Diatomit to poszukiwany w świecie naturalny surowiec o szerokiej palecie zastosowań – w ochronie środowiska, ekologicznym rolnictwie i budownictwie, sektorze bezpieczeństwa i przemyśle. Dzięki wynalazkom z Politechniki Krakowskiej jedyna w kraju kopalnia diatomitu w Jaworniku Ruskim na Podkarpaciu zwiększa swoją konkurencyjność na rynku.
Diatomit jest jednym z ciekawszych materiałów naturalnych, wykorzystywanych w przemyśle. To zwięzła skała osadowa, której głównym składnikiem są szkieleciki okrzemek, zbudowane z bezpostaciowej krzemionki – opalu. Diatomity znajdują szerokie zastosowanie jako materiały filtracyjne, sorbenty o wysokich właściwościach chłonnych, nośniki środków ochrony roślin i katalizatorów, materiały termoizolacyjne i polerskie. Na polskim rynku używane są w procesach filtracji i oczyszczania w przemyśle chemicznym i spożywczym (np. filtracja piwa), a także w produkcji materiałów izolacyjnych i dźwiękochłonnych.
Granulat diatomitowy często wykorzystuje się też jako sorbent, pochłaniający substancje niebezpieczne dla środowiska i ludzi (np. ropopochodne) przy awaryjnych wyciekach olejów, paliw, chemikaliów, farb – na drogach, stacjach benzynowych, pasach startowych lotnisk, fabrykach, warsztatach, w przypadku powstawania rozlewisk na wodzie itp. Jest też stosowany w rolnictwie – jako nośnik pestycydów czy ściółka dla zwierząt domowych.
Choć mamy w kraju kopalnię diatomitu to surowce diatomitowe, powszechnie wykorzystywane na naszym rynku, w większości pochodziły z importu – z USA, Danii, Niemiec, a nawet Meksyku. Pomimo 40-letniego doświadczenia oraz rosnącego zainteresowania diatomitem ze strony wielu gałęzi przemysłu, przez lata zakład w Jaworniku Ruskim nie był w stanie w pełni sprostać wymaganiom rynku, w szczególności w zakresie zaawansowanych technologii mielenia, kalcynacji oraz odpowiedniej obróbki surowca do zastosowań jako sorbenty i wypełniacze funkcjonalne – zauważa dr hab. inż. Michał Łach z Politechniki Krakowskiej, specjalizujący się w innowacyjnych rozwiązaniach materiałowych.
To właśnie prace jego zespołu przyczyniły się do rynkowego zwrotu – polska kopalnia diatomitu z Podkarpacia ma szansę podjąć konkurencyjną walkę z zagranicznymi producentami surowca. Kluczową rolę miał w tym wspólny projekt uczelni i Górtechu, realizowany ze środków europejskich. Objął 2-letnie prace badawcze, a po nich fazę wdrożeniową – przygotowanie efektów prac badawczych do wdrożenia przemysłowego i transfer wiedzy naukowej do działalności gospodarczej.
Diatomit w nowych produktach
Badania naukowców PK nad innowacyjnym zastosowaniem diatomitu, realizowane były z wykorzystaniem zaawansowanej infrastruktury Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej. Objęły m.in. mikroskopię SEM/EDS, analizę składu fazowego (XRD), porozymetrię rtęciową, analizę powierzchni właściwej BET, badania termiczne (TG/DSC), badania wytrzymałościowe oraz zaawansowane metody charakteryzacji struktury i właściwości materiałów.
Dzięki naszym pracom badawczo-rozwojowym kopalnia mogła wdrożyć nową koncepcję technologii produkcji zaawansowanych wyrobów diatomitowych, zoptymalizować procesy kalcynacji i przetwarzania diatomitu. Opracowaliśmy też trzy nowe produkty, które Górtech włączył do swojej oferty – relacjonuje dr hab. inż. Michał Łach.
Pierwszy, najszybciej zdobywający polski rynek, to wysokoefektywny sorbent do pochłaniania substancji ropopochodnych. Stosuje się go do usuwania wycieków i zanieczyszczeń olejowych z gleb, wód oraz powierzchni, w tym drogowych i przemysłowych. Charakteryzuje się chłonnością przekraczającą 100% masy sorbentu, trwale wiąże pochłonięte substancje, bez ich wtórnego uwalniania. Ma wysoką porowatość i dużą powierzchnię właściwą, co przekłada się na wysoką efektywność sorpcji substancji ropopochodnych. Jego wysoka skuteczność została potwierdzona badaniami laboratoryjnymi i testami aplikacyjnymi.
Sorbent znajduje zastosowanie m.in. w działaniach interwencyjnych w razie awarii, wycieków, w ochronie środowiska, w przemyśle chemicznym i petrochemicznym, w gospodarce komunalnej. W Polsce z produktu tego korzystają m.in. stacje benzynowe, ale także Orlen, PKP PLK, KGHM, Autostrada Mazowiecka.
Wiele zastosowań może znaleźć druga z innowacji – wielofunkcyjny dodatek do farb, lakierów i dla rolnictwa. Jest oparty na kalcynowanym diatomicie. Zwiększa odporność korozyjną i odporność na ścieranie powłok, zwiększa trwałość i stabilność farb i lakierów. Może być też stosowany jako nieorganiczny ulepszacz gleby, poprawia strukturę podłoża i retencję wody Produkt wykorzystywany jest w przemyśle farbiarskim i lakierniczym, a także rolnictwie i ogrodnictwie oraz ochronie biologicznej materiałów.
Kolejnym nowym produktem jest dodatek diatomitowy do materiałów geopolimerowych i materiałów budowlanych. Może znaleźć zastosowanie w materiałach niskoemisyjnych i ekologicznych dla zrównoważonego budownictwa oraz nowoczesnej chemii budowlanej. Zwiększa trwałość i odporność eksploatacyjną oraz wytrzymałość materiału na ściskanie. Dzięki diatomitowemu dodatkowi materiał zyskuje też udoskonaloną mikrostrukturę i jednorodność.
Tańsza i bardziej przyjazna dla środowiska produkcja
Istotnym elementem współpracy Politechniki z kopalnią w Jaworniku Ruskim było obniżenie finansowych i środowiskowych kosztów jej działania. Służyło temu m.in. opracowanie koncepcji pilotażowej instalacji kalcynacyjnej z systemem odzysku ciepła.
To dobry przykład jak nauka może wspierać biznes wydobywczy. Podważamy nim stereotypowe myślenie o kopalni jako miejscu rzadko kojarzonym z ochroną środowiska i niskimi kosztami eksploatacji – podkreśla dr hab. inż. Janusz Mikuła, dziekan Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej.
Instalacja nie tylko obniża koszty operacyjne i zwiększa efektywność procesu produkcyjnego, ale też przyczynia się do redukcji zużycia energii i poprawy śladu środowiskowego technologii. Rozwiązanie jest cennym krokiem w kierunku energooszczędnych i niskoemisyjnych technologii przetwarzania surowców mineralnych.
Wdrożenie innowacyjnych technologii do kopalnianej praktyki było możliwe także dzięki, finansowanym w ramach projektu, znaczącym inwestycjom infrastrukturalnym w nowe urządzenia m.in. granulatory, przesiewacze, urządzenia do obróbki surowca aż po budowę nowej hali produkcyjnej.
Materiały budowlane z odpadów
We współpracy z krakowską uczelnią Górtech włączył się też w prace nad kolejnymi innowacjami. Przykładem mogą być wzmocnione włóknami ekologiczne kompozyty geopolimerowe z dodatkiem diatomitu dla budownictwa i branży materiałów budowalnych. Nad rozwiązaniem pracowało międzynarodowe konsorcjum naukowców i przedsiębiorców z Polski, Norwegii, Rumunii i Czech w ramach projektu GEOSUMAT (finansowanego z programu M-ERA.NET).
Celem było opracowanie innowacyjnych kompozytów geopolimerowych, tworzonych na bazie lokalnie dostępnych materiałów odpadowych, takich jak popioły lotne, łupki węglowe, diatomit, żużle hutnicze, a także ich połączenie ze zbrojeniami hybrydowymi z recyklingu, m.in. z paneli fotowoltaicznych, włókien bazaltowych i frakcji RDF – wyjaśnia dr hab. inż. Michał Łach, który kierował projektem.
Kluczowym założeniem było zastąpienie tradycyjnych spoiw cementowych bardziej zrównoważonymi alternatywami, pozwalającymi na redukcję emisji CO₂ i wykorzystanie trudnych do zagospodarowania strumieni odpadowych. Naukowcy wskazali ponad 10 rodzajów odpadów przemysłowych, które można – zgodnie z zasadami gospodarki cyrkularnej – wykorzystać jako surowiec do kolejnego cyklu produkcji. Dokonali ich szczegółowej charakterystyki chemicznej, mineralogicznej, strukturalnej i termicznej, a także kwalifikacji jako potencjalnych prekursorów, wypełniaczy lub zbrojenia w kompozytach geopolimerowych. W wyniku tych prac powstały nowe kompozyty geopolimerowe na bazie surowców odpadowych z wykorzystaniem różnego rodzaju zbrojeń (również pochodzenia odpadowego), wykazujące korzystne właściwości użytkowe. Zostały wykorzystane do prototypowego wdrożenia w postaci okładzin ściennych do zastosowań wewnątrz budynków.
Współpraca naukowców Politechniki Krakowskiej z kopalnią diatomitu w Jaworniku Ruskim dowodzi, że dzięki innowacjom i transferowi wiedzy możliwe jest skuteczne przywracanie konkurencyjności krajowych surowców oraz modernizacja tradycyjnego przemysłu wydobywczego. Opracowane wspólnie technologie i nowe produkty mogą nie tylko zwiększać przychody firm i otwierać je na nowe rynki, ale także poprawić efektywność energetyczną i środowiskową produkcji.
Doświadczenia z Jawornika mogą być inspiracją dla całego polskiego sektora górniczego, który poszukuje dziś realnych i zrównoważonych ścieżek transformacji. Mamy konkretne propozycje rozwiązań w tym zakresie, którymi interesują się już polskie spółki węglowe – zapowiada dr hab. inż. Michał Łach z Politechniki Krakowskiej.
MK, źródło: PK