących autonomicznymi jednostkami regeneracyjnymi wstawianymi do obiegu w tym miejscu, gdzie jest możliwy odbiór masy zużytej. Układy monoblokowe mogą być wykonane jako specjalizowane dla danej masy, eksponując korzystne w tym przypadku oddziaływania regeneracyjne, dobrane pod kątem wymagań stawianych odzyskanej osnowie masy. Układy monoblokowe zazwyczaj bazują na połączeniu następujących oddziaływań regeneracyjnych: wstępnego kruszenia brył na obudowanej kracie wibracyjnej, poddaniu produktu kruszenia regeneracji w układzie udarowego regeneratora pneumatycznego lub systemu sit o malejącym prześwicie oczka, klasyfikacji pneumatycznej osnowy w układzie klasyfikatora kaskadowego lub sitowego. Czynności oddzielania zanieczyszczeń metalowych, a także odpylenia powietrza odbywają się poza członem monoblokowym, aczkolwiek mogą z nim być połączone funkcjonalnie. System ma własne źródło czynnika pneumatycznego uzyskiwane z wentylatora podmuchowego zainstalowanego w obrębie monobloku regeneracyjnego. Rozwiązaniem całkowicie odmiennym, nastawionym na kompleksową regenerację osnowy z różnych rodzajów zużytych mas formierskich różnego pochodzenia jest Centralna Stacja Regeneracji, bazująca na koncepcji kupno-sprzedaż lub wykonywania usług regeneracyjnych. Centralna Stacja Regeneracji jest swoistą fabryką, dla której surowcem jest zużyta masa odpadowa, a produktem regenerat. Uzasadnieniem budowy stacji regeneracji jest możliwość zgromadzenia w jednym zakładzie niezbędnych urządzeń i technik regeneracji pozwalających na kompleksową obróbkę zużytej masy formierskiej w celu odzyskania z masy zużytej osnowy o możliwie największym stopniu oczyszczenia, nieosiągalnym w konwencjonalnych systemach jednostopniowych. Pod względem organizacyjnym i finansowym CSR stanowią wspólną inwestycję kilku odlewni lub przedsięwzięcie finansowane ze środków ochrony środowiska. W obrębie CSR znajdują się zazwyczaj dwa odrębne systemy regeneracji mechanicznej lub pneumatycznej oraz cieplnej. Sposób transportu pozwala uzyskiwać dodatkowy aspekt mieszania regeneratu. Stali i najbardziej liczący się użytkownicy systemu regeneracji mają przywilej posiadania swoich zbiorników zarówno dla masy zużytej, jak i przygotowanego regeneratu. Warunkiem budowy systemu CSR jest opłacalność. W zależności od relacji cen materiałów świeżych, kosztów składowania, kosztów transportu, opłat za składowanie oraz kar na rzecz środowiska graniczne odległości transportu masy zużytej są różne w poszczególnych krajach, a nawet rejonach tego samego kraju. Na podstawie kilkuletniej praktyki, już eksploatowanych systemów CSR, orientacyjnie przyjmuje się, że odległości graniczne dla opłacalności ekonomicznej wynoszą we Włoszech 500-600 km, w Niemczech 300 km, a w Kanadzie nawet do 1000 km [4].
461 Przykładowe rozwiązanie systemu regeneracji w Centralnej Stacji Regeneracji przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Schemat głównych zespołów Centralnej Stacji Regeneracji: 1-bateria zbiorników dla masy zużytej, 2-podajnik wibracyjny, 3-obudowany przenośnik z oddzielaczem bębnowym, 4-kruszarka brył, 5,14-podnośnik kubełkowy, 6-suszarka masy, 7-oddzielacz magnetyczny, 8-instalacja transportu pneumatycznego, 9-bateria silosów, 10-urządzenia do regeneracji cieplnej (2), 11-chłodziarki piasku, 12-przenośnik taśmowy, 13-zbiornik odpadów, 15-przesyp, 16-przesiewacz wibracyjny, 17-bateria zbiorników, 18- kompresorownia, 19-suszarka pneumatyczna, 20-sterownia, 21-zasobnik, 22-system wentylacji i odpylania, 23-biuro i pomieszczenia socjalne, 24-waga pomostowa [5]. Fig. 1. The schematic of main reclaiming devices used in Central Reclaiming Station. 1-battery of hoppers for used sand, 2-vibrational feeder, 3-conveyor with dust housing and magnetic separator, 4-lump crusher, 5,14-bucket conveyor, 6-sand dryer, 7-magnetic separator, 8- pneumatic transport installation, 9-battery of siloses, 10-hot reclaimers (2), 11-sand cooler, 12 belt conveyor, 13-waste container, 15-, 16-vibrational sieve, 17-battery of hoppers, 18-compresor room, 19-pneumatic dryer, 20-control room, 21-hoppers, 22-air condition system, 23 administration, 24-platform weigher. 4. MOŻLIWOŚCI GRUPOWANIA OŚRODKÓW REGENERACYJNYCH W POLSCE Możliwości grupowania ośrodków regeneracyjnych w Polsce zostały przedstawione przez Jamroza [5]. Autor przeprowadził analizę mającą na celu wytypowanie krajowych ośrodków odlewniczych, w których celowe i sensowne byłoby zorganizowanie CSR. Największe zagęszczenie odlewni występuje na terenach Polski południowej i południowo-zachodniej (rejon Śląska, Krakowa, Kielc). W ramach cytowanej pracy [5] wykonano symulację, celem której było wytypowanie miejsca usytuowania CSR korzystnego pod kątem minimalizacji kosztów transportu. Na podstawie analizy stwierdzono, że w obecnych warunkach krajowych CSR powinna być ulokowana w ten sposób, by odległości transportowe zużytej masy do stacji, a następnie regeneratu z powrotem do odlewni nie przekraczały 200 km.
462 5. PODSUMOWANIE Wydaje się, że wzorując się na doświadczeniach krajów wysoko uprzemysłowionych, celowe byłoby podjęcie próby zorganizowania centrów regeneracji w Polsce. W przyszłości kilka wyspecjalizowanych stacji regeneracji mogłoby zaspokajać potrzeby większości odlewni. Zużyte masy formierskie pochodzące z mniejszych zakładów odlewniczych, które nie mają własnych linii regeneracyjnych mogły by być poddawane temu procesowi. Rozwiązanie tego problemu jest ważne, gdyż w Polsce zwiększa się liczba małych odlewni prywatnych, dla których centralna stacja regeneracji mas byłaby rozwiązaniem optymalnym. LITERATURA [1] The right think to do with spend sand. Foundry Management and Technology, March 1995, s. 27, [2] J.L. Lewandowski.: Tworzywa na formy odlewnicze, Wyd. Akapit, Kraków 1997, [3] Holtzer M., Dańko J. : Gospodarka odpadami w odlewni w świetle obowiązującej ustawy o odpadach. Materiały II Ogólnopolska Konferencja Naukowa "Problemy Jakości Stymulatorem Rozwoju Technologii Bezodpadowych". Kraków, 16-18 września 1999. Politechnika Krakowska [4] Pichouron J.:Regeneration collective de sables en Europe. Founderie-Fondeur d Aujour d Hui, 1994, nr 132, s. 18, [5] Jamróz A.: Regeneracja mas formierskich ekonomika procesu. Praca doktorska, Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków 1996, [6] Whiting L.V., Merlin P.:Central Sand Laundry Economics. AISCO System Inc. Burlington, Ontario, Canada, s. 1049-1055. THE ACTUAL WAYS FOR USED FOUNDRY WASTE MINIMIZATION SUMMARY The waste of used foundry sand appeared to be a hazardous factor influenced environment protection. The natural way leading to minimization of foundry waste is the recovery of silica sand base by means of reclamation process of used sand. The main problem for small foundries in Poland, same as in other countries, are investment cost of reclamation plant, which exceeded their financial capability. This problem is solved in western countries by building Central Reclamation Plant common for many users. The paper presents the structure and management principles of some modern Central Reclamation Plant. Reviewed by prof. Stanisław Jura