Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo 1 - rosov.rs · PDF fileoduvek bio početak svake primenjene tehnologije. ... betona- siporeksa ... Osnove procesa industrijskog dobijanja

Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo 1


Udruženi izdavači Srpsko društvo za vatrostalstvo i procesnu industriju

Institut za nuklearne nauke „Vinča”

PRIPREMA MINERALNIH SIROVINA I VATROSTALSTVO

Urednik: Dr Vukoman Jokanović

Beograd, 2015.

2 Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo

Autor: Srpsko društvo za vatrostalstvo i procesnu industriju Institut za nuklearne nauke „Vinča”

Naziv monografije: Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo

Izdavač: Srpsko društvo za vatrostalstvo i procesnu industriju

Za izdavača: Miodrag Stević

Glavni urednik: Dr Vukoman Jokanović

Recenzenti: Dr Vesna Babić-Ivančić Dr Amir Baraković

Lektor: Nada Majstorović

Tehnički urednik: Dr Božana Čolović

Prelom: Jadranka Kljajić

Beograd 2015

Knjiga je štampana uz finansijsku podršku kompanija: LАFARGE Srbija, Beočin, REAL S d.o.o. Beograd, ALBOS d.o.o. Beograd, Rudarsko-geološki fakultet, Tuzla

Delo zaštićeno autorskim pravomΘ2015 Srpsko društvo za vatrostalstvo i procesnu industriju

Nijedan deo ove knjige ne može biti reprodukovan, snimljen ili emitovan na bilo koji način: elektronski, mehanički, fotokopiranjem ili drugim vidom, bez pisane dozvole Izdavača


P R E D G O V O R

Knjiga: „Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo“ namenjena je inženjerima koji se neposredno bave problemima pripreme mineralnih sirovina, njihovim karakteristikama i potencijalom, donoseći značajne informacije o njihovim konkretnim upotrebnim vrednos-tima posebno u vatrostalstvu. Dok se u prvom delu knjige razmatraju razne nemetalne mineralne sirovine, u drugom delu knjiga je posvećena vatrostalstvo, kroz razmatranje nekih primera konkretnih tehnologija. Knjiga ima svoj nesporni značaj i opravdanje up-ravo u toj činjenici što nas upućuje na raspoložive resurse u našem regionalnom okruženju, iako su uglavnom, u ovom izdanju, u centru pažnje resursi nemetalnih mineralnih sirovi-na Bosne i Hercegovine. I pored skromnih tehničkih i tehnoloških dometa, ova knjiga predstavlja vrlo korisno štivo, jer objedinjuje podatke o resursima, dajući i njihovu po-tencijalnost i na taj način upućuje inženjere koji se bave procesiranjem takvih sirovina, ka-ko da postupaju i na koji način dalje da kroz konkretne proizvode valorizuju vrednosti datih keramičkih sirovina.

Vreme u kome živimo je toliko multidisciplinarno prepleteno, da pored funda-mentalnih istraživanja koja prate svaku naučnu i tehnološku disciplinu, veoma značajna su i konkretna inženjerska istraživanja, zbog čega su radovi saopšteni na ROSOV PIN 2014, koji obuhvataju baš taj segment sabrani i izdvojeni u posebnu knjigu da bi tako profilisani i koncetrisani pružili što konkretnije informacije o kvalitetu resursa koji je oduvek bio početak svake primenjene tehnologije. Elementi finodisperznih sistema, čija finoća doseže vrednosti od svega nekoliko nanometara do mikrometarskih veličina i makroskopskih aglomerata reda veličine nekoliko milimetara, pokazuju prepletenost prirodnih nanosistema sa sistemima koji su mnogostruko većih dimenzija, kakvi se ko-riste u savremenom vatrostalstvu, pokazujući da je moguće neka od savremenih znanja u oblasti visokih nanotehnologija preneti i na ovakve sisteme. Knjiga daje i istraženost pojedinih resursa i njihov stvarni potencijal, a oblasti pripreme mineralnih sirovina, koja je tako dugo „dremala“ daje podsticaj da se uključujući savremene metode pripreme i ta-ko nametne kao veoma važna naučna i tehnološka disciplina.

S druge strane, knjiga se bavi i savremenim problemima vatrostalstva, koje je sa stanovišta karakteristika materijala veoma zahtevno, dajući neke praktične primere tehnologija i njihove primene, kao spoj vrhunskih znanja u oblasti keramike i finodis-perznih sistema, kao što su nanokomponente unutar vezivnih ili aktivirajućih faza pri-sutnih u vatrostalnom materijalu. Relativno skromni i klasični dometi obrađenih tema, kroz formu sve snažnijeg koncentrisanja znanja iz drugih oblasti materijala i istraživača koji se bave specifičnim aspektima keramičkih tehnologija dobijaju šansu da se nametnu ponovo bar na regionalnom nivou kroz delovanje malih inovacionih kompanija na vrlo ubedljiv način.

Sve u svemu, knjiga poseduje svoje vrednosti, pre svega zbog nivoa svoje kon-kretnosti i zbog isticanja stvarnih potencijala na regionalnom nivou u ovoj oblasti. Ona služi i kao podsticaj za nove, posebno mlade istraživače, koji rade u ovoj oblasti, da svoje konkretne strategije razvoja zasnuju na realnim resursima i da kroz inovativnu delat-nost ponovo pozicioniraju ove dve grane kao izuzetno važne.

Samim tim što knjigu sponzorišu tri kompanije i jedna istraživačka institucija, jasno je da ona pruža dosta zanimljivih informacija za inženjere koji su nosioci tehno-logija i njihove primene u različitim procesnim industrijama.

Odgovorni urednik: Dr Vukoman Jokanović


Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo III

S A D R Ž A J 1. Uvod ………… 1 2. Geomorgološka, geofizička i deološka lokalizacija strukturne

pozicije sivih i bijelih keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska na ležištu „Kečkovac“

…………

2

3. Rezultati laboratorijskih ispitivanja sivih i bijelih keramičkih polimineralnih glina „Sočkovac“

…………

3

4. Zaključak ………… 5 Literatura ………… 5 1. Uvod ………… 7 2. Geološke, geotektonske i genetske karakteristike ležišta ………… 7 3. Kriterijumi primjenljivosti keramičkih polimineralnih glina

u cementnoj industriji u proizvodnji portland cementa …………

8

4. Rezultati laboratorijskih ispitivanja nabušenih jezgara istražnih bušotina 2010. godine, površinskog kopa ,,Kečkovac”

…………

9

5. Zaključak ………… 11 Literatura ………… 12 1. Uvod ………… 13 1.1. Mineraloške karakteristike ………… 13 1.2. Hemijski sastav ………… 15 1.3. Granulometrijski sastav kvarcnog pijeska ………… 16 2. Rezerve kvarcnog pijeska ………… 17 3. Procjena kvaliteta kvarcnog pijeska i mogućnost

primjene u industrijske svrhe …………

17

3.1.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za proizvodnju stakla

…………

18

3.2.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za primjenu u livarstvu

…………

19

3.3.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska u proizvodnji gas – betona- siporeksa

…………

19

3.4.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za primjenu u proizvodnji fine keramike i elektroporcelana

…………

20

3.5.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za proizvodnju krečno pješčane opeke

…………

20

3.6.

Zahtjevi za kvalitet kvarcnog pijeska za proizvodnju portland cementa

…………

20

3.7.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za proizvodnju vatrostalnih "DINAS" opeka

…………

20

3.8.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za malterisanje i zidanje

…………

21

3.9.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za ostala područja primjene

…………

21

IV Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo

3.10.

Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za visokokvalitetna SiO2 punila za potrebe hemijske i farmaceutske industrije punila

…………

21

3.11. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za filtere ………… 22 4. Zaključak ………… 22 Literatura ………… 22 1. Uvod ………… 23 2. Položaj ležišta ………… 23 3. Geološke karakteristike ležišta «Bukinje» ………… 24 4. Upotrebljivost kvarcnog pijeska ………… 28 5. Zaključak ………… 29 Literatura ………… 29 1. Uvod ………… 30 2. Ležište Pobrđe ………… 31 1.1. Opis ležišta ………… 31 1.2. Rezerve rude bora i njen kvalitet ………… 32 1.3. Opis postojećeg stanja ………… 32 1.3.1. Način otvaranja i pripreme ………… 32 1.3.2.

Transport iskopine, doprema materijala, provetravanje jame i njeno odvodnjavanje

…………

34

1.3.3.

Snabdevanje jame vodom i komprimiranim vazduhom, napajanje električnom energijom i odlaganje jalovine

…………

34

1.4. Otkopavanje rude bora iz ležišta ………… 34 2. Ležište Piskanja ………… 35 3. Zaključak ………… 38 Literatura ………… 39 1. Uvod ………… 41 2. Geneza ………… 42 3. Potencijal ………… 42 4. Zaključak ………… 43 Literatura ………… 43 1. Kaolinske sirovine u Bosni i Hercegovini ………… 44 2. Postanak ležišta i pojava kaolinskih sirovina u BiH ………… 45 3. Moguća primjena u odnosu na kvalitativne parametre ………… 46 3.1. Kvalitativni parametri oplemenjenih

kaolinskih koncentrata …………

46

3.2. Analiza rezultata kvalitativnih parametara kaolinisanih koncentrata

…………

49

4. Zaključak ………… 49 Literatura ………… 50 1. Vatrostalstvo ………… 52 1.1. Uloga vatrostalnih materijala ………… 53 1.2. Definicija vatrostalnih materijala ………… 53 2. Rad rotacione peći u uslovima primene alternativnih goriva ………… 55 3. Zaključak ………… 56 1. Uvod ………… 61

Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo V

2. Osobine SiC(1, 2, 4) ………… 62 3. Osnove procesa industrijskog dobijanja SiC ………… 62 4. Osnovne postavke tehnološkog postupka za proizvodnju

vatrostalnog materijala na bazi SiC …………

63

5. Primenjeni postupak ………… 65 6. Dobijeni rezultati i zaključak ………… 65 Literatura ………… 65 1. Uvod ………… 66 2. Proizvodnja olova u kombinatu „Trepča“ ………… 67 3. Predlozi i rešenja ………… 69 4. Zaključak ………… 70 Literatura ………… 70 1. Istorijat ………… 71 2. Principi izrade ………… 72 3. Tehnološka linija ………… 72 4. Tipovi keramobetona ………… 73 5. Zaključak ………… 74 Posveta ………… 74 Literatura ………… 75 1. Prašina ………… 75 Silikatna prašina ………… 76 Činioci od kojih zavisi pravilno uzimanje uzoraka ………… 78 2. Eksperimentalni deo ………… 79 2.1. Određivanje koncentracije prašine ………… 80 3. Rezultati ………… 81 4. Zaključci ………… 81 Literatura ………… 81



PRIPREMA MINERALNIH SIROVINA


Geološke i vatrostalne karakteristike sivih i bijelih keramičkih glina ležišta ,,Kečkovac” u Sočkovcu

Geological and refractory characteristics of gray and white ceramic clay in the deposit ”Kečkovac” in Sočkovac

Petar C. Katanić1, Damir Baraković2, Amir Baraković3

1Sočkovac a.d., Sočkovac, Bosna i Hercegovina 2Graneks d.o.o., Gračanica, Bosna i Hercegovina

3Rudarsko-geološko-građevinski fakultet Univerziteta u Tuzli, Tuzla, Bosna i Hercegovina

Apstrakt

Geološko-istražni radovi i kvalitativne odlike ležišta „Kečkovac“ u Sočkovcu ukazuju da se radi o velikom potencijalu ovog ležišta sa stanovišta dvije neme-talične mineralne sirovine i to: keramičke poliminerale gline i kvarcnog pijes-ka. Najnoviji geološko-rudarski radovi provedeni na površinskom kopu, usmjereni ka istražnim bušotinama B-9 i B-12 otkrili su i u potpunosti odredili strukturno tektonsku poziciju ova dva dominantna litološka člana, a posebno poziciju iz-među sivih i bijelih keramičkih glina u ležištu. Kontrastni strukturni položaj sivih i bijelih keramičkih polimineralnih glina u ležištu po prvi put pruža mogućnost dovođenja u direktnu vezu izvršena kera-mička ispitivanja i hemijske analize sirovina sa njihovom litostra-tigrafskom pozicijom. Svrha ovakvog načina karakterizacije mineralno sirovinskog potencijala je perspektivno sagledavanje novih industrijskih aplikacija keramičkih glina sa ležišta „Kečkovac“ u Sočkovcu. Ključne riječi: površinski kop, istražna bušotina, keramička polimineralna

glina, kvarcni pijesak, kontrast

Abstract

Geologic investigations and qualitative characteristics of the deposit "Kečko-vac" in Sočkovac were made to indicate that a great potentiality of this deposit with the two non-metallic minerals: polymineral ceramic clay and quartz sand. Recent geological and mining operations carried out in the open pit, aimed at investigating wells B-9 and B-12 discovered and fully determined the structur-al tectonic position of the two dominant lithological members, especially the position between gray and white ceramic clays in the deposit. Contrast structural position of the gray and white ceramic polimineralnih clay in the deposit lead for the first time to possible direct relation between ceramic conducted tests and chemical analyzes and their lithostratigraphic position. The purpose of this kind of characterization of the raw mineral resource as-sessment is promising for new industrial applications of ceramic clay from the deposit "Kečkovac" in Sočkovac. Key words: surface pit, exploration well, polymineral ceramic clay, quartz

sand, contrast

1. Uvod

Istražno-eksploatacioni geološki, rudarski i tehnološki radovi vezani za kera-mičke gline i prateće mineralne sirovine diskontinuirano traju na lokalitetu „Kečkovac“ u Sočkovcu skoro čitavih 120 godina. Najznačjnija istraživanja i industrijska testiranja


provedena su u poslednjie četiri decenije, kojima je otkriveno značajno rudno tijelo u centralnom dijelu ležišta. Poslednjim koncesionim radnjama i ovjerom rudnih rezervi kod nadležnih institucija na ovom prostoru od preko 20 ha lokalizovane su milionske bi-lansne rezerve keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska. Jedan od najintere-santnijih naučnih podataka o samom ležištu je dijelom otvoreni strukturno-tektonski položaj i uočeni kontrast sive i bijele keramičke polimineralne gline u ležištu, odnosno nešto kasnije otkrivena pozicija pratećeg kvarcnog pijeska.

2. Geomorgološka, geofizička i deološka lokalizacija strukturne pozicije sivih i bijelih keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska na ležištu „Kečkovac“

Najnovijim ciklusom istraživanja koja su obuhvatila kompleksnu geomorfo-lošku analizu donje sprečanske depresije i sjevernih padina planine Ozren, geofizička geoelektrična mjerenja u zoni površinskog kopa „Kečkovac“, detaljnu geološku prospek-ciju i analizu kompletnog okolnog terena Sočkovca, kao i sintezu rezultata dosadašnjih geoloških i rudarskih radova, izvršeno je uređenje dijela starog površinskog kopa na keramičke polimineralne gline u Sočkovcu na profilskoj liniji između IB-9 i IB-12 sa uzimanjem masovnih poluindustrijskih i industrijskih proba u periodu 2004–2008. go-dine, a koje je dalo potpuno jasno izražene litološke promjene unutar strukturnog sklopa ove geološke sredine na koti 172 m.

Uočen je potpuno jasan kontrast odnosno litostratigrafska granica između dva tipa keramičkih polimineralnih glina gotovo sredinom otkopnog polja u centralnom dijelu ležišta i to „siva“ i „bijela“ keramička polimineralna glina u pravcu SSZ pod uglom od oko 60 (slika 1). Laboratorijska ispitivanja su takođe potvrdila tipizaciju ove dvije vrste gline.

Slika 1. Situacioni plan geofizičkih, geoloških i rudarskih radova na ležištu „Kečkovac“ u Sočkovcu, R 1:1000 sa pozicijama

i geološkim stubovima karakterističnih IB-9 i IB-12


3. Rezultati laboratorijskih ispitivanja sivih i bijelih …keramičkih polimineralnih glina „Sočkovac“

Prirodna vlažnost gline određena je sušenjem na 105 °C u električnoj sušnici za bijele gline iznosila je 8,5%, a za sive 14,0%. Ostatak na situ 0,063 mm pri mokrom sija-nju prethodno dobro razmuljene gline, za bijelu glinu iznosio je 52%, a sivu 54%.

Sedimentaciona analiza vršena je po metodi Andersona. Sedimentacija frakcije – 0,063 mm određivana je u istoimenoj pipeti, dobijeni rezultati prikazani su u tabeli 1.

Tabela 1. Sedimentaciona analiza keramičkih polimineralnih glina „Sočkovac“

Frakcija u mm

Bijela glina Siva glina

U frakciji –0,063 mm U glini U frakciji –0,063 mm U glini –0,063 +0,030 6,16 2,94 14,03 6,47 –0,030 +0,020 21,68 10,37 19,45 8,94 –0,020 +0,010 7,61 3,65 16,03 7,37 –0,010 +0,005 22,60 10,85 15,20 6,99 –0,005 +0,003 14,44 6,93 13,47 6,19

–0,003 27,51 18,20 21,77 10,01

Prema sadržaju disperznih frakcija ispitivane gline spadaju u grubo disperzne gline (sadržaj frakcije –0,010 mm manja od 40%). Po sadržaju uključaka ispitivane gline spadaju u gline sa visokim sadržajem uključaka (čestica većih od 0,5 mm više od 5%).

Iz rezultata hemijskih analiza sirovih i šljemovanih keramičkih glina „Sočkovac“ proizilazi da je šljemovanjem smanjen sadržaj SiO2 i to u bijeloj glini više, a u sivoj ma-nje, te da je sadržaj Al2O3 znatno povećan kod bijele gline, a kod sive manje. Takođe je šljemovanjem znatno povećan sadržaj Fe2O3 kod bijele gline, a kod sive manje. Sadržaj alkalija šljemovanjem je nešto malo povećan kod obije gline. Isto tako šljemovanjem je gubitak žarenjem kod bijelih glina povećan za 1,5–2% , a kod sivih glina za oko 0,6–1% što ukazuje da šljemovanjem nije došlo do znatnijeg povećanja sadržaja kaolinita.

Tabela 2. Hemijske analize sirovih i šljemovanih bijelih i sivih glina „Sočkovac“

Komponenta Bijela glina Siva glina

Sirova [%]

–0,063 mm [%]

–0,020 mm [%]

Sirova [%]

–0,063 mm [%]

–0,020 mm [%]

SiO2 60,59 58,13 68,51 64,09 62,89 62,29 Al2O3 18,02 24,15 26,17 21,32 24,25 25,58 Fe2O3 2,95 3,80 4,10 0,55 0,95 0,92 TiO2 0,80 0,95 0,80 0,95 0,70 0,70 CaO 0,32 0,36 0,44 0,28 0,36 0,40 MgO 0,69 0,77 0,83 0,51 0,58 0,64 Na2O 0,33 0,59 0,46 0,39 0,44 0,53 K2O 2.32 2,80 2,77 2,41 2,68 2,83 SO3 – – – – – – Gub. žarenjem 4,14 5,55 6,10 4,91 5,58 5,98


Racionalne hemijske analize su u saglasju sa klasičnim hemijskim sadržaj gli-nene supstance. Šljemovanjem kod bijele gline, došlo je i do povećanja sadržaja feldspata u frakciji –0,063 mm i smanjenja u frakciji –0,020 mm, a sadržaj kvarca je smanjen kod obije gline.

Tabela 3. Racionalne hemijske analize sirovih i šljemovanih keramičkih glina „Sočkovac“

Komponenta Bijela glina Siva glina

Sirova [%]

–0,063 mm [%]

–0,020 mm [%]

Sirova [%]

–0,063 mm [%]

–0,020 mm [%]

Glinena Sup. 46,88 59,40 75,44 40,15 46,73 60,15 Feldspat 5,35 11,72 1,49 9,58 12,66 7,02 Kvarc 48,25 28,88 23,06 50,27 40,61 32,83

Plastičnost je određivana po Pfefferkorn-ovom metodom, tako što su priprem-

ljena plastična tijesta nakon potapanja u vodu sa odležavanjem od 24 sata, razmuljivana i sijana kroz sito 0,2 mm. Voda potrebna za plastičnu obradu (kod deformacionog odno-sa 2,5) iznosila je za bijelu glinu 28,2%, a sivu 32,4%, dok je broj plastičnosti po Pfefferkorn-u (relativna vlaga kod deformacionog odnosa 3,3) za bijelu glinu iznosio 25,2, a sivu 25,7, što nameće zaključak da prema broju plastičnosti ispitivane gline spa-daju u plastične gline.

Vatrostalnost je određivana prema propisima JUS B.D8.301., a prije određivanja vatrostalnosti samljeveni uzorci gline su žareni na temperaturi od 800 °C u trajanju od 2 sata.

Dobijeni rezultati ispitivanja sirovih i šljemovanih glina dati su u tabeli 2.

Tabela 4. Vatrostalnost keramičkih polimineralnih glina „Sočkovac“

Uzorak Vatrostalnost

Bijela glina Siva glina Sirovi SK 11 (1350 °C) SK 18 (1520 °C) –0,063 mm SK 12 (1375 °C) SK 17 (1490 °C) –0,020 mm SK 10 (1330 °C) SK 16 (1470 °C) Iz bušotina bijeli SK 15 (1440 °C) – Prizma 1, sivi – SK 11 (1530 °C) Prizma 2, sivi – SK 11 (1540 °C) Prizma 3, bijeli SK 11 (1350 °C) – Prizma 4, bijeli SK 10 (1330 °C) –

Iz navedenih rezultata vidi se da ispitivani uzorci za istu boju gline imaju skoro

istu vatrostalnost sem uzoraka uzetih iz bušotina čija je vatrostalnost veća skoro za 100°C od ostalih uzoraka bijele gline. Takođe se vidi da je vatrostalnost sivih glina veća skoro 200 °C od vatrostalnosti bijelih glina. Po vatrostalnosti ispitivani uzorci bijele gline spadaju u lakotopljive gline (vatrostalnost ispod 1350 °C) sem uzoraka iz bušotina i frakcije –0,063 mm koji spadaju u teško topljive gline. Uzorci dobijeni od sive gline


spadaju u teško taljive gline(vatrostalnost 1350–1580 °C. Od dosada ispitivanih uzoraka glina „Sočkovac“ nijedan nije vatrostalan, ali je uzorak sivih glina jako blizak ovoj granici (vatrostalnost 1580 °C).

Ispitivane gline klinkeruju (upijanje vode manje od 6% na temperaturi oko 1250 °C). Kako je vatrostalnost sirove bijele gline 1350 °C, a sirove sive 1520 °C to ispiti-vane gline imaju dovoljno širok interval pečenja (preko 100 °C). Bijela glina daje svjetlije tonove pečenja od sive. S druge strane određivanje temperature sinterovanja pokazalo je da se ona kreće u intervalu 1065–1240 °C, u poređenju sa temperaturom klinkero-vanja od 1100–1290 °C zapaža se mali temperaturni interval između tačke sinterovanja i tačke klinkerovanja, što je nepovoljno za ove gline kao čisto keramičke sirovine jer je taj interval od 25–50 °C.

4. Zaključak

Na kontaktu „bosanskog dijela“ ofiolitne ploče i aktivnog kontinentalnog ruba Dinarida u zoni „sprečko-kozaračke dislokacije“, na južnom krilu sprečanskog rasjeda, oligocensko-miocenskom hidrotermalno-pnemuatolitskom aktivizacijom na primarnoj ultrabazičnoj kori nastali su hlorit-filitično-sericitski škriljci koji su kasnijim polige-netskim neogeno-kvartarnim geodinamičkim, prije svega morfostrukturnim i morf-skulpturnim procesima u okviru „donje sprečanske depresije“ doveli do stvaranja više ležišta keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska. Ekstremno izražena polige-neza ovih procesa u etažama otvorenog površinskog kopa „Kečkovac“ u Sočkovcu dala je niz vrednih zaključaka vezanih za glinovite i pjeskovite milionske depozite i obezbjedila njihovu industrijsku aplikaciju i ekonomsku valorizaciju. Selektivno i korelaciono nauč-no posmatranje „sivih“ i „bijelih“ keramičkih polimineralnih depozita ležišta „Kečkovac“ daje perspektivne mogućnosti primjene ovih sirovina i u drugim Industrijskim granama, kao što je i vatrostalstvo zajedno sa drugim nemetaličnim mineralnim sirovinama sje-vernog dijela planine Ozren.

Literatura [1] Arsenović, Ž., Katanić, C. P., Baraković, A., Arsenović, S., Izvještaj geofizičko-geoelektričnih istra-

živanja ležišta keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska “Kečkovac” u Sočkovcu, CTU-IPKIN d.o.o. Bijeljina, FSD Sočkovac, 2010.

[2] Baraković, A., Geologija ležišta keramičkih glina Bosne i Hercegovine, str. 174, RGGF, Tuzla, 2004. [3] Baraković, A., Baraković, D., Moguća valorizacija kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini, Zbornik

radova, RGGF-a Univerziteta u Tuzli, broj: XXXIII; str. 21–28, Tuzla, 2007. [4] Baraković, A., Katanić, C. P., Baraković, D., Geološka građa, potencijalnost i kvalitattivne odlike

glina ležišta „Kečkovac“ po bušotini B-9, Zbornik radova, VIII naučno stručnog simpozijuma sa međunarodnim učešćem, Univerzitet u Zenici, Fakultet za metalurgiju materijale, Knjiga abstrakta, str. 61, Zenica, 2010.

[5[ Katanić, C. P., Geomorfološko neotektonska rejonizacija polimineralnih keramičkih glina u donjem toku rijeke Spreče, Magistarski rad, RGGF Univerzitet u Tuzli, Tuzla, 2010

[6] ***, Rudarsko-Geološki Fakultet i Rudarski Institut u Tuzli, Izvještaj o regionalnom geološkom istraživanju keramičkih kaolinskih glina u regionu ,,Sočkovac-Kečkovac“, FSD Sočkovac, 1983.


Polimineralne sirovine ,,Sočkovac” u proizvodnji cementa

Polymineral raw materials “Sočkovac” in concrete production

Petar C. Katanić1, Damir Baraković2, Amir Baraković3

1Sočkovac a.d., Sočkovac, Bosna i Hercegovina 2Graneks d.o.o., Gračanica, Bosna i Hercegovina

3Rudarsko-geološko-građevinski fakultet Univerziteta u Tuzli, Tuzla, Bosna i Hercegovina Apstrakt

Dosadašnja laboratorijska, poluindustrijska i industrijska ispitivanja polimine-ralnih sirovina „Sočkovac“, su pokazala da se one mogu primjenjivati u rov-nom ili oplemenjenom obliku u mnogim industrijskim granama, pa tako i u ce-mentnoj industriji. Eksperimentalna industrijska oprobavanja, rađena su i u proizvodnim pogoni-ma u Istarskoj tvornici cementa (bijeli Lafarž) Pula i Fabrici Cementa Lukavac (FCL) tokom devedesetih godina prošlog vijeka. Najnovije laboratorijske, a zatim poluindustrijske i industrijske probe urađene u periodu decembar 2004. – juli 2007. u FCL i laboratorijama CEMMAC u Slo-vačkoj te u pogonima FCL „Mlin sirovine“ i „Rotaciona peć“‚ od 2004–2012. Probe proizvodnje sirovinskog brašna odnosno ,,klinkera“ za proizvodnju por-tland-cementa sa alternativnom i korektivnom polimineralnom sirovinom, ke-ramičkom glinom iz Sočkovca, dala su realnu mogućnost dugoročne upotre-be ove mineralne sirovine u procesu proizvodnje. Praćenjem dobijenih rezultata iz laboratorijskih i poluindustrijskih analiza, utvrđena su nova saznanja o prostornom položaju i strukturno-tektonskom sklopu i kvalitativnim odlikama polimineralnih sirovina (gline i kvarcnog pijes-ka) „Sočkovac“ u samom ležištu, kao i mogućnost njene primjene u proizvodnji portland cementa. Ključne riječi: polimineralne sirovine, keramička glina i kvarcni pijesak,

.......cementna industrija, industrijska ispitivanja, portland-cement Abstract

The laboratory, semi industrial and industrial testings of polymineral raw ma-terials "Sočkovac" have shown that they can be applied in raw or enriched form in many industries, including the cement industry. Experimental industrial testing was performed in the manufacturing plants of Istria cement factory (white Lafarge) Pula and Cement Factory Lukavac (FCL) in the nineties of the last century. The most recent laboratory and then semi-industrial and industrial testing was realized from December 2004 to July 2007 in CEMMAC laboratories in Slovakia and in the period of 2004–2012 in the plants of FCL, “Mill of raw materials” and ”Rotary kiln”. Testing production of raw mix and cement clinker for Port-land cement production with alternative and corrective polymineral feedstock, ceramic clay from Sočkovac, gave a realistic possibility of long term usa as mineral resource in cement production. Results obtained from the laboratory and semi industrial analysis indicate on the new information about the spatial location and structural-tectonic frame-work and qualitative characteristics of polymineral raw materials (clay and quartz sand) "Sočkovac" in the bay, and the possibility of its application in the production of Portland cement. Key words: polymineral raw materials, ceramic clay and quartz sand,

cement industry, industrial testing, Portland cement.


1. Uvod Kvalitet keramičkih polimineralnih glina u okvirima sadašnjeg istražnog pod-

ručja „Kečkovac“ u Sočkovcu, bio je dokazan u poluindustrijskom i industrijskom obimu prije svega u ciglarstvu kao primarnoj industrijskoj grani na ovim prostorima koja je bila aktivna duže od jednog vijeka, a potom nešto kasnije i u drugim industrijskim granama na čitavom prostoru bivše Jugoslavije, kao što su cementna industrija i industrija fine keramike.

Sa ovog lokaliteta iz površinskog kopa selektivnim rudraskim raskopom koji je bio nastavak višegodišnje eksploatacije za potrebe mjesne ciglarske industrije u periodu osamdesetih i devedesetih godina prošlog vijeka preuzeto je preko 150.000 tona kera-mičke polimineralne gline sa povišenim procentom kaolina za razna industrijska ispiti-vanja i oprobavanja širom prostora bivše SFRJ (slika 1).

Slika 1. a) Distrubutivna mreža i b) utovar keramičke polimineralne gline „Sočkovac“;

Izvor: Fond stručne dokumentacije „Sočkovac“ a.d. Sočkovac

Najnovijim ciklusom istraživanja u periodu 2004–2010. godine proisteklim iz potreba provedene privatizacije u a.d. „Sočkovac“ i odluke većinskog vlasnika Fabrike Cementa Lukavac da ostvari koncesiju na keramičke polimineralne gline i kvarcni pije-sak na ovom ležištu ponovo je potvrđen kvalitet i kvantitet ovih mineralnih sirovina i ovjerene bilansne rudne rezerve koje iznose za keramičku glinu A + B + C1 = 6.340.593 tona, a za kvarcni pijesak A + B + C1 = 2.684.663 tona, što daje realne mogućnosti du-goročnog snabdijevanja bilo kog industrijskog kapaciteta, pa i FC u Lukavcu.

2. Geološke, geotektonske i genetske karakteristike ležišta Geološki i geotektonski položaj ležišta „Kečkovac“ u Sočkovcu određen je savre-

menim mobilističkim koncepcijama koje tumače kompleksan geološki razvoj cjelokup-nog teritorija BiH u okviru krupne geotektonske jedinice Dinarida u Južnoj grani Alpa. Imajući u vidu da je prostor Bosne i Hercegovine podijeljen u geotektonskom smislu u tri pojasa odnosno tri geotektonske zone: Spoljašnji, Središnji i Unutrašnji Dinaridi, ležište keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska ,,Kečkovac“ se nalazi u okviru geo-tektonske zone Unutrašnjih Dinarida. U okviru ove zone ležišta u Sočkovcu pripadaju Ofiolitnoj zoni Dinarida, to jest jednom manjem segmentu te zone Ozrenskom ultra-bazičnom masivu i to njegovom sjevernom obodu u okviru južnog krila Sprečkog ras-jeda, za koji se može reći da predstavlja i južnu granicu Panonskog basena.


Ležište keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska ,,Kečkovac“ je genet-ski vezano za tercijarne hidrotermalne procese transformacije ozrenskih ultrabazita (serpentinita i peridotita) u hlorit-filitične i sericitske škriljace. Primarne stijene su ovim procesima transformisane u masne i polumasne, bijele i sive keramičke gline, koje u geo-loško-tektonskom pogledu predstavljaju kontaktnu zonu između sjevernog oboda o-zrenskog ultrabazičnog masiva i mlađih tercijarno-kvartarnih sedimenata, sa znatnim stepenom kaolinizacije. Dakle, ležišta keramičke polimineralne gline na prostoru Soč-kovca spadaju u rezudualna ili autohtona ležišta glina koja su nastala raspadanjem seri-citno-filitičnih i hlorit filitičnih škriljaca. Kao hemijski agensi razlaganja matičnih stijena javljaju se površinske i podzemne vode i hidrotermalni rastvori. Srednja dubina razla-ganja stijena koja zavisi od ispucalosti stijena i mogućnosti prodiranja vode na ovom ležištu je oko 40 m. Osim površinskih voda na proces razlaganja matičnih stijena veliki uticaj su imale kisele termalne vode obogaćene CO2 čije je intenzivno recentno prisustvo u konturama ležišta evidentno i danas u Sočkovcu. Oblik ležišta nije stalan i kreće se od sočiva, gnijezda do relativno pravilnih slojeva. Mineralni sastav glina ovisan je o alkal-nosti vode (pH), sastava matičnog silikata i od uslova dreniranja podzemnih voda. Škriljci koji su bili predmet raspadanja pri stvaranju ovog ležišta, kao i amfiboliti i ser-pentiniti uzrokovali su da je glina bogata sitnim kvarcnim česticama, ljuspicama hlorita i sericita, oksida gvožđa itd.

Prenošenjem i prepiranjem, odnosno mehaničkim i hemijskim razlaganjem sti-jena koje sadrže kvarc, te deponovanjem materijala u ovom ležištu formirani su kvarcni pijeskovi. Nepravilan oblik zrna i mali stepen zaobljenosti zrna ukazuju na relativno ma-lu dužinu transporta kvarcnih zrna.

3. Kriterijumi primjenljivosti keramičkih polimineralnih glina u cementnoj industriji u proizvodnji portland cementa

Sirovinska mješavina za proizvodnju Portland-cementa sastoji se iz krečnjaka i glinenih minerala, taj odnos najčešće je: 75–80% CaCO3 i 20–25% gline, pri čemu kao si-rovina mogu poslužiti i laporci ili laporoviti krečnjaci, prirodne stijene koje sadrže CaCO3 i glinene minerale u približnom težinskom odnosu 3:1, ali je u prirodi teško naći ovakvu idealnu mineralnu laporovito-krečnjačku kompoziciju. S toga se kvalitetna poli-mineralna glina apriori nameće kao druga po važnosti osnovna mineralno sirovinska komponenta kiselog karaktera u proizvodnji portland-cementnog klinkera.

S druge strane savremenim strogim uslovima koji se u pogledu hemijskog sas-tava sirovinske smješe, a naročito karakterističnih modula (hidrauličnog (HM), silikat-nog (SM), aluminatnog(AM), krečno-silikatnog (KSM), stepena zasićenja (KS), postav-ljaju cementnim sirovinama, proizvodnja cementnog klinkera na bazi laporaca i lapo-rovitih krečnjaka danas se sve više napušta u korist smješe krečnjak-glina, jer je mo-guće lakše dotjerivanje hemijskog sastava ove smješe pomoću korektivnih sirovina.

Zvanično ne postoji ni jedan normativno propisani kriterijum primjenjivosti ke-ramičkih polimineralnih glina za proizvodnju portland-cementnog klinkera, nego se ulaz svih sirovina, pa i ove komponente za proizvodnju istog, prilagođava lokalnim ležištima mineralnih sirovina koja obezbjeđuju dugoročno snabdijevanje potrebnim ulaznim mi-neralnim sirovinama, koje daju u tehnološkom procesu proizvodnje portland-cementnog klinkera što manje varijacija, odnosno obezbjeđuju stabilnu i standardnu recepturu do-bijanja istog.


Hemija ulaznih mineralnih sirovina predstavlja bitan faktor za primjenjivost svih ulaznih komponenti pa i keramičkih polimineralnih glina, zbog čega se teži ka glina-ma koje imaju povišen sadržaj krečnjaka (CaCO3), silicijuma SiO2 (u tu svrhu dodaje se pijesak 1–3%), te komponente koje u prirodnom mineralnom sastavu sadrže određene procente oksida aluminijuma (Al2O3) i gvožđa (Fe2O3) kako bi udio ostalih korektivnih komponenti bio što manji ili gotovo bez njih (kvarcni pijesak, tuf, dijatomejska zemlja, šljaka visokih peći, nefelinski mulj i itd.).

4. Rezultati laboratorijskih ispitivanja nabušenih jezgara istražnih bušotina 2010. godine, površinskog kopa ,,Kečkovac”

S obzirom da su gline po svom hemijskom sastavu alumo-silikati koji se sastoje pretežno od oksida silicijuma i aluminijuma, nešto manje oksida gvožđa, one su isto-vremeno i nosioci jedinjenja koja zajedno sa oksidom kalcijuma iz krečnjaka daju nova jedinjenja-minerale cementnog klinkera, odnosno nosioce hidrauličnih svojstava ce-mentnog veziva.

Za proizvodnju cementnog klinkera pretežno se upotrebljavaju gline mlađih geoloških formacija uglavnom gline ilitskog ili kaolinitskog tipa, rjeđe montmorilo-nitskog tipa, što su upravo keramičke polimineralne gline ležišta ,,Kečkovac” u Sočkovcu.

Imajući u vidu da su ove gline geološki morfostrukturno i morfoskulpturno udružene sa pratećim kvarcnim pijeskovima i šljunkovima ovo ležište raspolaže istоvrе-meno i sa osnovnom i sa korektivnom mineralno sirovinskom komponentom za proiz-vodnju portland-cementa. Najnoviji rezultati hemijskih ispitivanja upravo potvrđuju ove konstatacije(tabela 1).

Tabela 1. Rezultati hemijskih ispitivanja keramičkih glina ležišta ,,Kečkovac“ u Sočkovacu, 2010. godine

IB broj Oznaka uzorka

G. Ž. [%]

SiO2

[%] Al2O3

[%] Fe2O3

[%] CaO [%]

MgO [%]

SO3

[%] K2O [%]

Na2O [%]

B-1/2010 U1.glina 0,8–5 m

4,37 76,67 13,46 1,95 0,77 0,94 0,02 0,12 0,62

B-1/2010 U5.glina 20–25 m

5,25 74,52 14,35 2,15 0,65 1,20 0,06 0,15 0,84

B-2/2010 U2.glina 18–24 m

6,96 70,10 16,06 2,22 0,76 2,12 0,77 0,08 0,22

B-3/2010 U7.glina 41–47 m

8,56 57,38 21,06 6,62 1,15 2,79 0,09 0,29 1,14

B-4/2010 U3.glina 12–17 m

7,35 64,21 11,59 11,44 0,66 2,16 0,05 0,16 0,86

Hemijske analize uzoraka keramičkih polimineralnih glina jezgara iz istražnih

bušotina označenih sa B-1/2010, B-2/2010, B-3/2010, B-4/2010, ukazuju na materijale različitog sastava. Hemijski sastav uzoraka iz istražnih bušotina B-1/2010 i B-2/2010 je blizak: SiO2 70–76%, Al2O3 13,5–16%, Fe2O3 1,95–2,15%, G. Ž. 4,4–5,25%. Povećan sadržaj SiO2 upućuje na zaključak da je uz osnovne glinene komponente prisutan i


slobodni SiO2 (kvarc). Hemijski sastav uzoraka B-3/2010 i B-4/2010 značajno se razlikuju od sastava B-1/2010 i B-2/2010, ali su međusobno bliski: SiO2 54–64%, Al2O3 11,5–21%, Fe2O3 6,6–11,4 %, G. Ž. 7,35–8,6%. Niži sadržaj SiО2 u ovim uzorcima upućuje na zaključak da alumo-silikati (glinene komponente) dominiraju.

Tabela 2. Rezultati hemijskih ispitivanja kvarcnog pijeska ležišta Kečkovac“ u Sočkovcu, 2010. godine

IB Broj Oznaka uzorka

G. Ž. [%]

SiO2

[%] Al2O3

[%] Fe2O3

[%] CaO [%]

MgO [%]

SO3

[%] K2O [%]

Na2O [%]

B-1/2010 U2.pijesak 41–45,5 m

8,39 64,15 10,72 11,68 1,37 1,77 0,09 0,15 1,05

B-2/2010 U2.pijesak

8–13 m 1,67 92,23 2,92 1,28 0,82 0,94 0,12 0,00 0,00

B-3/2010 U1.pijesak

6–11 m 1,86 90,50 2,74 1,63 1,15 0,79 0,13 0,00 0,95

B-3/2010 U3.pijesak 16–21 m

0,98 95,84 1,25 0,89 0,82 0,31 0,15 0,00 0,00

B-3/2010 U3.pijesak 57,5–63,5

5,59 76,36 7,83 6,69 0,98 1,30 0,07 0,23 0,86

B-3/2010 U11.pijesak

63,5-kraj 5,69 75,65 7,85 6,81 0,88 0,67 0,12 0,25 1,60

B-4/2010 U5.pijesak

22–30 7,79 62,37 15,80 8,33 0,88 2,12 0,16 0,21 1,55

Hemijski sastav uzoraka kvarcnog pijeska iz istražnih bušotina B-1/2010, B-

2/2010, B-3/2010, B-4/2010 se međusobno donekle razlikuju. U svakom slučaju dominantna komponenta je SiO2 (kvarc) čiji se sadržaj kreće od 65 do 95%. Uzorci B-2/2010 i B-3/2010 su praktično čisti kvarcni pijesak (SiO2 75–95%) sa alumosilikatnim primjesama Al2O3 1,25–7,85%). Sadržaj SiO2 u uzorcima B-1/2010 i B-4/2010 je niži (62–64%), a na račun alumosilikatnih primjesa (Al2O3 10,5–16%) koje se uvećavaju.

Korelacije ovih ispitivanja sa ranijim koja su vršena u laboratorijama i proiz-vodnim pogonima FCL potvrđuju mogućnost kontinuirane primjene keramičke gline i kvarcnog pijeska u tehnologiji za pripremu sirovinskog brašna za proizvodnju „klinkera“ i portland-cementa. Dobijenim vrijednostima i odnosom oksida koji su prisutni u pri-rodnom obliku u ovim mineralnim sirovinama potvrđuju da je moguće vršiti stabili-zaciju vrlo velikih varijacja u odnosima oksida sirovina koje se primjenjuju kao osnovne komponente u proizvodnji portland-cementa u Lukavcu (krečnjak „Vijenac“ i „Karabe-govac“, laporac „Bišća Potok“ Banovići, elektrofilterski pepeo TE Tuzla i kvarcni pijesak „Šikulje“), a u isto vrijeme moguće je poboljšati reaktivnost sirovina u procesu proizvod-nje portland-cementnog klinkera i njegova fizičko-mehanička svojstva, kao i vjerovatno substituirati neke od dosada primjenjivanih komponenti, a možda i smanjiti broj ulaznih osnovnih komponenti i time ekonomski uticati na proces proizvodnje.


Tabela 3. Hemijski sastav sirovina u recepturi sirovinskog brašna za ,,klinker” FC Lukavac, 2006. godine

Sirovine Hemijski sastav [%]

G. Ž. SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TITAR Krečnjak„Vijenac“Lukavac 42,36 1,24 0,76 0,99 53,73 0,40 0,02 97,25

EF pepeo TE Tuzla 1,08 46,02 16,83 9,56 16,34 3,78 2,02 – Glina Sočkovac 3,05 75,83 12,77 1,35 1,45 – 0,75 –

5. Zaključak Već duže od pet godina keramička polimineralna glina ,,Sočkovac” se diskonti-

nuirano koristi kao korektivna ili alternativna komponenta u recepturi proizvodnje siro-vinskog brašna i klinkera u proizvodnji portland-cementa u Fabrici Cementa Luka-vac u Lukavcu članici Ein Unternehmen der Asamer Gruppe iz Austrije. Primjenjujući ovu siro-vinsku komponentu korigovan je i poboljšan sadržaj Al2O3 i Fe2O3 u kvalitetu klinkera. Pored ovoga, keramička polimineralna glina sa ležišta ,,Kečkovac” u Sočkovcu tokom laboratorijskih, poluindustrijskih i industrijskih ispitivanja pokazala se i kao perspek-tivna sirovina za proizvodnju kvalitetnijh tipova cementa, odnosno da se sa njenom pri-mjenom u tehnologiji proizvodnje može ući u područje ,,alitnog klinkera” i time omogu-ćiti proizvodnju cementa više klase kvaliteta kao što je npr. CEM I 52,5 N ili CEM I 42,5 R.

Dosadašnje verifikovane i istražene više milionskerezerve keramičke polimine-ralne gline i kvarcnog pijeska u Sočkovcu omogućavaju prije svega višegodišnje tehno-loško snabdijevanje sa ovim mineralnim sirovinama strateški važnog industrijskog kapa citeta kao što je FCL za prostor Bosne i Hercegovine, a potom daju naučnu inicijativu za dalja istraživanja šireg prostora Sočkovca u svrhu tržišno eksterne i drugačije tehno-loške valorizacije ovih nemetaličnih keramičkih mineralnih resursa imajući u vidu da je dosadašnjim ispitivanjima nesporno potvrđeno da ih je u industrijskoj primjeni moguće koristiti kao prirodnu sirovinu (rovnu rudu) ili kao oplemenjenu (komercijalnu siro-vinu) čiji je sastav moguće i podešavati po određenim recepturama, a prema budućim zahtjevima industrije.

Slika 2. Eksploatacioni usjeci a)keramičke gline i b) kvarcnog pijeska, na ležištu „Kečkovac”


Literatura [1] Baraković, A., Geologija ležišta keramičkih glina Bosne i Hercegovine, str. 174, RGGF Tuzla, 2004. [2] Baraković, A., Baraković, D., Moguća valorizacija kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini, Zbornik

radova, RGGF –a Univerziteta u Tuzli, br. XXXIII, str. 21–28, Tuzla, 2007. [3] Baraković, A., Katanić, C. P., Mandžić, Dž., Baraković, D., Keramička polimineralna glina „Sočkovac“

korektivna i alternativna sirovina u proizvodnji portland-cementa, Zbornik radova VII naučno stručnog simpozijuma sa međunarodnim učešćem, str. 110, Univerzitet u Zenici, Fakultet za meta-lurgiju materijale, Knjiga anbstrakta, Zenica, 2008.

[4] Baraković, A., Katanić, C. P., Baraković, D., Geološka građa, potencijalnost i kvalitativne odlike glina ležišta „Kečkovac“ po bušotini B-9, Zbornik radova, VIII naučno stručnog simpozijuma sa međuna-rodnim učešćem, str. 61, Univerzitet u Zenici, Fakultet za metalurgiju materijale, Knjiga abstra-kata, Zenica, 2010.

[5] Baraković, A., Katanić, C. P., Mešković, A., Relikti ultramafita u determinaciji geneze, strukturnih odnosa i kvaliteta glina ležišta Sočkovac, Zbornik radova, br. XXXIV str. 139–145, RGGF Univerzitet u Tuzli, 2010/11.

[6] Filipić, Z., Katanić, C. P., Elaborat o klasifikaciji i kategorizaciji keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska i proračunu rezervi na ležištu „Kečkovac“ u Sočkovcu za potrebe cementne in-dustrije u Lukavcu sa stanjem na 31. 12. 2010. g., ”KRIPTOS” d.o.o. Milići, FSD Sočkovac, 2011.

[7] Katanić, C. P., Geomorfološko neotektonska rejonizacija polimineralnih keramičkih glina u donjem toku rijeke Spreče, Magistarski rad, RGGF Univerzitet u Tuzli, 2010.

[8] ***, „Keraprojekt“ Zagreb: Izvještaj o laboratorijskom ispitivanju keramičke gline Sočkovac u cilju utvrđivanja A, B i C1 rezervi, FSD Sočkovac,“Jugokeramika“ RJ istraživanje, unapređenje i razvoj tehnologije Zagreb, 1983.

[9] P. Petrovski i saradnici, Izvještaj o laboratorijskom ispitivanju keramičkih polimineralnih glina i kvarcnog pijeska sa lokaliteta „Kečkovac“ u Sočkovcu, Fakultet za metaluriju i materijale, Univer-zitet u Zenici, Zenica, 2011.

[10] ***, Rudarsko-Geološki Fakultet i Rudarski Institut u Tuzli, Izvještaj o regionalnom geološkom istraživanju keramičkih kaolinskih glina u regionu ,,Sočkovac-Kečkovac“, 1983.


Rezerve kvarcnog pijeska u tuzlanskom bazenu i njegova primjena u industrijske svrhe

Reserves of quartz sand in the Tuzla basin and its industrial application

Rešad Husagić Rudnici uglja „Kreka“, Tuzla, Bosna i Hercegovina

Apstrakt

Pod kvarcnim pijeskom podrazumijeva se kvarcni pijesak i šljunak sa visokim sadržajem SiO2. U većini slučajeva kvarcni pijesak se vadi površinskom eksplo-atacijom sa klasičnom rudarskom opremom. Eksploatacijom kvarcnog pijes-ka se ne ugrožava okolina, osim što dolazi do lokalne destrukcije terena na mjestu eksploatacije. Kvarcni pijesak ima široki spektar primjene u industrij-ske svrhe. Rad prikazuje mogućnost primjene kvarcnog pijeska kao pratećih naslaga u ugljenom bazenu „Kreka“ u Tuzli. Mogućnost primjene se određuje na osnovu utvrđenih osobina kvarcnog pijeska bilo kao rovne sirovine ili nakon određe-nog stepena oplemenjivanja. Ključne riječi: kvarcni pijesak, siporeks, industrijska punila

Abstract

The term quartz sand implies the quartz sand and gravel with a high content of SiO2. In most cases, quartz sand is mined by surface mining with classic min-ing equipment. Exploitation of silica sand does not endanger the environment, unless it comes to the destruction of local courts at the place of exploitation. Quartz sand has a wide range of applications for industrial purposes. The paper presents the possibility of application of quartz sand, found as ac-companying deposits in the coal basin “Kreka” in Tuzla. Possibility of applica-tion is determined on the basis of established properties of quartz sand, either as a raw material either after a certain degree of refinement. Keywords: quartz sand, aerated concrete, industrial fillers

1. Uvod

Kvarcni pijesak je prirodna sirovina koja ima široku primjenu za proizvodnju mnogobrojnih proizvoda na bazi silikata. Na području šireg krekanskog bazena vršena su dugogodišnja istraživanja o količinama i kvalitetu kvarcnog pijeska. Zavisno od aktiv-nosti pojedinih razvojnih programa iz silikatnog kompleksa uglavnom su provedena parcijalna istraživanja na pojedinim lokalitetima. Sirovinski potencijal krekanskog base-na koji je definiran dosadašnjim istraživanjima procjenjuje se na oko 9,6 × 109 m3 kvarc-nog pijeska.

Razvoj pliocenske ugljonosne serije u Tuzlanskom bazenu karakteriziran je cikličnom sedimentacijom različitih litotoških članova. Cikličnost je uslovljena tek-tonskim promjenama sedimentacije bazena i to izdizanjem i spuštanjem pa su prisut-ni u izmjeni sedimenti pijeska, uglja i gline. U ciklusu sedimentacije taloženi su pijesci, ugalj i gline ukupne debljine oko 900 m pri čemu su formirana četiri ugljena sloja sa pratećim slojevima pijeska uglavnom u podini ugljenih slojeva kao i gline u krovini


ugljenih slojeva. Na slici 1. prikazan je izgled ugljenih slojeva i pratećih naslaga kvarc-nog pijeska.

Slika 1. Ležište uglja „Kreka“ u Tuzli

1.1. Mineraloške karakteristike

Mineralni sastav kvarcnog pijeska je slijedeći: kvarc, agregati kvarca, agregati filitičnog kvarcita, kalcedon, limonitisani magnetit, limonit-magnetit i limonit. Najzas-tupljeniji mineral je kvarc koji je uglavnom mliječno bijel, rjeđe je bistar i obojen a rijet-ko crno, žuto ili crveno obojen.

Kvarcna zrna i agregati kvarca uglavnom su uglasti a ivice su slabo zaob-ljene. Površina kvarcnih zrna redovno je glatka a njihove prsline, pukotine i šuplj-ine zapunjene su limonitom. Javljaju se zrna sa saharoidnim kvarcom, koja su obično limonitisana. Slobodni minerali gvožđa javljaju se u obliku limonitnog tankog filma, iskristalizirana u nepravilnim prslinama ili u vidu individualnih zrna magnetita i li-monita koja su srasla sa kvarcnim zrnima.

Dosadašnjim istraživanjima definisan je mineraloški sastav kvarcnog pijeska na području krekanskog bazena. Prisutni minerali u kvarcnom pijesku svrstani su u dvije osnovne grupe sa visokim prosječnim sadržajem SiO2, koji čine minerali lake frakcije (kvarc, feldspati, muskovit, rožnaci idr.) i malim udelom od oko 1,45% minerala teške frakcije.

U tabeli 1 dat je mineraloški sastav teške frakcije i pregled srednjeg procen-tualnog učešća po slojevima.


Tabela 1. Mineraloški sastav teške frakcije

Vrsta minerala Mineraloški sastav teške frakcije

[%] Pijesci I horizonta Pijesci II horizonta Pijesci III horizonta

Granit 1,4 0,6 1,1 Cirkon 3,6 4,6 3,4

Turmalin 4,7 3,1 2,7 Epidot 8,9 5,7 5,5 Coizit 0,2 0,9 –

Amfibol 10,9 2,8 2,7 Rutil 1,9 3,3 3,1

Hromit 24,1 22,2 23,4 Stavrolit 0,5 1,4 0,7

Andaluzit – 0,8 1,5 Biotit 0,6 1,4 1,1

Pirokseni 1,6 0,1 2,4 Hlorit 0,2 0,3 0,9 Sten – 0,2 1,0

Enstatin – 5,1 – Disten – 0,01 0,1

Anatas-brukit – 0,4 – Opaki minerali 26,7 34,7 39,4

Limonit-hematit 14,4 12,7 8,9

1.2. Hemijski sastav

U tuzlanskom ugljenom bazenu odnosno ležištima ugljena „Kreka“ detaljno su istražena ležišta kvarcnog pijeska na više lokaliteta. Rezultati nekih od istraživanja su prikazani u ovom radu. Hemijski sastav kvarcnog pijeska prikazan je u tabelama 2 i 3 po horizontima i slojevima, a u tabeli 4 dat je procentualni sadržaj oksida po frakcijama.

Tabela 2. Hemijski sadržaj horizonta «A»

Pješčani horizont

Broj analiza

Sadržaj oksida [%]

SiO2 Al2O3 F2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 Cr2O3 G.Ž. IV 5 89,20 6,45 0,92 0,34 0,25 1,10 0,32 0,15 0,15 1,12 III 25 90,05 6,05 0,74 0,30 0,22 1,03 0,23 0,10 0,018 1,10 II 30 90,23 5,95 0,82 0,28 0,18 1,00 0,32 0,12 0,14 0,96 I 30 91,08 5,25 0,68 0,33 0,29 0,70 0,26 0,08 0,10 1,23

Prosjek «A»

horizonta

80 90,14 5,92 0,79 0,31 0,23 0,96 0,28 0,11 0,12 1,10


Tabela 3. Hemijski sadržaj horizonta «B»

Pješčani horizont

Broj analiza

Sadržaj oksida [%]

SiO2 Al2O3 F2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 Cr2O3 G. Ž. IV 5 84,69 7,80 2,35 0,48 0,32 1,21 0,38 0,30 0,42 2,00 III 20 86,14 7,28 2,08 0,46 0,48 0,93 0,27 0,29 0,18 1,89 II 25 85,25 7,56 2,12 0,52 0,35 1,00 0,30 0,35 0,34 2,15 I 25 85,68 7,14 2,20 0,65 0,29 1,10 0,25 0,25 0,32 2,12

Prosjek «B»

horizonta 75 85,44 7,44 2,19 0,53 0,36 1,06 0,30 0,29 0,31 2,04

Tabela 4. Procentualni sadržaj oksida po frakcijama

Frakcija [mm]

Sadržaj oksida [%]

F2O3 Cr2O3 TiO2

Pješčani sloj Pješčani sloj Pješčani sloj I II III I II III I II III

1,0 0,05 0,09 0,10 0,05 0,06 0,08 0,03 0,01 Frakcij. 1,0-0,7 0,09 0,19 0,16 0,05 0,05 0,08 0,004 0,008 0,005 0,7-0,5 0,12 0,16 0,14 0,09 0,05 0,11 0,004 0,01 0,005 0,5-0,3 0,10 0,19 0,21 0,08 0,11 0,16 0,007 0,05 0,09 0,3-0,2 0,18 0,29 0,31 0,19 0,21 0,26 0,05 0,05 0,13 0,2-0,1 0,29 0,68 0,46 0,29 0,32 0,34 0,13 0,20 0,25

0,1-0,05 0,28 0,40 0,36 0,21 0,18 0,28 0,08 0,13 0,20

1.3. Granulometrijski sastav kvarcnog pijeska Na osnovu provedenih granulometrijskih ispitivanja uzoraka kvarcnog pijeska

uzetih na širem području krekanskog basena, utvrđeno je prisustvo svih frakcija od krupnozrnih do sitnozrnih i prašinastih pijesaka različitog stepena sortiranosti.

Uočene su određene opšte zakonitosti u granulometrijskom sastavu koje su posljedica genetskih uslova sedimentacije i formiranja basena. Karakteristično je, da su u neposrednoj podini ugljenih slojeva (15–20 m) zastupljene krupnije frakcije sa poste-penim prelazom (ponegdje oštrim) ka sitnim frakcijama i prašinastim materijalima u daljoj podini. Ovo uslovljava da se unutar svakog sloja mogu izdvojiti određeni horizonti (krovinski dio debljine 15–35 m) koji se razlikuju u granulometrijskom sastavu. Gra-nulometrijske analize su urađene za slijedeće frakcije: +2,0; –2,0 + 2,0; –1,0 + 0,6; –0,6 + + 0,3; –0,3 + 0,1 i –0,1 + 0,0. Srednja veličina zrna iz svih mjerenja iznosi 0,26 mm.

U tabeli 5 prikazani su rezultati granulometrijskih ispitivanja uzoraka kvarcnog pijeska.


Tabela 5. Granulometrijski sastav pjeskova

Oznaka probe Granulometrijski sastav Vrijednost po stand.

Klasa krupnoće, [mm] Sred. d, [mm] Step. rav. [%] +2 –2 + 1 –1 + 0,6 –0,6 + 0,3 0,3 + 3 –0,1 + 0,0

Srednji sadržaj iz svih djelimičnih analiza D-1 do 102 1,47 1,77 1,81 10,44 56,33 29,28 0,18 47

Srednji sadržaj iz kompozitnih analiza bušotina K-1 do 18 1,27 1,53 1,84 9,37 59,72 24,14 0,18 60

K-19 do 26 4,62 3,72 5,64 21,90 50,21 16,53 0,26 47 Srednji sadržaj iz kompozitnih proba raskopa

K-27 do 38 2,25 1,92 4,19 27,11 48,74 16,38 0,27 52 Srednji sadržaj djelimičnih analiza tačaka

D-112 do 127

6,44 2,88 4,52 19,19 44,28 22,62 0,43 48

Srednji sadržaj iz svih analiza 3,21 2,36 3,60 17,60 51,58 21,79 0,26 51

Uzorak za poliindustrijska istraživanja (pran) 18,58 26,74 46,29 8,49

2. Rezerve kvarcnog pijeska Kvarcni pijesak je prirodna sirovina koja ima široku primjenu za proizvodnju

mnogobrojnih proizvoda na bazi silikata. Na području šireg krekanskog bazena vršena su dugogodišnja istraživanja o količinama i kvalitetu kvarcnog pijeska. Zavisno od ak-tivnosti pojedinih razvojnih programa iz silikatnog kompleksa uglavnom su provedena parcijalna istraživanja na pojedinim lokalitetima (slika 1). Sirovinski potencijal krekanskog basena koji je definiran dosadašnjim istraživanjima procjenjuje se na oko 9,6 × 109 m3 kvarcnog pijeska, dok se potencijal definiran samo rezervama pijeska koje su utvrđene detaljnim istražnim radovima procjenjuje na oko 6,5 × 109 m3.

Utvrđene rezerve kvarcnog pijeska svrstane su u «A», «B» i «C1» kategorije, (bilansne) i potencijalne rezerve «C2» i «D1». Proračunate su rezerve I i II pješčanog sloja «A» horizonta, odnosno rezerve kvarcnog pijeska iz neposredne podine podinskog i glavnog ugljenog sloja. Moćnost «A» horizonta za I pješčani sloj iznosi od 30–60 m, a prosječna moćnost iznosi 43 m. Moćnost «A» horizonta za II pješčani sloj iznosi od 20––50 m a prosječna 35 m.

U tabeli 6 prikazane su bilansne i potencijalne rezerve I i II pješčanog horizonta krekanskog bazena.

3. Procjena kvaliteta kvarcnog pijeska i mogućnost primjene u industrijske svrhe Primjena kvarcnog pijeska u industriji ograničena je standardima kojima su od-

ređeni zahtjevi kvaliteta. Po standardima kvarcni pijesak mora da zadovoljava zahtjeve u pogledu čistoće, sadržaja SiO2, sadržaja štetnih komponenti i granulometrijskog sastava. U većini slučajeva kvarcni pijesak da bi zadovoljio zahtjeve kvaliteta u pojedinim gra-nama industrije mora se podvrgnuti ispiranju i oplemenjivanju. Kao rovna sirovina može se upotrijebiti u građevinske svrhe, kao i za proizvodnju cementa i kvarcno-krečne ope-ke. Kvarcni pijesak nalazi primjenu: za dobivanje različitih vrsta stakla (obično bez-bojno, kristalno), u livarstvu, u proizvodnji gas betona-siporeksa, u proizvodnji fine ke-


ramike, proizvodnji krečno pješčane opeke, proizvodnji Portland cementa, proizvodnji vatrostalnih “dinas” opeka, za malterisanje i zidanje, za dobivanje visokokvalitetnih SiO2 punila za potrebe hemijske i farmaceutske industrije i kao filterski pijesak.

Tabela 6. Bilansne i potencijalne rezerve I i II horizonta

Rezerve Q, [m] Zaprem. tež. Q, [t] Bilansne rezerve I horizonta

«A» kategorija 453.381 1,7 770.748 «B» kategorija 1.826.416,5 1,7 1.104.808 «C1» kategorija 1.114.877 1,7 1.895.291

Ukupno (A + B + C1) 3.394.674,5 1,7 5.770.847 Potencijalne rezerve I horizonta

«C2» kategorija 521.620 1,7 886.754 Potencijalne rezerve II horizonta

«C2» kategorije 3.316.650 1,7 5.636.605 «D1» kategorija 743.000 1,7 804.100

3.1. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za proizvodnju stakla

Standardi ovog područja primjene kvarcnog pijeska su veoma oštri kako u pogledu granulometrijskog tako i u pogledu hemijskog sastava. Dozvoljeni granulometrijski i hemijski sastav kvarcnog pijeska za dobivanje stakla dati su u tabelama 7 i 8.

Tabela 7. Granulometriski sastav kvarcnog pijeska za dobivanje stakla

Vrsta pijeska Veličina zrna, [mm] Učešće, [%]

Veoma fini manje od 0,06 0,06 do 0,15 0,15 do 0,20

najviše 5 najviše 90 najviše 5

Fini manje od 0,1

0,1 do 0,3 0,3 do 0,4

najviše 5 najviše 90 najviše 5

Tabela 8. Hemijski sastav staklarskog pijeska

Vrsta stakla Hemijski sastav, [%] min. SiO2

max. Fe2O3

max. TiO2

max. Cr2O3

Optičko staklo 99,8 0,01 0,03 0,001

Kristal 99,3 0,015 0,03 0,001

Tehničko, medicinsko, laboratorijsko staklo 98,5 0,03 0,05 0,002

Obično prozorsko bezbojno staklo 98,5 0,05 0,05 0,02

Ravno staklo, boce 98,0 0,08 0,20 0,002

Pjenostaklo, stakleni crijep, akumulatorsko staklo 95,0 0,200 – –

Obojeno staklo 95,00 2,00 – –


Kao štetne komponente smatraju se TiO2 i Cr2O3 pa su zahtjevi za njihov sadržaj veoma oštri. Prisutnost FeO komponente veoma nepovoljno utiče na kvalitet i pri-mjenjivost sirovine u industriji proizvodnje stakla. Željezovita komponenta utiče na obojenje stakla te kvarcni presjek sa većom količinom te komponente ne može se ko-ristiti za proizvodnju bezbojnog stakla. Prisustvo alkalija nema neku značajniju ulogu. Granulometriski sastav ima veliki značaj jer utiče na brzinu i ravnomjernost toplje-nja stakla. Najpovoljnija krupnoća zrna je od 0,10 do 0,25 mm.

Na osnovu urađenih analiza kvarcnog pijeska iz Tuzlanskog ležišta može se reći da kvalitet zadovoljava minimalne uslove za staklarske proizvode. Ovakav kvalitet kvarcnog pijeska u čijem hemijskom sastavu dominira visok sadržaj Fe2O3 ograničava njegovu proizvodnju samo za staklenu ambalažu i stakla za građevinarstvo.

3.2. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za primjenu u livarstvu Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za izradu kalupa ili jezgra u livarstvu

regulisani su standardima livaca u kojima su detaljno razrađeni osnovni zahtjevi kvaliteta. Osnovni zahtjevi za kvalitet kvarcnog pijeska u livarstvu su: granulometriski sastav zrna (veličina zrna 0,02–1,50 mm, dozvoljena odstupanja 5%), temperatura sinte-rovanja (min. 1350°C, odstupanje +3%), isprane materije max.0,5%, ostatak na dnu (minus 0,063 mm) max. 1%, količina nadzrna max. 10%, količina podzrna max. 7%, G. Ž. na 900 °C max. 0,2%, propustljivost na gasove 100%, dok hemijski sastav treba da zado-voljava SiO2 min.96% i štetne komponente (Na2O, K2Q, CaO, MgO, Fe2O3) max. 1%.

Poseban faktor koji utiče na kvalitet kvarcnog pijeska za potrebe livačke in-dustrije je provodljivost gasa, jer poslije izlivanja metala u kalupe treba da propusti gasove koji se izdvajaju iz rastopljenog materijala. Propusnost zavisi od veličine zrna, oblika zrna, stepena homogenosti pijeska i količine sitnih frakcija i čestica koje pijesak sadrži (glina i prašina). Propustljivost gasova je povećana krupnijim i oblijim zrnima.

Kvarcni pljesak ležišta Kreka po granulometrijskom sastavu odgovara za upotrebu livarstvu. U hemijskom sastavu zbog niskog sadržaja SiO2 ne odgovara za primjenu u livarstvu, te nakon povećanja SiO2 oplemenjivanjem mogao bi se koristiti u te svrhe. Na separaciji kvarcnog pijeska „Tuzla-kvarc“ u Bukinju postoji linija za preradu kvarcnog pijeska za potrebe livarske industrije. Livački kvarcni pljesak sadrži oko 20% vlage i deponuje se u skladište a nakon odležavanja oko 2 dana sa sadržajem vlage oko 6% se transportuje.

3.3. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska u proizvodnji gas – betona- siporeksa Kvalitet kvarcnog pijeska za ovo područje primjene određeno je na prvom mje-

stu hemijskim sastavom koji treba da se kreće u sljedećim granicama (tabela 9).

Tabela 9. Hemijski sastav kvarcnog peska pogodnog za proizvodnju gas betona

SiO2 ≥ 85%

Na2O ≤ 1,5%

K2O < 3,5%

G. Ž. < 5,0%

Hloridi max. 0,2%


Pored hemijskog sastava na kvalitet kvarcnog pijeska za ovo područje pri-mjene utiče sadržaj gline (frakcije 0,005 mm), koji ne smije biti veći od 3% i da nije ilitska glina. Granulometrijski sastav bitno ne utiče na kvalitet. Ležište kvarcnog pi-jeska iz Tuzlanskog bazena a posebno ležište Bukinje po svojim karakteristikama zadovoljava uslove za proizvodnju gas – betona.

3.4. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za primjenu u proizvodnji fine keramike i elektroporcelana

Kvarcni pijesak za proizvodnju fine keramike i elektroporcelana treba da zado-voljava slijedeće uslove: gornja krupnoća zrna do 0,1 mm, u svom sastavu ne smije da sadrži teške minerale: hematit, pirit, hromit, rutil i dr.; treba da sadrži što manje oksida željeza (najviše 2%), sadržaj TiO2 ne smije da pređe u stote dijelove procenta, sadržaj Ca, Mg i alkalija ne treba biti veći od desetih dijelova procenta. Kvarcni pijesak ležišta iz Tuzlanskog bazena po svom hemijskom sastavu odgovara za proizvodnju fine kera-mike i elektroporcelana.

3.5. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za proizvodnju krečno pješčane opeke Glavni uticajni faktor na kvalitet kvarcnog pijeska za proizvodnju krečno pješ-

čane opeke je granulometrijski sastav. Kvarcni pijesak ležišta Bukinje, Miladije i Mo-luška Rijeka svojim kvalitetom zadovoljava izradu krečno pješčane opeke.

3.6. Zahtjevi za kvalitet kvarcnog pijeska za proizvodnju portland cementa Ne postoje određeni standardi koji ograničavaju upotrebu kvarcnog pijeska za

proizvodnju Portland cementa, ali na osnovu literalnih podataka zahtijevaju se slijedeci sadrzaji i to: sadržaj SiO2 ne smije biti manji od 90%, gubitak pri žarenju ne smije biti veći od 4%, sadržaj čestica glina, mulja i frakcija do 0,05 – najviše do 5%, Portland ce-ment sa dodatkom kvarcnog pijeska mora da ima istu čvrstoću kao i Portland ce-ment bez kvarcnog pijeska.

Kvarcni pijesak iz Tuzlanskih ležista tek nakon obogaćivanja u kome bi bilo obuhvaćeno pranje pijeska i odstranjivanje frakcija ispod 0,063 poboljšao bi se kvalitet, te bi odgovarao tehnološkim zahtjevima za proizvodnju portland cementa.

3.7. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeskaza proizvodnju vatrostalnih "DINAS" opeka Kvalitet kvarcnog pijeska za proizvodnju vatrostalnih opeka mora da zadovo-

ljava sljedeće uslove u pogledu vatrostalnosti i hemijskog sastava: vatrostalnost sirovine – temperatura sinterovanja od 1266 do 1310 °C odnosno 1370 °C i hemijski sastav dat u tebeli 10.

Tabela 10. Hemijski sastav

SiO2 > 94–97%

Al2O3 + TiO2 1,2–2,0%

Fe2O3 0,5–1,2%

CaO < 0,4–1,0%

MgO < 0,2–0,6%

G. Ž. 0,5–1,2%


3.8. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za malterisanje i zidanje

Kvarcni pijesak za malterisanje i zidanje treba da zadovoljava sljedeće uslove i to: sadržaj nečistoća – grudvi gline veličine preko 0,5 cm2 ne smije biti više od 1,5%. Uz to treba da zadovoljava granulometrijski sastav dat u tabeli 11.

Tabela 11. Granulometrijski sastav

Pijesak za zidanje Pijesak za malterisanje Otvor sita [mm] Prolaz kroz sito [%] Vrsta pijeska Ostatak na situ 0,63%

4,0 100 Krupni 50–70 1,5 70–80 Sitni 30–50 0,8 40–80 Fini 20–35 0,4 2–45 Vrlo fini 7–20 0,2 5–20 0,1 0–10 Pored toga, prisustvo nečistoća ograničeno je zahtevima iz tabele 12.

Tabela 12. Prisustvo nečistoća

Sulfati SO3 0,02–0,05%

Sulfide S 0,01–0,02%

CO3 0,01%

Organske materije – Kvarcni pijesak iz Tuzlanskih ležišta, a što je dokazano eksploatacijom u rudni-

ku Bukinje po svom kvalitetu odgovara za potrebe malterisanja i zidanja. Godišnja proizvodnja iznosi oko 109.000 t godišnje.

3.9. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za ostala područja primjene Za prekrivanje zemljane osnove puteva – pijesak mora dobro propuštati vodu

pa je za te svrhe najpogodniji krupnozrni pijesak sa primjesama srednjezrnog i šljunka. Za proizvodnju krovnih ljepenki, pijesak ne smije sadržavati u sastavu al-

kalije a veličina zrna treba da se kreće od 1,65 do 0,4 mm. U industriji kao abrazivni materijal za poliranje stakla, koristi se kvarcni pije-

sak sa oštrim ivicama zrna i sa što manje mekših primjesa od kvarca (98% SiO2, sadržaj gline maksimalno do 2%, a nije dozvoljen sadržaj minerala tvrđih od kvarca.

Za sječenje kamena, koristi se pijesak sa zrnima oštrih ivica i ujednačene krupnoće i za čišćenje odlivaka u livnicama.

3.10. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za visokokvalitetna SiO2 punila za potrebe hemijske i farmaceutske industrije punila

Za dobivanje punila potrebno je da kvarcni pijesak ima sadržaj SiO2 minimalno 99,5%, Fe2O3 maksimalno 0,01%, CaCO3 maksimalno 0,5%, a ostale štetne primjese samo u tragovima.


3.11. Zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska za filtere Kvarcni pijesak koji se koristi za filtriranje vode u hemijskom sastavu mora

imati najmanje 96% SiO2, dok se sadržaj CaO + MgO ograničava na maksimalno do 3% i ne smije biti zagađen organskim materijama.

4. Zaključak U radu je dat pregled rezultata dosadašnjih istraživanja rezervi i kvaliteta

kvarcnog pijeska Tuzlanskog pliocenskog bazena. Prikazane su geološke, mineraloške i hemijske osobine sa pojedinih ležišta, te prikazana proizvodnja kvarcnog pijeska u poređenju sa proizvodnjom kvarcnog pijeska u nekim zemljama svijeta.

Kvarcni pijesak ima široki spektar primjene u industrijske svrhe, a u radu su opisani zahtjevi kvaliteta kvarcnog pijeska te date karakteristike kvarcnog pijeska iz Tuzlanskog bazena u pogledu proizvodnje stakla, za primjenu u livarstvu, za proiz-vodnju gas-betona siporeksa, za proizvodnju fine keramike i elektroporcelana, kreč-no-pješčane opeke, portland cementa, vatrostalnih opeka te za primjenu u građe-vinarstvu za malterisanje i zidanje i korištenje u hemijskoj i farmaceutskoj industriji za punila. Zavisno od kvaliteta koji su propisani određenim standardima kvarcni pije-sak iz Tuzlanskog bazena može se uspješno koristiti u mnogim granama industrije u rovnom stanju ili oplemenjen. Rezultati ispitivanja hemijskog sastava i granulomet-rijskog sastava pokazuju da kvarcni pijesak Tuzlanskog bazena može naći široku pri-mjenu u industriji i građevinarstvu. Eksploatacija kvarcnog pijeska ima najmanji uticaj na narušavanje ekosistema.

Literatura [1] ***, Dokumentacija rudnika uglja „Kreka“, Tuzla, 2000 i 2001. [2] Nikolić, D., Kovačević, M., Kostić, M., Jovović, M., Mineraloško hemijsko proučavanje kvarcnog

peska površinskog kopa „Krojčica“ – Kreka, Arhiv za rudarstvo i tehnologiju, (Technologica Acta), XV, 1-2-3-4 (1977) 98–101.

[3] Pavlović, S., Protić, B., Tumenko, D., Žunić, M., PK „Miladije“, Rezerve kvarcnog pijeska. Rud-nici lignita Kreka. Tuzla, 1968.

[4] Pavlović, S., Sirovinski potencijal, kvalitetne karakteristike i mogućnost primjene kvarcnog pi-jeska sa područja Tuzlansko – Zvorničkog regiona, Rudarski fakultet, Tuzla, 1973.

[5] Pavlović, S., Elaborat o sirovinskoj bazi kvarcnog pijeska na ležištu „Kužići“ Tuzla sa stanjem 30. 6. 1984., RGIF, Tuzla, 1984.

[6] Ristić, P., Elaborat o proučavanju kvarcnih pijeskova Bukinje, RGIF, Tuzla [7] Brkić, Z., Razmatranje mogućnosti za dobivanje kvalitetnih kvarcnih sirovina na linijama separa-

cije „Tuzla-kvarc“ u Tuzli, BiH savjetovanje na temu energetski sistemi i rudarska djelat-nost, str. 441–446, Tuzla, 1994.

[8] Oruč, E., Kamberović, E., Zupančić, M., Kvarcni pijesak Tuzlanskog bazena kao sirovinska os-nova za proizvodnju stakla, BiH savjetovanje na temu energetski sistemi i rudarska djelatnost, str. 430–447, Tuzla, 1994.


Primjenjivost kvarcnog pijeska ležišta «Bukinje» kod Tuzle Applicability of quartz sand from the reservoir

«Bukinje» near Tuzla Hamo Isaković1, Damir Baraković2, Kemal Gutić1

1Rudarsko-geološko-građevinski fakultet, Tuzla, Bosna i Hercegovina 2JU „Vodovod“ Gračanica, Bosna i Hercegovina

Apstrakt

Rezervoar kvarcnog pijeska „Bukinje“ kod Tuzle predstavlja dio gornjeg ponta, tj. neposrednu podinu krekanskog prvog krovnog ugljenog sloja. Tektonski, re-zervoar predstavlja mali segment sjevernog krila antiklinale „Ravna Trešnja“. Na osnovu podataka granulometrijske analize utvrđeno je da je dio sitnozrnog pijeska dominantan, sa sadržajem od 78%, uz 22% prašinasto-glinovite frak-cije. Sadržaj SiO2, kao jedne od najvažnijih komponenti hemijskog sastava, je u opsegu 83–91% i može biti znatno povećan oplemenjivanjem (90–94%). Mineralni sastav pijeska se sastoji od kvarca i feldspata (98,5%) i teških mine-rala (1,5%). Ključne riječi: kvarcni pijesak, SiO2, ležište „Bukinje“

Abstract

Quartz sand reservoir “Bukinje” near Tuzla represents the part of the upper pont, ie. the immediate floor of the first roof coal layer of crack lignite. Tectoni-cally, the reservoir represents a small segment of the northern flank of the an-ticline “Ravna Trešnja”. From the data of granulometric study it was determined that the fraction of fi-ne-grained sand is dominant, with content of 78%, and 22% of silty-clay frac-tions. The content of SiO2 as one of the most important components of the che-mical composition ranges from 83–91% while it can be greatly increased by breeding (90–94%). The mineral composition of sand consists of quartz and feldspar (98.5%) and heavy minerals (1.5%). Keywords: quartz sand, SiO2, reservoir ”Bukinje“

1. Uvod

Organizovana proizvodnja kvarcnog pijeska na ležištu «Bukinje» datira od 1972. godine, s tim što je početak eksploatacije vezan za lokalitet Hudeć, gdje su još 1970. godine otkopavane krupnije partije pijeska za potrebe spravljanja zasipa za bunare kojima se vršilo odvodnjavanje dubljih dijelova ugljenog ležišta radi bezbjednosti ek-sploatacionih radova.

Preduzeće «Tuzla-kvarc» d.o.o. u Tuzli radi kao privatno preduzeće, gdje se vrši eksploatacija i prerada kvarcnog pijeska. Kapacitet proizvodnje je oko 10.000 tona/god.

2. Položaj ležišta

Dio teritorije koju pokriva područje ležišta «Bukinje» predstavlja neznatan seg-ment krekanskog ugljenog basena koji se, gledano u cjelini, prostire na površini od blizu 200 km2. Ležište predstavlja nešto izdignutiji dio terena iznad aluvijalne zaravni rijeke Jale koja protiče nešto južnije od istog. Cjelokupni prostor koji pokriva ležište nalazi se na teritoriji opštine Tuzla.


Slika 1. Pregledna geografska karta tuzlanskog i krekanskog basena sa ležištem kvarcnog pijeska „Bukinje“ - R-1:300.000

Pretežni dio prostora predstavlja brdsko-planinsko područje manje visine (do 280 m.n.m.) sa dosta usitnjenim i nekomasiranim parcelama. Zemljište je dijelom privat-no vlasništvo, a pretežni dio «Tuzla-kvarca» i Rudnika uglja «Kreka», je bivše ekspro-pisano zemljište u zoni jamske eksploatacije.

Područje ležišta je sasvim zadovoljavajuće situirano u odnosu na postojeće drumske i željezničke saobračajnice, te su i transportne prilike skoro idealne.

3. Geološke karakteristike ležišta «Bukinje»

Ispitivani pijesak ovog ležišta čini jedan dio pliocenske (gornjopontijske) serije, tj. neposrednu podinu krekanskog prvog krovnog ugljenog sloja [1]. U tektonskom pog-ledu ovaj dio terena predstavlja sjeverno krilo antiklinale Ravna Trešnja, odnosno južno krilo krekanske sinklinalne strukture. Prvi krovni ugljeni sloj sa pjeskovitim slojem u podini ima pravac pružanja SZ–JI sa padom u pravcu sjever–sjeveroistok pod uglom od 16–22°. Debljina pješčanog sloja iz podine i krovnog ugljenog sloja iznosi 80–100 m. Kontinuirano dubinsko i lateralno rasprostranjenje pješčanog sloja na ovom segmentu basena utvrđeno je geološkim kartiranjem, eksploatacionim rudarskim radovima i is-tržnim bušenjem.


Slika 2. Geološka karta šireg područja ležišta «Bukinje» (R-1:100.000)

Slika 3. Litostratigrafski stub sjevernog Krekanskog sinklinorijuma


Na znatnom dijelu ležišta «Bukinje» pjeskoviti sloj je na površini prekriven ple-istocenskim (terasnim) sedimentima. Utvrđena terasa je na oko 30 m iznad sadašnjeg nivoa rijeke Jale. Utvrđena debljina ovih sedimenata (koji predstavljaju otkrivku na ko-pu) je dosta promjenjiva i kreće se od 4–11 m.

Litološki sastav terasnih sedimenata je dosta neujednačen, ali uvijek sa domi-nantnim učešćem glinovite komponente.To su uglavnom nečiste šarene gline, manje ili više pjeskovite i šljunkovite, sa pretaloženim odlomcima goretine, uglja i organskih osta-taka [3]. U cilju proučavanja kvarcnog pijeska korišteni su podaci iz ranijih istražnih radova, kao i radovi dopunjeni novim istražnim bušotinama bušenim u 2000 godini (BB-1–4).

U sklopu ovih bušotina obrađeno je i više desetina uzoraka pijeska iz podine i krovnog ugljenog sloja sa područja ležišta «Bukinje». Obrada materijala obuhvatala je određivanje teških i lakih minerala u pijesku, uglavnom granulometrijskih frakcija 0,1––0,3 mm. Predhodno je pijesak oslobođen glinovite i limonitske prevlake na zrnima po-moću SnCl2 i HCl, a zatim su izdvojeni minerali teške i lake frakcije pomoću bromoforma (spec. tež. 2,89). Radi dobijanja podataka o učestalosti pojedinih vrsta, brojani su mine-rali lake i teške frakcije i izračunata njihova procentualna zastupljenost. Odnos kvarca i feldspata određen je metodom bojanja.

Pjeskovi krekanskog basena predstavljaju asocijaciju raznih minerala teške i la-ke frakcije u kojoj posljednji učestvuju, skoro po pravilu, sa preko 98% [2]. Saglasno sa relativno malim stepenom preobražaja, u tretiranom pijesku javlja se širog spektar mi-nerala teške frakcije. Neki od ovih se provlače više ili manje kontuirano kroz cijeli sloj, dok se drugi pojavljuju samo u određenom horizontu-nivou pješčanog sloja. Prvu grupu sačinjavaju hromspineli, opalni minerali i tzv. «rezistentni minerali», a drugu, minerali metamorfnih stijena. Hromspineli se javljaju u nepravilnim zrnima ili angularnim od-lomcima.

Rengenskom analizom je utvrđeno da odgovaraju prelaznom tipu između hrompikotita (Mg,Fe)(Cr,Al)2O4 koji je bogat aluminiumom (preko 30% Al2O3) i hrom-hercinita Fe(Cr,Al)2O4 (tabela 1).

Opalni minerali (ilmenit, leukoksen i magnetit) uz limonit i henatit, takođe su prisutni u svim dijelovima pjeskovitog sloja. Ilmenit i leukoksen su nešto više zastupljeni od magnetita koji se javlja u vidu sasvim sitnih zrna crne boje i metalnog sjaja.

Rezistentni minerali cirkon, turmalin i rutil čine drugi, znatan dio teške frakcije, ali su znatno više kocentrisani u površinskom dijelu pjeskovitog sloja. Turmalin je naj-obilnije zastupljen. Ovaj hemijski i mehanički veoma otporni mineral često pokazuje znatan stepen zaobljenosti što indicira mogućnost njihovog višestrukog pretaloživanja.

Treći dio teške frakcije čine minerali kristalastih stijena (andaluzit, granat, epi-dot, amfibol i enstatin) koji su različito koncentrisani unutar pojedinih dijelova pješ-čanog sloja. Najzad, široki spektar minerala teške frakcije upotpunjuje grupa minerala od kojih se neki javljaju samo fragmentarno (apatit, brukit, biotit i hlorit) ili pak redov-no, ali u tako malim količinama (do 1,9%) da imaju sekundarni značaj (disten, titanit, anatas i zoizit).


Tabela 1. Prosječno učešće pojedinih minerala teške frakcije

Mineral Sadržaj [%] Mineral Sadržaj,

[%] Opalni min. + limonit 32 Cirkon 6,5

Hromit 12,1 Turmlin 14,2 Epidot 3,4 Rutil 2,8 Zoizit 0,3 Andaluzit 14,0

Amfibol 0,5 Enstatit 0,5 Granat 10,5 Anatas 1,3

Strarolit 0,7 Titanit 1,2 U sastavu lake frakcije javljaju se kvarc, feldspati, muskovit, čestice rožnaca i

stijene (tabela 2). Tabela 2. Prosječno učešće pojedinih minerala lake frakcije

Mineral Sadržaj, [%] Kvarc 76–82

Feldspat 10–12 Rožnac 6–9

Muskovit + odlomci stijena 2–3

Uočeno je da je u sastavu lake frakcije dominantno učešće kvarca. Moguće je

međutim diferencirati nekoliko tipova kvarcnih zrna i to: i) tipično za tretirani pijesak je znatno prisustvo «prozirnih» kvarcnih zrna visokog sjaja. Javlja se u zrnima na kojima se mogu uočiti kristalne plohe nastale sekundarnim rastom u sedimentu; ii) «mutna» kvarcna zrna, koja čine obično glavni dio lake frakcije. To su zrna, uglavnom, nepravil-nog do poluzaobljenog oblika sa površinama bez sjaja i iii) najmanje zastupljeni tip «agregiranih» kvarcnih zrna, u kojima pojedine čestice predstavljaju agregate manjih zrna, odnosno fragmente kvarcne stijene. Zrna feldspata imaju obično djelimično saču-vane prizmatične konture, iako su im površine i bridovi dosta oštećeni. Čestice rožnaca se redovno javljaju. Po tipičnoj mikrokristalastoj do kriptokristalaste strukture sve čes-tice silicijskih sedimenata kalcedonskog tipa, lako su uočavaju u preparatu. Boja čestica je žučkasta, ružičasta, rijetko bijela.

Statističkom obradom rezultata granulometrijskih analiza utvrđena je nesum-ljivo ritmička sedimentacija koja se karakteriše povećanjem promjera zrna idući od podine ka povlati. Ovo omogućava da se unutar predmetnog sloja pijeska mogu izdvojiti pojedini horizonti koji se bitno razlikuju u granulometrijskom pogledu. U direktnoj po-dini i krovnom ugljenom sloju razvijen je horizont srednjezrnog pijeska sa «mlazevima» krupnijeg zrna. Debljina ovog horizonta se kreće od 10–30 m. Globalno posmatrano u ovom horizontu sregnji prečnik zrna je po pravilu veći 0,23 mm, dok se medijana kreće od 0,18–0,32 mm. Ostali dio pjeskovitog sloja po svom opštem karakteru pripada grupi sitnozrno prašinastih sedimenata. Prema zastupljenosti frakcije –0,25 mm od 80–85%, granulometrijski se bitno razlikuju od horizonta koji čini podinu. Srednje vrijednosti medijana u ovom horizontu su veoma bliske i kreću se intervalu od 0,11–0,14 mm.


4. Upotrebljivost kvarcnog pijeska

Istovremeno sa istražnim i eksploatacionim radovima vršeno je sistematsko is-pitivanje kvalitetnih karakteristika kvarcnog pijeska iz raznih dijelova i nivoa u ležištu. Ovo je omogućilo da o kvalitetu pijeka iz ležišta «Bukinje» i mogućnosti njegove korisne primjene danas možemo zaključiti, kako na osnovu brojnih analiza jezgrenog materijala i proba iz istražnih rudarskih radova, tako i na osnovu ispitivanja rovnog i separisanog pi-jeska koji se dobija tokom višegodišnje eksploatacije [4].

Kvarcni pijesak iz ležišta «Bukinje» deklarisan je kao kvalitetna sirovina za pro-izvodnju gas-betona (siporexa), te da ima široku primjenu u građevinarstvu i industriji cementa. Na osnovu rezultata kompozitnih analiza, ponderisanjem je utvrđen prosječni hemijski sastav pijeska iz ležišta «Bukinje» (tabela 3).

Tabela 3. Prosječni hemijski sastav pijeska iz ležišta «Bukinje»

Konstituenti hemijskog sastava

Sadržaj [%]

SiO2 87,29

R2O3 8,14

CaO 0,42

MgO 0,36

G. Ž. 2,36

Na2O 0,21

K2O 1,18

Cl 0,027

SO3 0,70

MnO 0,057

Definisanje granulometrijskog sastava kao jednog od značajnog pokazatelja

kvaliteta posvećena je dužna pažnja. Urađen je veliki broj granulometrijskih analiza, ka-ko iz uzoraka jezgrenog materijala, tako i rovne mase pijeska. Prema izvedenim anali-zama može se zaključiti da tretirani pijesak, gladano u cjelini, pripada grupi sitnozrnih psemita sa dominantnim učešćem frakcija sitnozrnog pijeska (0,06–0,2 mm). Međutim i pored ovako opšteg granulometrijskog karaktera, zapaža se tendencija postepenog sma-njenja efektivnog promjera zrna idući od plićih ka dubljim dijelovima ležišta.

Iz svega navedenog može se zaključitit da kvarcni pijesak ležišta «Bukinje» kva-litetnu sirovinu za proizvodnju gas-betona, za primjenu u građevinarstvu i industriji ce-menta. Na osnovu navedonoga slijedi: sadržaj SiO2 u prirodnom materijalu je veći od 85%, alkalni metali su uvijek znatno niži od zahtjeva za njihovim dozvoljenim sadrža-jem, srednji gubitak žarenjem iznosi 2,36%, a sadržaj hlorida je pet puta manji od dozvo-ljenog sadržaja, srednji sadržaj gline (frakcije >0,005 mm) iznosi 1,9% i nije isključivo ilitskog karaktera, jer sadrži pored ilita, kaolinit i montimorilonit. Prema granulomet-rijskom sastavu prirodna sirovina najvećim dijelom (60–80%) pripada frakciji sitno-zrnog pijeska 0,06–0,2 mm.


5. Zaključak Područje Bukinje unutar kojeg je situirano i istoimeno ležište kvarcnog pijeska

nalazi se oko 2 km zapadno od Tuzle. Veoma je dobro komunikativno povezano i može se slobodno reći, optimalno stacionirano u odnosu na gravitirajuće tržište.

U hronostratigrafskom pogledu ležište «Bukinje» predstavlja dio gornjeg ponta, tj. neposrednu podinu prvog krovnog ugljenog sloja krekanskih lignita. U tektonskom pogledu ležište predstavlja jedan mali segment sjevernog krila antiklinale Ravna Treš-nja.

Iz podataka granulometrijskih ispitivanja može se zaključiti da je naj-domi-nantnija frakcija sitnozrnog pijeska koji je zastupljen sa 78% uz prisustvo oko 23% pra-šinasto-glinovite frakcije. Sadržaj SiO2 kao jedne od najbitnijih komponenata hemijskog sastava kreće se od 83–91% dok se oplemenjivanjem ovaj sadržaj znatno povećava i kreće se od 90–94%.

U mineralni sastav pijeska ulaze kvarc i feldspati sa 98,5% i teški minerali sa 1,5%. Određeni negativni efekti koji se javljaju pri mljevenju pijeska na finoću cementa, a koji je posljedica sadržaja prašinasto-glinovitog dijela u prirodnom pijesku, mogu se riješiti predhodnim pranjem pijeska.

Literatura [1] Ščavničar, B., Jović, P., Raščlanjivanje pliocenskih pijeskova ugljenog basena Kreka na bazi teških

minerala, Geološki Vijesnik 15 (1), Zagreb, 1962. [2] Ristić, P., Momić, V., Likić, J., Kompleksna sedimentološka ispitivanja tuzlanskog basena, RGF-Tuz-

la, 1964. [3] Pavlović, S., Tuzlanski ugljeni basen, Mineralne sirovine BiH, prvi tom, Sarajevo, 1976. [4] Pavlović, S., Rozgaj, S., Ristć, P., Kvarcni pijesak tuzlansko-zvorničkog regiona sa posebnim osvr-

tom na mogućnost primjene, Zbornik radova, Savjetovanje o problematici nemetala, Tuzla, 1976.


Ležišta rude bornih minerala u Jarandolskom basenu Ore deposits of boron minerals in the Jaranadol basin

Nebojša Vidanović1, Milan Popović2, Adnan Hodžić3, Edin Fazlić4

1Rudarsko-geološki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Srbija 2JP za Podzemnu eksploataciju uglja Resavica, Srbija

3 Rudarsko-geološko-građevinski fakultet, Univerzitet u Tuzli, Bosna i Hercegovina 4ZD EPBiH, RU Kreka PE Mramor, Bosna i Hercegovina

Apstrakt

Ležište rude bora formirana su u slanim jezerima koja su se formirala u oblasti aktivnih vulkana. Za izvođenje rudarskih radova, shodno tehničko ekonomskim parametrima sa aspekta tehnoloških radnih operacija, koristi se komorno stubna metoda. Rovna ruda bora na osnovu utvrđenih rezervi za navedeni lokalitet, po svom kvalitetu potvrđuje opravdanost za nastavkom istraživanja i eksploatacije ove strateške mineralne sirovine. Rad kroz praktične analize dokazuje efektivnost rezervi rude bora i optimalan način otkopavanja. Ključne riječi: Jarandolski basen, borni minerali, borati, Piskanja, Pobrđe,

ruda, otkopna metoda Abstract

Boron ore deposits were created in the salt lakes that were formed in the area of active volcanoes. In accordance with technical and economic parameters in terms of technological work operations, the application of „chamber and pil-lar“ method has been anticipated for mining works. Based on the reserves determined on this locality, quality of crude boron ore justifies the continuation of research and exploitation of this strategic mineral raw material. Work through practical analysis proves the effectiveness of the ore reserves of boron and optimal way of excavation. Key words: Jarandol Basin, boron minerals, borates, Piskanja, Pobrđe, ore,

excavation method

1. Uvod Jarandolski tercijarni basen nalazi se u dolini reke Ibar, oko 14 km severno od

Raške, koji prema karti 1:25.000 pripada listovima Novi Pazar 580-1-2 i Novi Pazar 580-1-4. Basen je izdužen u pravcu Z-SZ-I-JI (zapad-severozapad-istok-jugoistok). Rekom Ibar podeljen je na dva dela: istočni – piskanjski, u kome se nalazi ležište borata Piskanja i zapadni–jarandolski, u kome se nalaze magnezitska ležišta Bela Stena (otkopano) i Bo-rovak, ležište uglja Jarando, ležište minerala bora u Pobrđu i pojava borne mineralizacije u Raspopovićima.

Ibarski rudnici u prostoru Jarandolskog basena istražuju mineralne sirovine i eksploatišu ugalj 90 godina, a u poslednjih deset godina eksploatišu borate u ležištu Pobrđe. Prvi pоdаci о pојаvi bоrnih minеrаlа u Јаrаndоlskоm tеrciјаrnоm bаsеnu sе pо-јаvlјuјu 1967. gоdinе. U pеriоdu оd 1983. gоdinе dо 1985. gоdinе, nа prоstоru Pоbrđа izvršеnа su dеtаlјnа gеоhеmiјskа ispitivаnjа, kоја је izveo Gеоzаvоd, Bеоgrаd. Gеоzаvоd је biо nоsiоc istrаžnih prаvа nа lоkаciјi Pоbrđе.

Uzimајući u оbzir dа sе lоkаciја Pоbrđе nа kојој sе nаlаzе bоrni minеrаli nаlаzi u, Ibаrskim rudnicimа оdоbrеnоm eksploatacionom polju zа ugаlј, Ibаrski rudnici su sе


оd 1987. gоdinе аktivnо uklјučili u istrаživаnjе bоrnih minеrаlа. Nаkоn tоgа Ibаrski rud-nici su rеšеnjеm br. 310-256/89 оd 02.08. 1989. gоdinе оd nаdlеžnоg rеpubličkоg оrgа-nа dоbili оdоbrеnjе prоširеnjа istrаžnоg prоstоrа kојi pо kооrdinаtаmа оbuhvаtа оbа lеžištа, Piskаnju i Pоbrđе. Оvај prоstоr је оznаčеn kао 1025А i upisаn је u kаtаstаr u knjizi I strаnа 92. Тоkоm svih nаrеdnih gоdinа do 01.09.2001.godine Ibаrski rudnici su bili nоsiоci istrаžnоg prаvа za lеžištа, Piskаnju i Pоbrđе.

Nаkоn tоgа nadležni republički organ je izvršio pоdеlu istrаžnоg prоstоrа 1025 А nа dvе cеlinе: lеžištе Piskаnjа i lеžištе Pоbrđе. Lеžištе Piskаnjа је bilо prеdmеt kоncе-siоnоg tеndеrа. Zа lеžištе Pоbrđе Ibаrski rudnici su оd nаdlеžnоg ministаrstvа dоbili еksplоаtаciоnо prаvо. Na slici 1. prostorno prikazana su ležišta rude bora u Baljevcu. Ležišta rude bora formirana su u slanim jezerima koja su se nalazila u oblasti aktivnih vulkana.

Slika1. Geografski položaj ležišta rude bora

1. Ležište Pobrđe

1.1. Opis ležišta

U ležištu minerala bora Pobrđe najčešće se pojavljuju: kolemanit i haulit. Mine-rali rude bora, na osnovu dosadašnjih istraživanja, izlučeni su u dva rudna sloja sa me-đusobnom visinskom razlikom od 26 m. Srednja debljina oba rudna sloja je 2,62 m. Padni ugao rudnih slojeva iznosi od 18 do 21°. Generalno ležište ima pravac pružanja S - SI - J - JZ, sa padom ka I - JI. Karakterističan geološki profil prikazan je na slici 2.


Slika 2. Geološki profil

1.2. Rezerve rude bora i njen kvalitet

Overene rezerve bornih minerala prikazane su u tabeli 1.

Tabela 1. Rezerve bornih minerala

Karegorija rezervi Količina [t]

A 11.190

B 18.255

C1 129.623

A + B + C1 159.068 Kvalitet mineralne sirovine, koji je overen pomenutom potvrdom o rezervama

je sledeći: B2O3 40.27%, MgO 2.93%, SiO2 6.85%, Fe2O3 0.84%, CaO 26,79%, Na2O 0.30%, K2O 0,11% i H2O 23.4%.

1.3. Opis postojećeg stanja

1.3.1. Način otvaranja i pripreme

Jama Pobrđe je otvorena glavnim izvoznim niskopom N-1 sa k+457,56 m do k+428,50 m. Dužina niskopa je 86 m. Svetli poprečni presek prostorije je trapezni, po-vršine 6,05 m2. Ulaz glavnog izvoznog niskopa urađen je na uređenom rudničkom platou i osiguran od poplava, uliva atmosferskih voda.

Iz glavnog izvoznog niskopa N-1, sa k+430,66 m urađen je transportni niskop TN-1 do k+382,50 m. Dužina transportnog niskopa je 202 m. Svetli poprečni presek pro-storije je 6,05 m2. Sa kote k+437,80 m, takođe iz glavnog izvoznog niskopa N-1, urađen je ventilacioni hodnik VH-1, dužine 56 m. Svetli poprečni presek prostorije je 6,05 m2.


Iz ventilacionog hodnika VH-1 sa k+437,80 m urađen je ventilacioni niskop VN-1 do k+415,47 m. Dužina ventilacionog niskopa je 93,0 m. Svetli poprečni presek prosto-rije je 6,05 m2.

Sa navozišta ventilacionog niskopa VN-1 urađeno je koso ventilaciono okno VO-1 sa k+437,80 m do površine k+466,00 m, dužina okna je 32 m. Svetli poprečni presek je pravougaoni, površine 6 m2. Iz ventilacionog niskopa VN-1, sa k+427,10 m urađena je rudno-prolazna sipka S-1 do krovinskog rudnog tela, k+438,04 m. Nagib sipke je 45°. Svetli poprečni presek sipke je 6,05 m2. Iz VN-1 sa k+421,50 m urađeno je pomoćno skladište eksplozivnih sredstava.

Iz VN-1 sa stacionaže 92 m urađen je otkopni hodnik OH-2k, dužine 89 m. Sa stacionaže 38 m, iz otkopnog hodnika OH-2k urađen je kroz rudu istražni uskop IU-1, dužine 10 m.

Prostorije otvaranja su podgrađene čeličnm i drvenom trapeznom podgradom, a geotehnički uslovi dozvoljavaju primjenu primarne ankerne podgrade.

Rudarski radovi na otkopavanju se izvode iz otkopnih uskopa koji su izrađeni sa nivoa OH-3k. Šema rudarskih radova prikazana je na slici 3.

Slika 3. Situacioni plan do sada izvedenih radova. R 1:1.000


1.3.2. Transport iskopine, doprema materijala, provetravanje jame i njeno odvodnjavanje

U jami Pobrđe za transport iskopine primenjuju se sredstava transporta: dvo-lančani grabuljasti transporteri i transprtne trake.

Spoljni transport jalovine i rude bora sa platoa ispred jame Pobrđe do platoa Separacije uglja u Piskanji, je kamionski. Utovar materijala na platou ispred jame Pobrđe vrši se utovaračima tipa RD180, sa zapreminom kašike 2,3 m3.

Doprema repromaterijala u jami Pobrđe vrši se po gornjoj šini, pomoću vitlova, dok se provetravanje jame Pobrđe vrši separatno kompresionom načinom, gumenim cevovodom ∅400 mm, aksijalnim ventilatorima tipa AV400 i DVT 2013.

Odvodnjavanje jame Pobrđe rešeno je na taj način što se voda koja se gravita-cijski skupi u vodosabirniku na dnu prostorije VN–1, centrifugalnom pumpom FH–2 i cevovodom ∅75 mm ispumpava do vodosabirnika koji se nalazi u dnu prostorije N–1. Voda koje se, takođe, gravitacijski skupi u vodosabirnik na dnu prostorije TN–1, se cen-trifugalnom pumpom VP 100 – 2 i cevovodom ∅110 mm ispumpava u vodosabirnik u prostoriji N–1. Iz vodosabirnika u prostoriji N–1, voda se izbacuje centrifugalnom pum-pom CVN 3–3 i cevovodom ∅75 mm napolje.

1.3.3. Snabdevanje jame vodom i komprimiranim vazduhom, napajanje električnom energijom i odlaganje jalovine

Voda u jami Pobrđe koristi se za potrebe bušenja minskih bušotina. Za tu svrhu koristi se cisterna, koja se nalazi na platou jame Pobrđe. Pri tome, voda u cisterni obez-beđuje se pumpom CVN 3–3, koja se nalazi u vodosabirniku na dnu prostorije N–1. Iz ci-sterne se cevovodom ∅½′′, gravitaciono dovodi do radilišta.

U jami Pobrđe energija komprimivanog vazduha se koristi za izvođenje bušač-kih radova (bušenje se obavlja pneumatskim bušaćim čekićem RK–21). Na platou rudni-ka postavljen je pokretni kompresor “Fagram” – Smederevo. Komprimirani vazduh se od kompresora do čela radilišta sprovodi cevovodom ∅110 mm.

Spoljni i jamski potrošači u Pobrđu napajaju se električnom energijom preko dalekovoda DV 10 kV Bela Stena, Pobrđe sa provodnikom Alč 3 × 25 mm2. Na dalekovod 10 kV Bela Stena, Pobrđe priključena je blindirano limena kutija TS 10/0,4 kV, 160 kVA za potrebe rudnika bornih minerala.

Jalovina koja se izvozi iz jame Pobrđe, privremeno se odlaže na plato ispred ja-me. Sa ovog privremenog odlagališta jalovina se kamionima odvoziti na odlagalište koje se nalazi na lokaciji starog jalovišta separacije uglja u Piskanji.

1.4. Otkopavanje rude bora iz ležišta Ležište rude bora Pobrđe pored geoloških istraživanja istraživano je i rudar-

skim istražnim radovima. Na temelju ovih saznanja izrađen je i glavni rudarski projekat otvaranja i eksploatacije rude bornih minerala u ležištu Pobrđe, Ibarskih rudnika kame-nog uglja, Baljevac. Opšti tehničko – eksploatacioni faktori ležišta bornih minerala Po-brđe, Baljevac predodređuju otkopavanje rude bora tehnologijom podzemne eksploa-tacije čvrstih mineralnih sirovina. Za otkopavanje rovne rude bora po GRP predviđena je „stubno-komorna metoda otkopavanja po usponu ležišta sa prinudnim obaranjem kro-vine“. Na slici 4 prikazana je eksperimentalna geometrija otkopne jedinice.


Slika 4. Eksperimentalna geometrija otkopne jedinice

Izvođenje predviđenih rudarskih radova i tehnoloških operacija po detaljima napred citirane metode otkopavanja, u eksperimentalnoj je fazi otkopavanja, zbog čega nisu postignuti svi željeni tehničko-ekonomski parametri. U nastojanju da se izbegne o-siromašenje rovne rude zbog prožimanja pratećih stena, eksperimentisali smo pri-menom nove geometrije otkopne jedinice. Otkopni uskopi se izrađuju u niskozasvo-đenom profilu sa dimenzijama 1,8 m h = 1,7m, sa sigurnosnim stubom prema starom radu od 1 m i prema novom uskopu, takođe, 1 m, u primarnoj fazi rada da bi se u sekun-darnoj fazi rada (u povlačenju) otkopao i sigurnosni stub prema starom radu. Za osigu-ranje krova otkopnog prostora ugrađuju se drveni slogovi dimenzija 1,0 m, h =1,5 m.

Na radnom platou separacije uglja u Piskanji obavlja se ručno odvajanje kolema-nita i haulita, iz rovne rude, od jalovine. Ručnim prebirom se mogu odvojiti ruda krupno-će veće od 50 mm. Ruda krupnoće ispod 50 mm ostaje pomešana sa jalovinom. Ručno odvojena ruda se plasira na tržište. Ručnim perebirom rude postiže se malo iskorišćenje od 25 do 30%. Sadržaj korisne komponente B2O3 u ručno prebranoj rudi je od 35 do 40%. Nakon ručnog prebira na odlagalištu ostaje masa koja se sastoji od jalovine i sitnih klasa rude. Prosečan sadržaj B2O3 u odloženoj masi je 17%.

2. Ležište Piskanja Veće ležište Piskanja još uvek je u fazi geoloških istraživanja (pogušćavanjem

mreže istražnih bušotina). Istražni prostor nalazišta borata Piskanja nalazi se u istoč-nom delu Jarandolskog tercijarnog basenu, na desnoj obali Ibra. U morfološkom pogledu to je brdovit predeo, sa apsolutnom visinom od 375 m do preko 850 m. Najveće visine prate zapadni obod basena.


Pоčеtаk istrаživаnjа bоrnih minеrаlа vеzаn је zа 1987. gоdinu, kаdа је prеdu-zеćе Ibаrski rudnici kаmеnоg uglја, Bаlјеvаc bušоtinоm B-127/87 nаbušilо slој bоrnih minеrаlа nа dubini оd 306,70 dо 310,20 m (dеblјinа slоја 3,5 m).

U pеriоdu 1988–1992. gоdinе Ibаrski rudnici su u sаrаdnji sа Gеоzаvоdоm, Bеоgrаd izvоdili gеоlоškа istrаživаnjа nа širеm prоstоru lеžištа оd оkо 50 ha. Nоsiоci is-trаživаnjа bili su Ibаrski rudnici, а istrаžni rаdоvimа finаnsirаni su iz sоpstvеnih srеd-stаvа Ibаrskih rudnikа, srеdstаvа rеpubličkоg fоndа zа gеоlоškа istrаživаnjа i Rеpublič-kоg fоndа zа pоdsticај rаzvоја nеdоvоlјnо rаzviјеnih pоdručја Bеоgrаdа. Rеаlizаciја prо-јеktа оvih istrаživаnjа vršеnа је dо аprilа 1992. gоdinе, kаdа је zbоg finаnsiјskih prоblе-mа izаzvаnih sаnkciјаmа mеđunаrоdnе zајеdnicе prеkinutа.

U pоsmаtrаnоm pеriоdu izbušеnо је 20 bušоtinа ukupnе mеtrаžе 7.056 m. Is-trаžnim bušеnjimа rеgistrоvаnа su dvа bоrоnоsnа slоја (kоlеmаnitа, ulеksitа, prоbоritа i nеštо mаnjе drugih minеrаlа), sа dеblјinоm I-оg slоја оd 0,40–11,60 m (srеdnjе dеblјi-nе 3,40 m) i II-оg slоја оd 0,40–6,40 m (srеdnjе dеblјinе 2,55 m).

Nа оsnоvu pоvršinе istrаžnоg prоstоrа, srеdnjе dеblјinе slојеvа i rаspоrеdа bu-šоtinа оbrаčunаtе su rеzеrvе C1 i C2 kаtеgоriје nа оkо 7.000.000 tоnа sа srеdnjim sаdr-žајеm B2О3 38–40%. Pri оbrаčunu rеzеrvi nisu uzеtа u оbzir јоš dvа rеgistrоvаnа bоrо-nоsnа slоја, а kоnturе lеžištа nisu zаtvоrеnе prеmа јugu i istоku, štо uslоvlјаvа dоdаtnа istrаživаnjа u cilјu kvаlitеtniје intеrprеtаciје strukturе lеžištа.

U pеriоdu 1992–1997. gоdinе niје bilо nikаkvih ulаgаnjа nа istrаživаnju bоrnih minеrаlа nа оvоm lеžištu. Tokom 1997. godine, kada je izbušeno 10 bušotina ukupne metraže 2.736 m. Izbušena je 31 istražna bušotina u ukupnom obimu od 10.192 m. Dubina istražnih bušotina kretala se od 250–450 m, prosečno oko 300 m. Početna mreža istražnih bušotina bila je 800 × 800 m, zatim 400 × 200 m, dok je tokom 1997. godine bušenje izvođeno po mreži 200 × 300 m i 200 × 100 m. Većina bušotina je nabušila dva rudna sloja, na dubinama od 70 m do 400 m. Debljina prvog rudnog sloja (gornjeg), kreće se od 2,8–14 m (prosečno 4,6 m), debljina drugog-dubljeg od 1,5–7,5 m, prosečno 3,3 m. Vertikalno rastojanje između istih iznosi od 80–120 m.

Na osnovu izvršenih istražnih bušenja i ostalih rezultata iz ove faze istraživanja zaključeno je da pravac pružanja rudnih slojeva približno sever-severozapad–jug-jugo-istok, sa padom generalno ka zapadu, gradeći blagu sinformnu strukturu.Srednji sadržaj B2O3 za deo ležišta Piskanja koji je do tada bio istražen je iznosio 36,39%.

U periodu 2006–2009. godine istraživanja bornih minerala su vršena od strane Rio Tinto, Rio Sava ibarski borni minerali. Primenjene su sledeće metode geoloških istra-živanja i istražnih radova: kabinetski i pripremni radovi (istražno bušenje) i geološki ra-dovi, koji su obuhvatili geofizička i laboratorijska ispitivanja.

Tokom istraživanja bornih minerala na lokalitetu Piskanja u periodu 2006– –2009. godine izbušeno je ukupno 14 istražnih bušotina, odnosno 5.968 metara. Istraž-no bušenje je bilo planirano i izvedeno tako da se jednim delom prvo provere podaci i rezultati istražnog bušenja izvršenog u periodu pre 2006. godine. Drugim delom bilo je planirano da se izvrši okonturivanje bušenjem istražnih i strukturno-istražnih bušotina na perifernim delovima nalazišta

Ležište „Piskanja” je lokalizovano u neogenoj sedimentnoj seriji Jarandolskog basena, u čijoj se neposrednoj okolini pojavljuju i veće mase vulkanskih stena andezit-skog, dacitskog i fenodacitskog sastava.

Sedimentna serija basena pokrivena je aluvijalnim tvorevinama i humusom, ta-ko da su na površini terena ove stene uglavnom nedostupne neposrednom opažanju.


Stoga su saznanja o geološkoj građi ležišta dobijena isključivo na osnovu istražnog buše-nja.

Na osnovu rezultata istražnog bušenja, ležište je okontureno sa tri strane: se-verne, zapadne i južne (slika 5). Sa istočne strane ležište je ostalo neokontureno jer su na toj strani sve bušotine bile pozitivne. Konture su izvučene interpolacijom između pozi-tivnih i negativnih bušotina.

Slika 5. Kontura ležišta bornih minerala Piskanja

Kao što se vidi na slici 5, ležište ima približno izometričan oblik. Zahvata po-vršinu od oko 1 km2. To je prostor između Kurićkog potoka, Korlaćkog potoka i reke Ibar.

U sklopu geoloških istraživanja koja je kompanija Rio Tinto izvršila na ovom is-tražnom prostoru su izvršena regionalna geofizička ispitivanja primenom magnetno-telurične metode i geoelektričnih metoda, kao i istražno bušenje sa pretećim geološkim radovima i geofizičkim ispitivanjima (karotažna ispitivanja bušotina).

Analizom rezultata dotadašnjih istraživanja zaključeno je da su oni pozitivni, ali da se zbog relativno malog broja podataka, usled nedostupnosti originalne dokumen-tacije i rezultata istraživanja do 2006. godine, nije moglo pristupiti proračunu rezervi.


Od poznatijih svetskih ležišta borata, ležište Piskanja je po načinu postanka i mineralnoj paragenezi najsličnije turskim ležištima Kirka-Sarikaja u rejonu Kirka u pro-vinciji Eshimehir, kao i ležištima Hizarčik, Kestelek, Sultan-Čair i Bigadič.

Slika 6. Pakovanje i obeležavanje skraćenog jezgra bušotine

U prethodnim istraživanjima nedovoljno pažnje bilo je posvećeno kompleks-nom, tektonskom i strukturnom sklopu basena i tektonskoj kontroli ležišta, kako tokom pretpostavljenih perioda depozicije tako i u postrudnom razdoblju evolucije basena. Ta-kođe može se primetiti da, iako su vršena neka detaljna specijalistička istraživanja, ne-dostaje objedinjavanje ovih podataka i interpretacija geneze ležišta u petrotektonskom smislu.

Obzirom na istraživanu površinu bornih minerala u Piskanji, može se sa sigur-nošću računati da će kada se dostigne stepen istraženosti do B kategorije rezerve izno-siti preko 7.500.000 t vrlo kvalitetnih bornih minerala (kolemanit, uleksit, probertit).

Bušenjem na južnoj periferiji ležišta i nastavljanjem daljih istraživanja u tom pravcu za očekivati je da će se rudno polje povećati na napred navedenu površinu. Nije isključeno da će se u neogenom basenu Baljevac otkriti još neko rudno polje i to u njego-vom severozapadnom delu (leva obala Ibra). Kao potencijalna područja do sada je na osnovu prospekcijskih istraživanja registrovana pojava bornih minerala u selu Raspo-povići, koje se takođe nalazi u postojećem eksploatacionom polju za ugalj.

3. Zaključak Ruda bora u ležištima Pobrđe i Piskanja, Baljevac, Srbija, do sada, jedinstvena

su u ovom delu Evrope. Rovna ruda iz eksploatacije u ležištu Pobrđe, dokazala je svojim kvalitetom mogućnost plasmana u Indiji, Italiji i Nemačkoj. Imajući u vidu utvrđene re-zerve u ležištima i mogućnost primene od preko 102 proizvoda (nama poznatih) u stručnim krugovima morala bi se naći u grupi strateških mineralnih sirovina od nacio-nalnog interesa.

Na osnovu navedenih podataka je ocenjeno da se potencijalne se rezerve borata u ležištu Piskanja procenjuju na preko 7.500.000 tona, sa srednjim sadržajem korisne komponente od oko 36% B2O3 uz konstataciju da imajući u vidu da je strukturno-


tektonski i geološko-mineragenetski položaj ležišta povoljan, tako da postoje povoljni uslovi da se u procesu daljih istraživanja ove rezerve potvrde, a verovatno i prošire.

Obzirom na činjenicu da u postojećem Pravilniku o klasifikaciji i kategorizaciji rezervi čvrstih mineralnih sirovina i vođenju evidencije o njima (Sl. list SFRJ br. 56/79) nisu propisani uslovi istraživanja bornih minerala (vrste istražnih radova, maksimalno dozvoljena rastojanja između istražnih radova, podela ležišta i rudnih tela prema genet-skim tipovima i veličini itd.), kategorizacije i klasifikacije rezervi, to je potrebno najpre rešiti ova pitanja.

Malo iskorišćenje kod ručnog prebira rude iz ležišta Pobrđe ukazuje da se za buduću eksploataciju borata iz ležišta Piskanja moraju pronaći tehničko–tehnološka re-šenja kojima će se iskorišćenje poboljšati. Neka od mogućih rešenja su: magnetska sepa-racija, elektrostatička separacija i dekripitizacija zagrevanjem do 500 °C. Za definisanje optimalnog rešenja potrebno je izvršiti ispitivanja i industrijske probe.

Literatura [1] Erić, V., Ilić, B., Završni elaborat o rezultatima geoloških istraživanja po projektu „Geološka istraži-

vanja bornih minerala Jarandolskog tercijarnog basena“ za period od 01. 09. 2006–21. 07. 2009. god., Geoexplorer, Beograd, 2009.

[2] Aničić, S., Elaborat o rezervama bornih minerala u ležištu Pobrđski potok kod Baljevaca, Geostim, Beograd, 2008.

[3] Stanković, A., Studija o proceni uticaja na životnu sredinu eksploatacije rude bornih minerala u le-žištu Pobrđe, Baljevac, Dekonta, Beograd, 2010.

[4] Atrushkevich, A. V., Oleg, A., Gutić, K., Development of integrated technological systems for ore and coal mining, Archives for Technical Sciences 10 (2014), 1, pp. 47–53.


Vatrostalni i keramički resursi Bosne i Hercegovine Refractory and ceramic resources of Bosnia and

Herzegovina Damir Baraković1, Hamo Isaković2, Amir Baraković2

1JU „Vodovod” Gračanica, Bosna i Hercegovina 2Rudarsko-geološko-građevinski fakultet Univerziteta u Tuzli, Bosna i Hercegovina

Apstrakt Vatrostalne i keramičke resurse Bosne i Hercegovine karakteriše nedovoljan stepen istraženosti i nivo tehnološkog poznavanja. U cjelokupnom potencijalu ovih resursa u značajna su ležišta kaolina, bentonita, keramičkih i ciglarskih glina, dolomita i krečnjaka, te kvarcnih pijeskova, kvarcita, talka i magnezita, čija je valorizacija moguća. Na osnovu dosadašnjeg stepena poznavanja siro-vinskog potencijala i perspektivnosti, može se konstatovati da Bosna i Hercego-vina obiluje različitim ležištima i pojavama prirodnih resursa, razvrstanih u više rudnih rejona u okviru unutrašnjih i središnjih Dinarida. Ležišta i pojave navedenih resursa su u genetskom pogledu vezani za zonu kenozojske neoalp-ske autonomne aktivizacije i za sedimentogenezu u neogenim jezerima i lagu-nama, odnosno za višefazne poligenetske geodinamičke pokrete i procese čija je aktivnost bila najsnažnija u oligomiocenu sa smirivanjem u pliocenu i kvar-taru. Moguća je višestruka primjena vatrostalnih i keramičkih sirovina u procesnoj industriji u obliku rovne ili oplemenjene rude, čiji se sastav podešava različitim recepturama i zahtjevima industrije. Kvalitet i primjena ovih sirovina u razli-čitim industrijskim granama određeni su hemijskim i mineraloškim sastavom materijala, te parametrima tehnološke homogenosti u finalnom proizvodu. Glavni kvalitativni parametri navedenih vatrostalnih i keramičkih materijala u Bosni i hercegovini, predstavljeni su u ovom radu. Ključne riječi: kaolin, bentonit, gline, dolomiti, krečnjaci, kvarcni pijeskovi,

talk, magnezit Abstract

Refractory and ceramic resources of Bosnia and Herzegovina are character-ized by insufficient degree of exploration and the level of technological know-ledge. The overall potential of these resources is made of significant deposits of kaolin, bentonite, ceramic and brick clay, dolomite and limestone and quartz sand, quartzite, talc and magnesite, which evaluation is possible. Based on the current level of knowledge of raw material and perspectives, it can be conclud-ed that Bosnia and Herzegovina is abundant in various deposits and occur-rences of natural resources, classified in more ore regions within the inner and central Dinarides. Deposits and occurrences of the listed resources in genetic terms are related to the zone of Cenozoic Neo-Alpine autonomous activating and sediment-genesis in the Neogene lakes and lagoons, or to multiphase poly-genetic geodynamic movements and processes whose activity were strongest in the Miocene and Pliocene and calmed in the Quaternary. Multiple applications of refractory and ceramic raw materials in the process industry as crude or refined ore, whose composition is adjusted to different rec-ipes and demands of the industry, are possible. The quality and use of these materials in various industries are determined by chemical and mineralogical composition of the material and parameters of technological homogeneity in the final products. The main qualitative parameters of the listed refractory and ceramic raw materials in Bosnia and Herzegovina are presented in this paper. Key words: kaoline, bentonite, clay, dolomite, limestone, quartz sand, talc,

magnesite


1. Uvod Nemetalični resursi su jedno od najznačajnijih prirodnih bogastava. Bosna i

Hercegovina zahvata dio spoljašnjih (miogeosinklinalnih) Dinarida, znatan dio central-nog grebena koji razdvaja spoljašnje i unutrašnje (eugeosinklinalne) Dinaride i znatan dio unutrašnjih Dinarida (slika 1). U tim područjima pri specifičnim geološkim (geotek-tonskim, geomagmatskim i sedimentološkim) uslovima nastale su različite asocijacije nemetaličnih sirovina, uključujući vatrostalne i keramičke resurse [1].

Slika1. Geotektonska skica Dinarida Bosne i Hercegovine

2. Geneza

Spoljašnji Dinaridi su izgrađeni od mezozojskih i tercijarnih sedimenata, karbo-natnih tvorevina sa manjim učešćem submarinskih vulkanita i nekarbonatnih sediment-nih stijena. U ovoj geološkoj sredini nastali su krečnjaci, dolomit, gips, bijeli boksiti, sili-cijski sedimenti (nemetali nastali pri egzogenim procesima u plitkovodnoj do sred-njedubokoj marinskoj sredini ili na kopnu). Središnji Dinaridi, „Bosanske škriljave planine” i zona područja prema Sandžaku i Crnoj Gori, karakterišu se paleozojskim i tri-jaskim metamorfitima sa utisnutim granitoidima i bazičnim dioritskim eruptivima. U ovoj zoni Dinarida dominiraju ležišta nemetala nastalih endogenim hidrotermalnim pro-cesima: barita, kvarcita, fluorita te ležišta egzogenih metamorfita kao što su grafiti i pirofiliti. Unutrašnji Diniradi u genetskom smislu su najkompleksniji i njihovi nemetali najraznovrsniji [2]. Po ovom autoru u zoni trijaskih vulkanita i mezozojskih klastičnih


sedimenata dominiraju bariti i silicijski sedimenti. U serpentinskoj zoni preovladavaju peridotitsko-serpentinske stijene, amfiboliti, jurski vulkaniti i vulkanogeno sedimentna formacija, a u okviru ove zone zastupljena su nemetalna ležišta magnezita, hrizotil azbesta, granata, korunda, olivinita, hromita i silicijski sedimenti. U zoni paleozojskih stijena sjeverne Bosne dominira prisustvo kvarcita, grafitnih i krovnih škriljaca te grani-toida (Motajica, Prosara), i feldspata, liskuna, berila i kaolina. U tercijarnim potolinama unutrašnjih Dinarida zastupljeni su tufovi-talkiti, bentoniti, kaolini, keramičke i vatro-stalne gline, kvarcni pijeskovi, mineralni pigmenti, te kamena so u neogenim depresi-jama SI Bosne. Sve te nemetalične sirovine formirane su pri endogenim i egzogenim neo-genim i kvartarnim procesima.

Navedeni nemetali su vezani za neogene i kvartarne geodinamičke procese, tj. za sedimentogenezu u neogenim jezerima, morima i lagunama ili za postmagmatsku aktivnost neogenog vulkanizma. Na teritoriji BiH u gornjem oligocenu nastupa faza kon-tinentalnih depresija vezanih za intenzivne tektonske pokrete, u kojima dolazi do stvara-nja debelih serija slatkovodnih sedimenata. Nastanak slojeva tufova, tzv. talkita je veza-no za sedimentaciju vulkanskog pepela u slatkovodnim basenima. Geneza nalazišta ben-tonita koja su grupisana u više rejona (Bosansko Novski, Jajački, Tešanjski i Gračanički) mogu se vezati za piroklastične procese. Ležišta kaolina u BiH su locirana u području Motajice, Bratunca i Sočkovca. Ležišta Bratunca (Smoljani, Zagon, Borik) pripadaju pri-marnim ležištima kaolina nastalih hidrotermalnom izmjenom feldspatskih stijena. Ovu kaolinizaciju treba posmatrati kao specifičan stadij propilitizacije. Kaolinizacija granite Motajice je izvršena za vrijeme transgresije tercijarnog mora u zaostalim baruštinama, dok M. Ramović [3], genezu kaolina Motajice veže za složene procese hidrotermalnih aktivnosti. Geneza kaolina u području Sočkovca je posljedica složenih geodinamičkih procesa vezanih za hidrotermalnu aktivnost.

U neogenu dolazi do deponovanja značajnih ležišta vatrostalnih i keramičkih glina te kvarcnih pijeskova. Keramičke i vatrostalne gline čine mineralne agregate kaoli-nita, ilita i montmorilonita. To su sedimentna alohtona ležišta grupisana u sarajevsko-zeničkom, prijedorskom, banjalučkom, sprečanskom i kamengradskom tercijarnom ba-senu. Ležišta kvarcnih pijeskova u BiH se prema genezi mogu izdvojiti u 3 grupe i to: marinski tip ležišta, kome pripadaju pijeskovi nastali u priobalskim dijelovima i zalivima pliocenskog panonskog mora, a čine ih slojevita ležišta debljine do 100 m u području sjeverne Bosne, (prijedorski i tuzlanski basen i područje Doboj – Modriča), aluvijalno-jezerski tip ležišta vezan za slatkovodne basene (sarajevsko-zenički i kamengradski) u kojima dominiraju kvarcne psamitske čestice, te rezidualni tip ležišta čija geneza je vezana za specifična razaranja eocenskih kvarcnih pješčara na prostoru Zvornik – Koz-luk (ležište Bijela stijena).

3. Potencijal

Prikaz potencijala dijela sirovinske baze vodećih nemetaličnih sirovina u Bosni i Hercegovini, uključujući vatrostalne i keramičke resurse u funkciji prognoznih para-metara njihovog korištenja u perspektivi na bazi raspoloživih podataka, dat je u tabeli 1 [4].


Tabela 1. Potencijal sirovinske baze nemetala – vatrostalnih i keramičkih resursa BiH, procjena

Nemetalične sirovine Vrijeme eksploatacije

Bentonit (107–108 t/II/M)1

Neograničeno

Gline ciglarske (109 t/I-II/M)

Gline keramičke i vatrostalne (107–108 t/II-III/N)

Kaolin (107–108 t/II-III/M)

Kvarcni pijesak (108–109 t/III/M)

Cementne sirovine (109 t/I-II/M)

Gips (108–109 t/II-III/M)

Pirofilit (107–108 t/II-III/M)

Azbest hrizotilni (108–109 t/III/N)

Relativno veliko Mineralni pigmenti (106–107 t/II-III/N)

Dolomit (109 t/I-II)M)

Ba Barit (106–107 t/III/N) 50–100 godina

Boksit bijeli (106–107 t/III/N) 50 godina

Magnezit (106–107 t/III/N); ležište Mušići (3⋅106 t/III/ N) i Žarkovac (4,5⋅106 t/III/N)

Znatno

Talkiti, ležišta Petrovo ( Mušići, Žarkovac) 1Geološke rezerve i kvalitet korisne supstance: I – vrhunski, II – dobar, III – prihvatljiv Stepen poznavanja sirovinske baze: M – dovoljan, N – neadekvatan potrebama

4. Zaključak Izvedena je procjena potencijala sirovinske baze nemetala, vatrostalnih i

keramičkih resursa Bosne i Hercegovine. Potencijali sirovinske baze hrizotilnog azbesta, barita, dolomita, magnezita, bentonita, kaolina, glina, kvarcnog pijeska, pirofilita, kamene soli i talkita su relativno veliki. Općenito, za sva ležišta je karakterističan neza-dovoljavajući stepen istraženosti i primjene, a po intenzitetu korišćenja su daleko ispod objektivne mogućnosti i plasmana u široj regiji.

Navedena sirovinska baza je svakako preduslov za budući razvoj rudarstva i industrije nemetala, tim prije što grane nemetala i građevinskog materijala u odnosu na druge industrijske grane imaju u našim prilikama niz komparativnih prednosti (osla-njanje na domaće sirovine, masovno zapošljavanje, pretežna lokacija u nerazvijenim područjima, ostvarivanje deviznog priliva i supstituciju uvoza). Literatura [1] Baraković, D., Katanić, P. C., Tomić, R., Baraković, A., Keramičke i vatrostalne sirovine Bosne i

Hercegovine, Vatrostalstvo danas i sutra, monografija, str. 81–89, Savez inženjera metalurgije Srbije, Beograd, 2013.

[2] Karamata, S., Mineralne sirovine Bosne i Hercegovine, str. 233 Geoinženjering-Sarajevo, Sarajevo, 1976.

[3] Ramović, M., Kaolin područja Motajice, Mineralne sirovine Bosne i Hercegovine, Ležišta nemetala, str 419-426, Sarajevo, 1976.

[4] Varićak, D., Mineralni pigmenti i Zaključak, Mineralne sirovine Bosne i Hercegovine, Ležišta nemetala, str. 440–442, Sarajevo, 1976.


Keramičke i vatrostalne sirovine Bosne i Hercegovine Ceramic and refractory resources of Bosnia and

Herzegovina Damir Baraković1, Petar C. Katanić2, Rajko Tomić3, Amir Baraković4

1Granex d.o.o., Gračanica, Bosna i Hercegovina 2Sočkovac a.d., Sočkovac, Bosna i Hercegovina

3RITE Ugljevik a.d., Bosna i Hercegovina 4Rudarsko-geološko-građevinski fakultet, Univerzitet u Tuzli, Bosna i Hercegovina

Apstrakt

Mineralne sirovine kao prirodni resursi, čine okosnicu razvoja nacionalne eko-nomije svake zemlje, a njihovu valorizaciju treba svrstati u strateške planove razvoja. Keramička, vatrostalna, i srodne industrijske grane privrede su danas nezamislive bez adekvatnog snabdijevanja sirovinama, analize sirovinske baze, njihove pripreme i prerade, tehnologije oplemenjivanja i moguće primjene i valorizacije. Reaktiviranje i razvoj keramičke, vatrostalne i opekarske industrije u Bosni i Hercegovini i regionu je ovisan od sirovinske baze kaolina i keramičkih glina, posebno onih sa niskim sadržajem željeza, koje u osnovi sadrže mineral kaoli-nit i koje nakon termičkog tretmana zadržavaju bijelu boju, i bez odgo-varaju-ćih njihovih prerađivačkih kapaciteta. Osnovni cilj ovog rada je prikaz mogućnosti dobijanja oplemenjenog kaolina iz ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini i njegova šira industrijska va-lorizacija. Ključne riječi: kaolinski koncentrati, kaolini, feldspati, liskuni, kvarc,

desilikacija

Abstract

Mineral resources as natural resources are the backbone of the development of the national economy of each country, and their assessment should be included in the strategic development plans. Ceramics, refractory, industrial and related industries are unthinkable today without an adequate supply of raw materials, the analysis of raw materials, their preparation and processing technology, processing evaluation and possible implementation. Reactivation and development of ceramic, refractory and brick industry in Bosnia and Herzegovina and the region is dependent on the raw material and ceramic base kaolin clay, especially those with low iron content, that basically contain mineral kaolinite and heat treated retain the white color, and from their processing capacities. The main objective of this work is to show the possibility of obtaining enriched kaolin from deposits in Bosnia and Hercegovina of its wider industrial valo-rization. Key words: kaolin concentrates, kaolin, feldspast, liskuns, quarz, desilication

1. Kaolinske sirovine u Bosni i Hercegovini

Najznačajnija ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini su locirana u ne-koliko rudnih rejona, i to: u rudnom rejonu Motajice, ležišta ,,Grebski i Kameni potok“, ,,Đidovi“ i „Filipovića Kosa“ kod Bosanskog Kobaša na planini Motajici, zatim u rudnom rejonu Srebrenica-Bratunac u ležištima „Smoljave-Zagoni“, „Tegare“, „Borići“ kao i


nekoliko lokaliteta sa pojavama kaolinita kao što su „Bjelavac“, „Sikirići“, „Vukosavlje-vići“, „Crni Guber“ i „Jadar“ kod Srebrenice i Bratunca i u rudnom rejonu Sočkovac, ležište „Sočkovac“ kod Gračanice (slika1).

Slika 1. Pozicija rudnih rejona sa ležištima i pojavama kaolina u Bosni i Hercegovini R 1:1.000.000 [1]

2. Postanak ležišta i pojava kaolinskih sirovina u BiH

Postanak kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini je vezan za dio zone neo-alpske (kenozojske) autonomne aktivizacije, odnosno za neogene i kvartarne endogene pokrete i egzogene procese tj. za postmagmatsku aktivnost višefaznog neogenog vulka-nizma čija je aktivnost bila najsnažnija u oligomiocenu, sa smirivanjem u pliocenu i pre-stankom u kvartaru, i za sedimentogenezu u neogenim jezerima i lagunama. Kaolinske sirovine su produkt hidrotermalne dezintegracije i desilifikacije, odnosno fizičko-hemij-skog raspadanja (kaolinizacije) različitih magmatskih stijena koje u svom sastavu sadrže feldspate i liskune: granita (Motajica), dacita i andezita (Srebrenica-Bratunac) ili ultra-bazita (Sočkovac), dok je mineral kaolinit nastao razlaganjem alumosilikata iz pomenu-tih stijena ili taloženjem iz rastvora, pri čemu se razlikuju primarni i sekundarni kaolini:

a) Rezidualna (primarna) ležišta kaolina u rudnom rejonu Motajice su vezana za koru raspadanja granitskog masiva, imaju složenu (kompleksnu) genezu, koja se od-vijala u više faza i sa različitim stepenim kaolinizacije,

b) Hidrotermalna ležišta kaolina rudnog rejona „Srebrenica-Bratunac“, pret-stavljaju primarna (reliktna-„in-situ“) ležišta kaolina nastala hidrotermalnom izmjenom magmatskih dacito-andezitskih stijena,

c) Ležišta kaolina rudnog rejona Sočkovac kod Gračanice su genetski vezana za tercijarne hidrotermalne procese transformacije Ozrenskih ultrabazita (serpentinita i peridotita) i hlorit-filitične škriljce. Primarne stijene su transformisane u masne i polu-masne, bijele i svijetlosive kaolinske gline sa znatnim stepenom kaolinizacije.


Kao prirodnim resursima, u svim ležištima kaolinskih sirovina u Bosni i Herce-govini, stepen kaolinizacije je relativno nizak, a procesi desilifikacije i hidratacije feld-spata nisu u potpunosti završeni. Imajući u vidu složene procese postanka ležišta kaolina u Bosni i Hercegovini, njihov kompleksan litološki sastav, odnos korisnih i štetnih kom-ponenti, postojeće proizvodne i prerađivačke kapacitete, nužno je imati kompleksan pri-stup njihovog istraživanja, prerade, oplemenjivanja i upotrebe, pri čemu bi se pored kao-linita, kao najkvalitetnijeg minerala kaolinitskih sirovina, koristili i feldspati, kvarc i lis-kuni, ukoliko se dovedu do primjenjivog stepena čistoće.

3. Moguća primjena u odnosu na kvalitativne parametre Kaolini se u industriji upotrebljavaju kao prirodna sirovina (rovna ruda) i kao

oplemenjeni (komercijalni), čiji se sastav podešava zahtjevima industrije koji se ogledaju u čistoći, homogenosti sastava, širini intervala pečenja, vatrostalnosti, bjelini proizvoda, granulometrijskom sastavu, mehaničkim primjesama i dr. Kvalitet i primjenu ovih siro-vina u različitim granama industrije, određuje hemijski i mineraloški sastav prirodne ka-olinske sirovine u ležištima, što je prikazano u tabeli 1.

Tabela 1. Prosječan hemijski sastav prirodnih kaolinskih sirovina po rudnim rejonima [1, 4, 6]

Hemijski sastav [%]

Motajica Srebrenica-Bratunac Sočkovac

Đidovi Grebenski potok SIVA BIJELA

SiO2 50,56 48,18 65,86 67,56 84,46

Al2O3 33,71 36,88 18,68 18,50 9,20

Fe2O3 1,14 1,16 3,97 4,18 1,10

MgO 0,20 0,26 0,24 1,44 0,96

CaO 0,90 0,47 – 0,61 0,24

TiO2 – – 0,97 – –

K2O 3,01 0,83 4,88 – –

Na2O 0,95 0,10 0,50 – –

Vlaga 105 °C – – – O,25 0,32

SO3 – – 0,10 0,51 0,41

G. Ž. 11,20 11,79 5,20 4,54 2,23 Prirodni kaolini, prikazani u tabeli 1. imaju veoma kompleksan sastav, nizak

sadržaj Al2O3 i relativno visok sadržaj Fe2O3, što bez oplemenjavanja limitira njihovu primjenu u širem spektru.

3.1. Kvalitativni parametri oplemenjenih kaolinskih koncentrata Oplemenjeni kaolini imaju širu primjenu i veliku potražnju, pa bi dalja istraži-

vanja trebalo usmjeriti na tehnologiju njihovog oplemenjivanja, separisanja i izdvajanja iz rovne rude u hidroseparatorima. Tretitanjem kompozitnih uzoraka kaolinskih siro-vina iz ležišta rudnih rejona Motajice, Srebrenice-Bratunca i Sočkovca u više relevantnih


institucija, dobijeni su oplemenjeni kaolini, sa frakcijama ispod 15 mikrona, čije su kva-litativne karakteristike prikazane u tabeli 2.

Tabela 2. Prosječan hemijski sastav oplemenjenih kaolina po rudnim reonima [1, 4, 6, 8]

HEMIJSKI SASTAV [%]

MOTAJICA 0–15 µm

ĐIDOVI 0–05 µm

SREBRENICA-BRATUNAC, SMOLJAVE 0–10 µm

SOČKOVAC 0–10 µm

SiO2 50,25 48,78 48,36 55,35 Al2O3 31,47 36,11 35,21 28,93 Fe2O3 0,93 0,89 0,70 2,25 MgO 0,20 1,04 0,70 1,38 CaO 0,60 1,06 0,95 2,79 TiO2 – – 0,58 – K2O 1,76 0,37 0,01 0,29

Na2O 3,58 0,72 0,20 0,27 G. Ž. 11,56 14,32 10,53 6,43

Koncentrat oplemenjenog kaolina iz ležišta rudnog rejona Motajice, sa poten-

cijalnim rezervama preko 100 miliona tona, se može koristititi u proizvodnji fine kera-mike. Nakon tretmana oplemenjivanja iz rovne mase se dobijaju četiri proizvoda (kaolin, feldspat, liskun i kvarc) i jalovina. Koncentrat kaolina iz ležiišta Motajičkog masiva, pos-lije visoko gradijentne magnetne seperacije koja je rađena kako na sirovom tako i na pe-čenom uzorku (1250 °C), ima slijedeće karakteristike prikazane u tabeli 3.

Tabela 3. Hemijski sastav kaolinskog koncentrata Motajice nakon tretmana magnetne separacije

Komp. [%]

SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O K2O G. Ž. Ʃ

Sirovo 51,32 32,19 1,62 0,16 0,50 0,34 1,49 2,16 10,15 99,93

Pečeno 57,12 35,83 1,80 0,18 0,56 0,38 1,66 2,40 – 99,93

Racionalni mineralni sastav motajičkog kaolinskog koncentrata nakon mag-

netne separacije, dobijen računski iz hemijske analize je: Na –feldspat = 14,04%; K – feldspat = 14,18%; kaolinit = 66,45%; kvarc = 2,34% ; ostale primjese = 2,92%; Ukupno: 99,93%.

Osnovni tehnološki parametri za obradu Motajičkog kaolinskog koncentrata, nakon magnetnog tretmana su: pH 10 % suspenzije = 7,8; voda za obradu = 41,45%; skupljanje sušenjem = 4,60%; skupljanje pečenjem na 1250 °C = 7,85%; čvrstoća na lom u sirovom stanju = 101,00 N/cm2; upijanje vode poslije pečenja na 1250 °C = 8,49%.

Koncentrat Motajičkog kaolina dobijen oplemenjivanjem kaolinisanog granita, sadrži smjesu kalijskog i natrijskog feldspata, zbog čega imaju nižu temperaturu sinte-rovanja, a prema sadržaju kaolinita u frakciji ispod 10 mikrona, predstavlja, u odnosu na ostale, kvalitetnu sirovinu za finu keramiku i keramičku industriju, mada je krupnozrniji od ostalih zbog čega ima manju čvrstoću, te ga je bolje koristiti u kombinaciji sa kaolini-ma sitnijih zrna.


Koncentrati oplemenjenih i izdvojenih kaolina iz rovne rude u hidroseparato-rima u ležištima: kaoliniziranih dacita „Smoljave“ iz rudnog rejona Srebrenica-Bratunac, sa potencijalnim rezervama preko 5 miliona tona i kaolinskih glina ležišta „Sočkovac“ kod Gračanice iz rudnog rejona Sočkovac, sa potencijalnim rezervama preko 6,2 milion tona, nakon laboratorijskih tretmana imaju slijedeće kvalitativne odlike, koje su upo-redno prikazane u tabelama 2, 4 i 5.

Tabela 4. Granulometrijski sastav oplemenjenih koncentrata kaolina u hidroseparatorima, iz kaoliniziranih dacita ležišta „Smoljave“ i kaolinskih glina „Sočkovac“ [1]

Frakcija +2,00 +1,00 +0,20 +0,10 +0,063 +0,010 –0,010

Smoljane, [%] 16,60 11,00 30,00 6,50 3,66 8,60 23,50

Sočkovac, [%] 0,65 0,73 11,09 16,71 6,71 23,82 40,04

Iz granulometrijskog sastava (tabela 4), uočava se da koncentrati kaolina iz

prikazanih ležišta imaju različiti količinski sadržaj istih frakcija, što je svakako posljedica različitog stepena kaolinizacije ishodišnog materijala, odnosno različitog sastava kaolini-sanih stijena i to u prvom slučaju sanidinskog dacita, a u drugom sericitno-filitičnih škriljaca. Učešće frakcije ispod 10 mikrona (0,010 mm), kod oplemenjenih kaolina iz ležišta „Sočkovac“ je mnogo veće od kaolina iz ležita „Smoljave“, tako da je procenat is-korištenja rovne mase kod kaolina „Sočkovac“ 40,04%, dok je kod ležišta „Smoljave“ 23,50%.

Hemijski sastav kaolinisanih koncentrata frakcije ispod 10 mikrona je dat u tabeli 2, iz koje se uočava da je sadržaj Al2O3, kod kaolinitskog koncentrata iz ležišta „Smoljave“ veći u odnosu na ležišta iz drugih rudnih rejona, ali i manji sadržaj SiO2, što mu u odnosi na tehnološke parametre daje i povećan kvalitet i širi spektar upotrebe.

Racionalni sastav oplemenjenog koncentrata kaolina frakcije ispod 10 mikrona kod ležišta „Smoljave“, dobijen je računski iz hemijskih analiza, i iznosi: kaolinit = 72,30%; sanidin = 12,00%; kvarc =10,20%; ostale primjese = 5,50%; Ukupno= 100,00%.

Osnovni tehnološki parametri oplemenjenih kaolinisanih koncentrata, dobije-nih razmuljivanjem sa deflokulantima, hidrociklonskom koncentracijom i izbjeljivanjem frakcije ispod 10 mikrona (0,010 mm), iz ležišta kaolinisanih dacita „Smoljave“ iz rudnog rejona Srebrenica-Bratunac i ležišta kaolina „Sočkovac“, nakon sprovedenih poluindus-trijskih i laboratorijskih tretmana, daju se uporedo u tabeli 5.

Tabela 5. Tehnološki parametri, kaolinisanih koncentrata iz ležišta „Smoljave“ i „Sočkovac“, frakcije ispod 10 mikrona [1]

Tehnološki parametri Smoljave Sočkovac pH 7,2 7,0

Voda za obradu 23,25% 25,7%

Skupljanje na 105 oC 5,50 1,00%

Skupljanje na 1250 oC 8,95 8,77%

Čvrstoća na lom u sirovom stanju (40 °C) – 44,00 N/cm2

Boja pečenja na 1250 oC Bijelo-siva Bijelo-siva

Upijanje vode poslije pečenja na 1250 °C – 2,5%


3.2. Analiza rezultata kvalitativnih parametara kaolinisanih koncentrata

Oplemenjeni kaolinisani koncentrati iz ležišta rudnih rejona Bosne i Hercego-vine se odlikuju povećanim sadržajem Al2O3, nižim sadržajem Fe2O3 i smanjenim sadr-žajem štetnih komponenti (drugih oksida), u odnosu na njihov sirovinski sastav. Kao takvi, mogu naći primjenu, po svim kriterijumima i zahtjevima keramičke, vatrostalne i drugih grana industrije, (proizvodnja fine keramike, uz dodatni tretman i porculana, sanitarija, dekorativne keramike, elektroporculana, punioca). Pa i pored toga postoje i određeni nedostaci u kvalitetu oplemenjenih kaolinisanih koncentrata iz ležišta Bosne i Hercegovine, kao što su:

i) Sadržaj Fe2O3 u kaolinskim koncentratima iz ležišta „Motajice“ i „Sočkovca“ je veći nego što zahtijeva industrija fine keramike, pa je nužno njihovo dalje prečišćavanje i to tretiranjem na visokogradijentnom mokro-magnetskom separatoru visokog intenzi-teta, pri magnetnoj indukciji od 1,4 T, gdje se sadržaj jedinjenja gvožđa i titana može smanjiti do zadovoljavajuće granice. Sadržaj Fe2O3 kog kaolinskog koncentrata iz ležišta „Smoljave“ odgovara zahtjevima za primjenu u industriji fine keramike.

ii) Sadržaj minerala kaolinita varira od 66,45% kod kaolinskog koncentrata „Motajice“ do 72,30% kod kaolinskog koncentrata „Smoljave“, dok razliku do 100% sas-tava, čine feldspati (natrijski i kalijski), sanidin i kvarc u frakcijama ispod 10 mikrona. Daljim prečišćavanjima selektivnom flokulacijom ovi kaolini bi se mogli dovesti do višeg kvaliteta, mada nije nužno, obzirom da sve komponente (kaolin, feldspat, sanidin i kvarc) čine sastav potrebne mase za finu keramiku i elektroporculan.

iii) Oplemenjeni kaolinski koncentrati iz ležišta kaolinisanih granita rudnog rejona „Motajice“, frakcije ispod 10 mikrona, sadrže pored dominatnog kaolinita i smje-su kalijskog i natrijskog feldspata, oplemenjeni kaolinski koncentrati iz ležišta kaolinisa-nih sanidinskih dacita i andezita rudnog rejona „Srebrenica-Bratunac“, pored izrazito dominatnog kaolina sadrže primjese minerala sanidina i kvarca, dok oplemenjeni kon-centrat kaolinisanih sericitsko-filitičnih škriljaca iz rudnog rejona „Sočkovac“ pored kao-linita imaju u odnosu na druge, povećani sadržak kvarca, zbog čega ovi kaolinski koncen-trati imaju nižu temperaturu sinterovanja.

Imajući u vidu nevedene nedostatke u kvalitativnim karakteristikama opleme-njenih kaolinskih koncentrata iz ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini, nakon rezultata sprovedenih industrijskih i poluindustrijskih ispitivanja, je potvrđeno da se isti mogu koristiti kao kompoziti za porculansku masu, masu za sanitarnu keramiku koja bi se pekla na 1280 oC, kao i za širi spektar primjene u keramičkoj i vatrostalnoj industriji u različitim recepturama.

4. Zaključak U Bosni i Hercegovini se nalaze brojna ležišta i pojave kaolinskih sirovina loci-

ranih u nekoliko rudnih rejona koji pripadaju dijelu zone autonomne neoalpske (keno-zojske) aktivizacije, u kojima proces kaolinizacije nije u potpunosti završen, sa geološ-kim rezervama od više milona tona, pri čemu je u svrhu šireg spektra valorizacije, nužno vršiti njihovo oplemenjavanje i prečišćavanje, do frakcija ispod 10 mikrona.

Kvalitativne karakteristike oplemenjenih kaolinskih koncentrata iz ležišta kao-linskih sirovina u Bosni i Hercegovini, u sitnozrnim frakcijama imaju povećan sadržaj minerala kaolinita i niži sadržaj jedinjenja gvožđa i drugih štetnih komponenti, nakon termičkog tretmana zadržavaju bijelu boju, pri čemu zadovoljavaju osnovne zahtjeve i


kriterijume koji determinišu oblast primjenjivosti i kao osnovna masa mogu imati širi spektar primjene u mnogim granama industrije.

Literatura [1] Baraković, A., Geologija ležišta keramičkih glina Bosne i Hercegovine, str. 174, Rudarsko-

geografsko-građevinski fakultet univerziteta u Tuzli, Tuzla, 2004. [2] Baraković, A., Geološke i kvalitativno-kvantitativne karakteristike kaolinskih sirovina Bosne i Her-

cegovine sa definisanjem parametara njihove primjenjivosti u keramičkoj industriji, Doktorska disertacija, str. 119, Rudarsko-geografsko-građevinski fakultet Univerziteta u Tuzli, Tuzla, 1996.

[3] Engeltaler, K., Tomašević, M., Gajić, M., Đuričić, M., Dobijanje kaolina iz domaćih sirovina i njihove osobine, IV simpozijum keramičara Jugoslavije, Keramikaunion, str. 86–102, Kupari, 1983.

[4] Knežević, V., Mogućnost obezbjeđenja proizvodnih kapaciteta fabrike keramičkih pločica u Bra-tuncu vlastitim sirovinama, Zbornik radova sa Savjetovanja o problematici nemetala, Savez inže-njera i tehničara rudarske, geološke i metalurške struke, str. 95–110, „Soda so“ hemijski kombinat Tuzla, Tuzla, 1976.

[5] Varićak, D., Petrološka studija motajičkog granitskog masiva, Geološki glasnik, Knjiga IX, str. 170, Geološki zavod Sarajevo, Sarajevo, 1966.

[6] Ramović, M., Kaolin područja Motajice, Mineralne sirovine Bosne i Hercegovine, Ležišta nemetala, str. 419–426, Sarajevo, 1976.

[7] Ilić, S., Motajički kaolin, Glasnik hemijskog društva NRBiH, str. 7, Sarajevo, 1953. [8] ***, Izvještaj poluindustrijskih tehnoloških ispitivanja bijele keramičke gline „Sočkovac“ kod Gra-

čanice, Institut za tehnologiju nukleranih i drugih mineralnih sirovina, Beograd, 1990. [9] Kubat, I., Mineralne sirovine Istočne Bosne, Magistarski rad, str. 18, Geološki glasnik, Sarajevo,

1976. [10] Trubelja, F. Kaolinizirani sanidinski dacit u blizini Bratunca (okolina Srebrenice) u Bosni, VII

savjetovanje geologa Jugoslavije, Zagreb, 1972.


VATROSTALSTVO


Vatrostalstvo u cementnoj industriji Refractory in cement industry

Goran Lazić

Lafarge, Beočin, Srbija

Apstrakt

Koncept vatrostalstva u svom izvornom smislu, kao vatrostalstva u industriji, je veoma širok pojam. Shodno tome, svaki segment u okviru globalnog značenja toga pojma ima svoje sličnosti i posebnosti. Zajednički imenitelj u svakom as-pektu u vatrostalstvu je potreba da se zaštite procesni agregati od visoke tem-perature i abrazivnog i korozivnog dejstva reaktanta. Termohemijski procesi između reaktanta i reaktanta i tehnološkog goriva i vatrostalnog materijala, iako su vrlo slični, pokazuju ipak najčešće bitne razlike, u manjem ili većem obimu. Međusobna sličnost daje prostor da obezbedi univerzalnost, i na taj način po-jednostavi rad sa svim očekivanim prednostima. Međusobne razlike daju pros-tor kreativnosti, naučnom istraživanju, učenju i usavršavanju, kako u tehničko--tehnološkom smislu, tako i sa stanovišta sigurnost u poslu. Specifičan pregled vatrostalstva u industriji cementa dat je u ovom radu.

Ključne reči: vatrostalstvo, vatrostalni materijali, cementna industrija, rotaciona peć

Abstract

The concept of refractory in its original sense, as well as refractory in the industry, is very broad term. Consequently, each segment within the global notion has its own similarities and particularities. The common denominator in every aspect of refractory is the need of opposition to high temperature, abrasive reactants, thermochemical processes between reactants and also between the reactants, technological fuel and refractory material etc. Number of similarities is long. Of course, there are differences. Some of them are outstanding, some are small-scale. Mutual similarities give the space to provide universality, and thus simplify the work with all its benefits. Mutual differences give the space to creativity, scientific research, learning and improvement, both in technical and technological terms, and of course, to the safety of work. A specific review of refractory in cement industry will be given in this work.

Key words: refractory, refractory materials, concrete industry, rotary kiln

1. Vatrostalstvo

Vatrostalstvo i vatrostalni materijali zastupljeni su u mnogim granama indus-trije. Pored toga, vatrostalstvo je prisutno i na različite načine zadire u mnoge segmente čovekovog okruženja, delatnosti i interesovanja (slika1).


Slika 1. Vatrostalstvo i njegova veza sa drugim granama delatnosti

Ono je pokretač mnogih aktivnosti, koje se odvijaju u dobro definisanom sledu,

upućujući na neophodnost saradnje i povezivanja na prvi pogled potpuno različitih ob-lasti delovanja. U svakom slučaju, svaki kontakt sa bilo kojim oblikom vatrostalstva po-činje određenom potrebom, iskustvom i znanjem, a završava sa potrebom za unapre-đenjem toga iskustva i znanja.

1.1. Uloga vatrostalnih materijala

Izvorna uloga vatrostalnih materijala, bilo da se radi o širokom okruženju i uop-štenim potrebama, ili o industrijskim uslovima njegove primene, vezana je za obezbe-đenje uslova za optimalno vođenje različitih tehnoloških procesa i zaštiti okoline od ne-posrednog delovanja na nju toplotne energije, koja se oslobađa unutar samih agregata, uz povećanje efikasnosti njenog iskorištenja. Ništa manje važna uloga vatrostalnog ma-terijala jeste da opremu, odnosno postrojenje sačuva od mogućih oštećenja.

1.2. Definicija vatrostalnih materijala

Pojam vatrostalnih materijala obuhvata nemetalne (keramičke) materijale koji u dodiru sa otvorenim plamenom ili visokom količinom toplotne energije zadržavaju stabilnu fizičko-hemijsku strukturu, čak i pri temperaturama jednakim ili višim od 1500 °C.

Uopšteno, u oblasti vatrostalstva prisutna su tri glavna segmeta deletnosti: i) proizvodnja (industrijska); ii) drugi vidovi primene materijala (industrijska); te iii) vatrostalna gradnja (zamena) (slika 2). Kao što se iz šeme, pokazane na slici 2, može


zaključiti, postoji veliki broj činilaca koji utiču na ponašanje vatrostalnog materijala i efekat njegove primene u konkretnim uslovima.

Slika 2. Delatnosti u vatrostalstvu sa konkretnim operativnim zadacima

Uspešan prilaz vatrostalstvu podrazumeva saradnju na svakom ni-vou odlučivanja u procesu proizvodnje i primene, kroz timski multidisciplinarni pristup. U takvom pristupu „Rosov“ ima funkciju medijuma koji omogućava da se učvrste postojeće i ostvari nove veze između različitih i srodnih oblasti, kao što to pokazuje šema na slici 3.

Savremena šema obuhvatila bi i kreativni i inovativni pristup vatro-stalstvu obogaćen kroz primenu nano-tehnologija u vatrostalstvu, kao što je pokazano novim konceptom prvi put primenjenim na Okruglom stolu, kroz koji su povezani vatrostalstvo, procesna industrija i nanotehnologije, kao organ-ski deo jedne jedinstvene celine, prika-zan na šemi na slici 4.

Slika 3. Tipična šema transfera veština i znanja

prema različitim oblastima vatrostalstva


Vatrostalstvo kao delatnost prisutno je u mnogim granama procesne industrije kao što su crna i obojena metalurgija, industrija stakla, nemetala, cementa i tsl. U svim tim delatnostima u najvećem broju toplotnih agregata neophodno je prisustvo vatro-stalnih obloga koje treba da obezbede stabilno vođenje i kontrolu procesa u uslovima prisustva visoke temperature, intenzivne fizičke abrazije vatrostalne ob-igdjloge, izražene hemijske korozije kroz penetraciju reaktanata reakcionog rastopa u strukturu vatrostalnog materijala, koja ponekada uslovljava potrebu za zame-nom vatrostalnog materijala posle određenoga perioda eksploatacije.

Slika 4. Simbolička veza vatrostalstva sa procesnom industrijom i nanotehnologijama (šema) ostvarena kroz transfer znanja preko ROSOV-a

Vatrostalstvo u cementnoj industriji posebno je specifično zbog značajne pri-mene tzv. alternativnih goriva, koja čine različiti otpadni materijali, čime se značajno utiče i na ekologiju odgovarajućeg prostora u celini (slika 5).

Slika 5. Simbolička predstava alternativnog goriva u cementnoj industriji

Simbolički rečeno cementna industrija je „ruka spasa“ kada je u pitanju up-ravljanje otpadom (odnosno energijom). Efekti upotrebe alternativnih goriva, simbolički su prikazani na slici 6.

Osnovni razlozi zbog kojih su postrojenja cementne industrije (u delu proiz-vodnje cementnoga klinkera) vrlo pogodna za primenu alternativnih goriva, su: i) proces


proizvodnje cementnoga klinkera, odvija se na visokim temperaturama, tako da se pro-ces sagorevanja alternativnih goriva odvija praktično bez ostatka; ii) svi produkti sagorevanja, osim gasovitih, ugrađuju se u proizvod bez negativnoga efekta; iii) razu-đenost postrojenja i njegova konstrukcija daju široke mogućnosti pozicioniranja aplika-tora alternativnoga goriva; iv) pristupačnost najvećem delu konstrukcionih delova proizvodne linije i v) veliki izbor različitih vrsta vatrostalnih materijala (šema na slici 7).

a) b) Slika 6. a) Prednosti i b) mane primene alternativnih goriva

Slika 7. Simbolička šema principa primene alternativnih goriva u cementnoj industriji

Pored navedenih principa kvaliteta, nezaobilazni principi su bezbednosti lica i ekološke posledice proizvodnje. Kao logično, postavlja se pitanje koji je to faktor koji može da „pomiri“ sa jedne strane neprikosnovene zahteve bezbednosti rada i kvaliteta proizvoda, a sa druge strane primenu alternativnih goriva, koja se nameće kao nezao-bilazna iz više razloga, iako bitno usložnjava proizvodni proces (šema na slici 8) i okol-nosti pod kojima se odvija. Odgovor je očigledan. Vatrostalni ozid je taj faktor koji sa jed-ne srane mora da omogući da budu ispunjeni svi zahtevi proizvodnoga procesa i bezbed-noga rada, a sa druge strane mora da kompenzuje sve loše strane primene alternativnih goriva.


Faktori koji u znatnoj meri povećavaju zahteve kada je u pitanju vatrostalni ozid u uslovima primene alternativnih goriva u odnosu na primenu standardnih tehno-loških goriva su dati, takođe, šemom na slici 8.

Slika 8. Faktori koji usložnjavaju primenu alternativnih goriva

2. Rad rotacione peći u uslovima primene alternativnih goriva Rad rotacione peći u uslovima primene alternativnih goriva je znatno složeniji

zbog: i) pojave sirovinskog i drugih vrsta nalepa u zonama u kojima ga obično nema; ii) formiranja zona sa nestabilnim nalepom, zavisno od vrste alternativnih goriva; iii) for-miranja „plivajuće“ zone nalepa u zoni sinterovanja; iv) formiranja sirovinskih prstenova značajnih dimenzija, zavisno od vrste alternativnoga goriva; v) pojave redukcione zone. Dimenzije sirovinskih prstenova i nalepa nekada dostižu problematične razmere. U od-ređenim uslovima može da dođe i do zaustavljanja proizvodnje (slika 9).

Slika 9. Nalepi klinkera u rotacionoj peći


Kao posledica takvih izmena procesa unutar rotacione peći, pojavljuje se niz defekata i oštećenja nastalih u sadejstvu termičkih, hemijskih i mehaničkih faktora (slika 10).

Slika 10. Pojednostavljena šema profila opterećenja plašta rotacione peći

Termički faktori uključuju termošokove i pregrevanja, hemijski faktori infiltra-

ciju i redukciju, rastapanje klinkera i dejstvo alkalija na oblogu, dok mehanički faktori obuhvataju, termomehanička opterećenja, povezana sa geometrijom peći, kao što su de-formacija plašta peći, koja uslovljavaju zastoje u radu i otpadanje nalepa (slika 11).

Slika 11. Simbolički prikaz

delovanja različitih procesnih parametara

na vatrostalni ozid


I u poziciji izmenjivača toplote formiraju se znatne količine nalepa i to na raz-ličitim mestima, čije je uklanjanje neophodno radi održavanja kvaliteta proizvoda. Teh-nike uklanjanja sirovinskog i ostalih vrsta nalepa međutim nisu identične. Dok se u slu-čaju izmenjivača toplote primenjuju uglavnom metode različitih vidova mehaničkog uk-lanjanja, u slučaju rotacione peći to se vrši kombinovanim, hemijsko–mehaničkim me-todama.

Kada je u pitanju uklanjanje sirovinskoga nalepa mehaničkim putem u izmenji-vaču toplote, aktuelna su tri načina: i) ubrizgavanjem vode pod visokim pritiskom (Woma pumpa); ii) upotrebom eksplozivnog „Kardox“ punjenja (mada se to ne može na-zvati eksplozijom u pravom smislu te reči); iii) manuelnim rušenjem, upotrebom raznih ručnih alata (zbog svoje rizičnosti i neefikasnosti, ovaj vid je u ograničenoj primeni).

Kada se uklanjanje nalepa vrši u rotacionoj peći, stvari stoje nešto drugačije. U tom slučaju primenjuje se: i) termošok višekratnom uzastopnom i kratkotrajnom pro-menom dužine plamena glavnoga gorionika; ii) promenom hemijskoga sastava sirovin-skoga brašna, u prvom redu silikatnog modula; iii) ispaljivanjem specijalne „Winchester“ municije direktno u nalep (metoda je manje popularna i zahtevna je u pogledu primene).

Značajna razlika u svakom pogledu između intervencija u izmenjivaču toplote i rotacionoj peći je u tome, što je izmenjivač statički objekat, koji dozvoljava znatno veći stepen slobode kada je u pitanju bilo koja intervencia. Rotaciona peć međutim za skoro svaku intervenciju zahteva zastoj i obustavljanje proizvodnje. Ponovno dovođenje peći u radni režim predstavlja veliki materijalni gubitak.

Naravno, u svakom od pomenutih slučajeva, potrebno je znanje, obučenost i is-kustvo, kako bi efekti bili povoljni u smislu bezbednosti i učinka, a šteta izazvana na vat-rostalnome materijalu i opremi, obzirom da se radi o invazivnim metodama, minimalna.

3. Zaključak

U radu su dati osnovni principi primene alternativnih goriva i njihov uticaj na vatrostalni material. Pokazana je multidisiplinarna veza koja povezuje kvalitet vatro-stalnog materijala, njegovu ugradnju, bezbednost na radu i obučenost procesnih inženje-ra u vođenju nekada veoma složenih procesa, pri upotrebi alternativnih goriva na rota-cionoj peći na primeru cementare Lafarž BFC Beočin.

Obrazovanje, saradnja i timski rad, uz formiranje mladih kadrova, te razmena iskustava kroz „Rosov“ predstavlja novu mogućnost da se značajno unapredi inovativni rad u kompanijama koje se bave vatrostalstvom, kao i procesnoj industriji u kojoj takva znanja i veštine treba da budu primenjena.


Proizvodnja SiC oblikovanih vatrostalnih materijala za primenu do 1450 °C za primenu u metalurgiji

Production of SiC based shaped refractory materials for application up to 1450 °C – nonferrous metallurgy,

ceramic bond, secondary SiC Vladimir Vučetić1, Milorad Vučetić1, Nemanja Vučetić2

1Real S d.o.o., Beograd, Srbija 2Tehnološko-metalurški fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, Srbija

Apstrakt

Cilj ovog rada je osvajanje proizvodnje oblikovanog materijala na bazi SiC koji bi imao primenu u obojenoj metalurgiji, prevashodno kod proizvodnje metala i legura aluminijuma, bakra, cinka i olova. Detaljni mehanizam procesa dobijanja SiC u industrijskim uslovima u formi kompaktnih velikih kristala nije razjašnjen, uprkos nastojanjima raznih au-tora. Sumarno, reakcija je sledeća: SiO2 + 3C = 2SiC + 2CO. Prema nekim auto-rima proces obrazovanja SiC, je dvostadijumski: u početku se obrazuje elemen-tarni silicijum pri reakciji ugljenika i SiO2, a zatim tečni Si ili gasoviti SiO reaguje sa ugljenikom, pri čemu se stvara β-SiC. Sve ovo se odigrava na rela-tivno niskoj temperaturi (do 1400 °C), dok nastajanje SiC se obavlja na znatno višoj temperaturi. Osnovnu sirovinu SiC u keramičkoj masi pogodne granula-cije treba prilikom sinterovanja povezati direktnom vezom, sekundarnim β-SiC ili keramičkom vezom, npr. mulitom. U ovom radu je primenjen postupak proizvodnje oblikovanog SiC vatrostalnog materijala sinterovanjem u oksidacionoj ili neutralnoj sredini, a do t = 1450 °C, pri čemu je bilo neophodno rešiti da se proces nastajanja SiC odvija na nižim temperaturama sinterovanja unošenjem odgovarajućih mineralizatora i spre-čavanjem gubitka eventualno prisutnog Si, odnosno SiO i oksidacijom grafita, pri čemu se proces nastajanja tzv. sekundarnog SiC odvija u mikroporama obli-kovanog SiC vatrostalnog materijala, a eventualno prisustvo kiseonika spre-čava nastajanjem niskotopive staklaste faze. Prevđenje β-SiC u α-SiC se odvija u procesu eksploatacije ili pak dodatnog sinterovanja u toku procesa proiz-vodnje. Na ovaj način se smanjuje poroznost krajnjeg proizvoda, povećava gustina, a u krajnjem, kao rezultat dobija proizvod koji u poređenju sa proizvo-dima poznatih svetskih proizvođača (Norton, Morgan) dobija konkurentan proizvod. Ključne reči: vatrostalni materijali, silicijum karbid, metalurgija

Abstract

Purpose of this work is conquest of production of shaped product based on SiC which would have use in nonferrous metallurgy, primarily in production of aluminum, copper, zinc and lead, wherein is necessary refractoriness up to 1450 °C. Detailed process mechanism of SiC forming in industrial conditions in form of large compact crystals is not clarified, despite to efforts of various authors. Summarized, reaction is: SiO2 + 3C = 2SiC + 2CO. According to one scheme of SiC forming process, it is being shown in two stages: in the beginning is formed elementary Si by reaction of C and SiO2, and then, the liquid Si or gaseous SiO react with carbon, wherein β-SiC is being formed. All this take place at relative-


ly low temperature (up to 1400 °C), while formation of SiC is obtained at much higher temperature. In ceramic mass with suitable granulometric composition, during the sintering process is necessary to bind the basic raw material SiC directly, by secondary SiC or by ceramic bond, e. g. by mullite. In this work is applied a method of production of shaped SiC refractory mate-rial by sintering in oxidizing or neutral environment, at t = 1450 °C, wherein it was necessary to enable the sintering process of SiC forming to be carried at low temperatures by adding corresponding mineral agent and preventing of loss of possibly present Si, i. e. SiO, and by oxidation of graphite, while the pro-cess of formation of so-called secondary SiC is performed in micro pores of shaped SiC refractory material, and possibly presence of oxygen is being pre-vented by forming of low melting glassy phase. Converting the β-SiC to α-SiC is performed in process of exploitation or during production process. In this way, the porosity of final product is reduced, density is increased, and finally, as re-sult is obtained product which is concurrent to famous world producers (Nor-ton, Morgan). Key words: refractory materials, silicon carbide, metallurgy

1. Uvod

Cilj istraživanja bio je osvajanje jedne vrste vatrostalnog materijala koji bi imao primenu u obojenoj metalurgiji, odnosno kod proizvodnje prevashodno metala i legura aluminijuma, bakra, cinka i olova, pri čemu je potrebna vatrostalnost, od najmanje 1400°C.

Danas i zadnjih dvadesetak godina mali broj proizvođača vatrostalnih materi-jala je osvojio proizvodnju specijalnih materijala za potrebe obojene metalurgije koji bi odgovarali uslovima tako specifične primene. I dalje se za potrebe obojene metalurgije koriste vatrostalni materijali prevashodno namenjeni pećima crne metalurgije, što za posledicu ima manju izdržljivost i uvećanje troškova proizvodnje obojenih metala. Naj-veći problemi, zbog ovakve prakse u proizvodnji vatrostalnih materijala se ispoljavaju u metalurgiji aluminijuma. Kod primene baznih vatrstalnih materijala u metalurgiji alumi-nijuma problemi se javljaju usled reakcije metalnog aluminijuma i SiO2 iz vatrostalnog materijala. Formirani Si ulazi u sastav aluminijuma, a Al se gomila u vatrostalnom mate-rijalu, pri čemu dolazi do širenja i razaranja vatrostalnog materijala. Drugi problem je reakcija aluminijuma i MgO i formiranje spinela, kojise koncentriše u nalepu na vatro-stalnom materijalu, što dovodi do smetnji u proizvodnom procesu kod proizvodnje alu-minijuma.

U poslednje vreme uvode se novi vatrostalni materijali u metalurgiji alumini-juma, kao što su neoksidni materijali (grafit, silicijum-karbid, silicijum-nitrid, idr.). U naj-opterećenijim delovima peći u proizvodnji aluminijuma uvode se karbonski blokovi i silicijum-karbidne opeke.

Vatrostalni materijal u metalurgiji bakra je manje izložen agresivnom uticaju rastopa bakra u odnosu na aluminijum, ali je zato veći uticaj na vatrostalni materijal oksida bakra koji su deo troske u pećima za bakar. Obzirom na temperature u pećima za bakar (oko 1450 °C) i prisustvo troski koje se kreću od baznih do neutralnih, pribegava se korišćenju hrom-magnezitnih opeka od elektrotopljenih komponenata sa uvećanim sadržajem hroma, što postaje ekološki problem.

U zadnje vreme se za najopterećenije delove peći uvode opeke od silicijum-karbida, kao i visokoaluminozne nabojne mase obogaćene silicijum-karbidom.(3, 6)


Sve ovo gore navedeno važi i za metalurgiju cinka i olova, kao i u proizvodnji legura obojenih metala. Izneti razlozi opravdavaju napor da se u proizvodnji vatrostal-nih materijala što pre uvedu kvaliteti na bazi silicijum-karbida i drugih neoksidnih sistema.

2. Osobine SiC(1, 2, 4)

Fizičko-hemijske osobine SiC određuju njegovu primenu. Ove osobine su slede-će [1, 2, 4]: kristalna modifikacija kubna i heksagonalna, boja tamna (siva, crna) i zelena, specifična masa 3,21 g/cm3, tvrdoća po Mosu 9,7, zatezna čvrstoća 25 kN/mm2, sposob-nost provođenja toplote visoka, visoka otpornost na termošokove, visoka hemijska postojanost (nerastvoran u vodi, kiselinama i bazama), tačka topljenja 2300 °C (ne topi se, već disosuje na Cs i Sig) i poluprovodničke električne osobine.

Silicijum-karbid se u osnovi javlja u dve kristalne modifikacije, i to: kubnoj (β-SiC) koja ima strukturu tipa sfalerita, i heksagonalnoj (α-SiC) sa strukturom vurcita. Utvrđeno je da je β-SiC niskotemperaturna modifikacija, koja prelazi u heksagonalnu formu na 1550 °C. Pri promeni β-SiC u α-SiC dolazi do promene zapremine od 0,06%. Pri proizvodnji SiC i proizvoda na bazi SiC, malim izmenama procesa, prethodno nastala β-SiC modifikacija lako se prevodi u α-SiC modifikaciju.

Čist α-SiC je bezbojan. Tehnički kvalitet je obojen od svetlo zelene do tamno plave boje (sivo-crne), a ova boja govori o prisustvu određenih primesa B, Al, N2, koji se nalaze u obliku čvrstih rastvora. Hemijski se ova dva tipa razlikuju. Zeleni sadrži manje legirajućih primesa B, Al i N2 nego sivo-crni. Mehanička svojstva takođe su uslovljena bojom i tipom. Zeleni tip ima neznatno višu krupnoću zrna, a samim tim i bolje mehanič-ke osobine. Iz tih razloga za abrazive i ostale proizvode gde su potrebne više vrednosti mikrotvrdoće koristi se zeleni α-SiC, dok se za proizvode gde ove karakteristike nisu neophodne, već recimo vatrostalnost, koristi se sivo-crni α-SiC pri čemu je maksimalno dozvoljeni sadržaj nečistoća <4%, odnosno sadržaj α-SiC-a >96%.

Silicijum-karbid je veoma inertno hemijsko jedinjenje. On je otporan na dejstvo kiselina i baza. Razlaže ga samo ortofosforna kiselina na 250–300 °C. Oksid gvožđa reaguje sa SiC na t > 1000 °C. SiC razlažu na visokim temperaturama i oksidi magnezi-juma, kalcijuma i bazni sulfati. Pri ovim reakcijama stvara se ferosilicijum i SiO2 koji stvara opnu na površini SiC-a, sprečavajući oksidaciju i dalje razlaganje SiC-a. Prema okolnoj sredini otpornost silicijum-karbida raste po sledećem redosledu: vodena para > vakuum > O2 > CO2 > vazduh > N2 >Ar. Silicijum-karbid u najvećoj meri oksidiše u atmo-sferi vodene pare, dok je argon inertan prema silicijum-karbidu. Sve ovo je bitno znati zbog izbora mesta primene vatrostalnog materijala na bazi silicijum-karbida, kao i temperature u datim uslovima.

3. Osnove procesa industrijskog dobijanja SiC

Proizvodnja tehničkog silicijum-karbida zasniva se na redukciji silicijum-diok-sida ugljenikom i stvaranja silicijum-karbida na temperaturi iznad 2250 °C [2, 4, 6–8]. Sumarna reakcija je sledeća:

SiO2 + 3C → SiC + 2CO

Detaljan mehanizam procesa nastajanja SiC u industrijskim uslovima u obliku

kompaktnih velikih kristala sve do danas nije razjašnjen, uprkos nastojanjima raznih


autora. Prema jednoj od šema procesa obrazovanja SiC u industrijskim uslovima, on se prikazuje kao dvostadijumski: u početku se obrazuje elementarni Si pri reakciji ugljenika sa SiO2, a zatim tečni Si ili gasoviti SiO nastao na ovaj način reaguje sa ugljenikom, pri čemu se stvara SiC. Nastajanje elementarnog Si, odnosno redukcija SiO2 se događa na relativno niskim temperaturama do 1150 °C. Dalje nastajanje SiC kao posledica reakcije sa ugljenikom se obavlja na višim temperaturama. U prvoj fazi do temperatura od 1150 °C usled unetih topitelja i antioksidanasa i prisutnog unetog NaCl dolazi do prevođenja Fe i Al u hloride koji migriraju ka površini (periferiji) bloka. Na ovaj način se se vrši jedna vrsta prečišćavanja dobijenog materijala, odnosno krajnjeg proizvoda (silicijum-karbida). Obrazovanje SiC-a ide preko reakcije ugljenika i gasovitog SiO koji je nepo-stojan. Uz oslobađanje kiseonika stvara se CO i odlazi iz procesa.

Poslednjih godina napori istraživača su bili usmereni na sprečavanje gubitaka nepostojanog SiO zatvaranjem pora u materijalu namenjenom za primenu u vatrostalne svrhe unošenjem u šaržu aditiva za stvaranje tečne faze i brže nastajanje tzv. Sekun-darnog SiC na relativno niskim temperaturama, znatno nižim od iznetih u prethodnom tekstu. Ta saznanja su korišćena u ovom radu radi nastajanja sekundarnog SiC u mikro-prostoru između zrna primarnog SiC, koji čini osnovni materijal u šarži (mešavini). Novonastali β-SiC koji povezuje zrna primarnog α-SiC se u daljem procesu tempovanja ili u eksploatacionim uslovima lako prevodi u vatrostalniju formu α-SiC, pri čemu dolazi do zatvaranja pora i smanjenja ukupnog poroziteta usled povećanja zapremine sekun-darnog α-SiC dobijenog preko prvonastalog β-SiC.

Unošenje aditiva za sniženje temperature sinterovanja, preko stvaranja tečne faze, ima za posledicu stvaranje zatvorenog mikroprostora (između zrna primarnog silicijum-karbida, ugljenika, idr.), čime se sprečava gubitak SiO i zadržava redukciona sredina u zatvorenim mikroporama. Na površini se stvara staklasta faza koja omogućava da se procesi unutar mikropora obavljaju u peći pri normalnoj atmosferi i nije obavezno obezbediti zaštitnu atmosferu pri sinterovanju finalnog oblikovanog vatrostalnog proiz-voda od silicijum-karbida.

Novonastala tečna faza ima višestruku ulogu: obezbeđuje brži transport konsti-tuenata od kojih se stvara SiC, sprečava gubitak SiO (Si), sprečava oksidaciju ugljenika i omogućava odvijanje procesa izgradnje sekundarnog SiC-a na nižim temperaturama.

U ovom radu su korišćena novija istraživanja u proizvodnji tzv. Niskotempera-turnog praškastog β-SiC-a, koji je mnogo aktivniji od α-SiC-a. Temperature na kojima se izvode izneti procesi se kreću u intervalu od 750–1500 °C. Atmosfera je oksidaciona (vazduh) ili neutralna, i procesi traju kratko. Polazne sirovine su u neutralnoj/oksida-cionoj atmosferi petrolkoks, prirodni sferni grafit (nosilac C) i kvarcni pesak (nosilac SiO2).

4. Osnovne postavke tehnološkog postupka za proizvodnju vatrostalnog materijala na bazi SiC

U osnovi, postupak proizvodnje oblikovanih i neoblikovanih vatrostalnih mate-rijala od silicijum-karbida je sledeći [2, 3]: komponovanje mešavine sa sadržajem SiC u količini od 75–92% (dobijeni kvalitet je tamni SiC čistoće >96% SiC), unošenje kompo-nenata za vezivanje i plastifikovanje (organskog ili neorganskog porekla), kao što su dekstrin, pinotan, poliglikol, emulzija voska, vatrostalna glina, idr., te komponenti nosi-laca ugljenika i silicijuma (petrol koks, antracit, prirodni grafit), kvarcnog peska, i uno-šenje topitelja, katalizatora i antioksidanta.


Komponovana mešavina sa navedenim komponentama se meša i potom pre-suje u metalnim kalupima, pri čemu pritisci imaju ne tako visoke vrednosti. Potom se otpresci vade iz kalupa, suše i pakuju u peći, gde se vrši sinterovanje na temperaturi do 1400 °C ili niže, što zavisi od tipa proizvoda i njegove namene.

U osnovi u svetu se proizvodi četiri tipa ovih vatrostalnih materijala koji se me-đusobno razlikuju po ukupnom sadržaju SiC i vrsti veze između osnovnih zrna SiC, koja je posledica primenjenog postupka i neophodne temperature sinterovanja. Sve ovo od-ređuje osobine krajnjeg proizvoda, mesto primene i cenu.

Prvi tip je određen vrstom veze koja se stvara unošenjem veziva plastifikatora (vezivne gline) i njenim sinterovanjem. Ovaj tip proizvoda može biti i glaziran.

Drugi tip kao vezivo ima silicijum-nitrat ili silicijum-oksinitrat. Sinterovanje se vrši u kontrolisanoj atmosferi uz dodatak ili bez dodavanja organskih amina ili amida. Ovakav tip proizvoda je izrazito otporan na oksidaciju i ne reaguje sa metalnim rastopi-ma aluminijuma, bakra, ili silikatnom šljakom. Potrebne temperature za proizvodnju ovakvih proizvoda su >1600 °C.

Treći tip je rekristalisani i samovezivni tip vatrostalnog materijala na bazi sili-cijum-karbida i proizvodi se tako što se kao vezivno sredstvo koristi dekstrin ili natri-jum-silikat. Proizvod sinteruje na 2150 °C u zaštitnoj atmosferi, pri čemu SiC rekristališe. Drugi način je korišćenje prethodno prečišćenog SiC-a, veličine zrna – praha <20 μm. Prah se meša sa nekim deflokulantom, izliva u plastične kalupe željene forme, delimično suši, vadi iz kalupa, dodatno suši i sinteruje na temperaturi od 2150 °C. Sadržaj SiC je >99%.

Četvrti tip je silicijum-karbid vezan sekundarnim SiC, dobijenim na licu mesta u samom vatrostalnom materijalu, što je ustvari tip koji je i predmet osvajanja u ovom ra-du. Sekundarni SiC je izgrađen od polaznih komponenata koje su u prethodnom tekstu pomenute. Sadržaj SiC u njima se kreće od 80–90%, što zavisi od mesta primene. Do sada se primenjivao postupak koji je u suštini prevođenje Si u tečnu fazu, a zatim se u pore unosi i ugljenik impregniran u procesu polimerizacije furfurala ili furfural alkohola. Tečni Si prodire u pore i reaguje sa ugljenikom do SiC, pri čemu se pore popunjavaju i dobija se proizvod od primarnog SiC-a vezanog nastalim sekundarnim SiC-om.

Osnovne karakteristike ova četiri tipa vatrostalnih proizvoda najpozntijih svetskih proizvođača su sledeće:

I* II* III* IV* CN 106 CN 127 Crystal CN 163 Sadržaj SiC, [%] <80 <90 >90 >80 Zapreminska masa, [g/cm3] >2,30 >2,60 >2,60 >2,63 Ukupan porozitet, [%] <22 <18 <18 <22 Pritisna čvrstoća na 20 °C, [MPa] >50 >70 >70 >80 Koeficijent termičkog širenja <55 × 10–7 <54 × 10–7 <48 × 10–7 <44 × 10–7 Termostabilnost (vazduh), ciklus <30 >30 >30 >30 Temperatura primene, [°C] <1450 <1450 <1650 <1550

*I keramički vezan; II silikatno vezan; III direktno vezan; IV sekundarnim SiC-om vezan

Referentni kvalitet koji je bitan za ovaj rad je CN 106, ali su korišćena i određena znanja kod proizvodnje CN 163 radi obaranja temperature nastajanja silicijum-karbida.


5. Primenjeni postupak Cilj ovoga istraživanja je proizvodnja vatrostalnog materijala na bazi silicijum-

karbida vezanog sekundarnim silicijum-karbidom koji bi se primenjivao do radnih tem-peratura od 1400 °C, a pretežno u obojenoj metalurgiji.

Osobine ovakvog vatrostalnog materijala koje bi zadovoljile uslove eksploata-cije bi trebalo da budu sledeće: sadržaj SiC > 80%, zapreminska masa >2,3 g/cm3, uku-pan porozitet <22%, pritisna čvrstoća na 20 °C >50 Mpa, vatrostalnost pod optereće-njem>1500/1550 °C, termostabilnost(vazduh)>30 ciklusa.

Materijalni sastav mešavine: SiC tamni(0,1 do 2) mm 70 do 75%, kvarcni pe-sak(–0,01) mm 8 do10%, vatrostalna glina (–0,06) mm 8 do 10%, prirodni grafit (–0,01) mm 3 do 5%, mineralizator, topitelj, antioksidans (–0,01) mm 1,5 do 2%, mazivo, (vezi-vo, tečno) 5 do 5,5%. Priprema mase prema zadatom materijalnom sastavu vrši se u me-šalici kapaciteta do 1 t. Postupak dodavanja komponenata u mešalicu je bitan i vrši se sledećim redosledom: SiC, kvarcni pesak, grafit, tečna komponenta, glina, mineraliza-tor, topitelj, antioksidans. Između svakog dodavanja nove komponente vrši se mešanje 3–5 min.

Dobijena mešavina se presuje na hidrauličnoj presi pod utvrđenim uslovima, suši 8–10 h, i sinteruje na temperaturama od 1400–1450 °C prema utvrđenom režimu koji se prilagođava formi otpreska. Ukupno vreme trajanja sinterovanja je 48 h, a vreme zadržavanja na maksimalnoj temperaturi je 2 h.

6. Dobijeni rezultati i zaključak Primenom opisanog tehnološkog postupka dobijeni su proizvodi sledećih pro-

sečnih vrednosti hemijskog sastava: G. Ž. 0,98%, SiC 79,26%, Al2O3 2,78%, Fe2O3 0,57%, CaO 0,20%, MgO 1,25%, Si 2,32%, SiO2 11,2% i Al2O3 1,0%. Termofizičke osobine proiz-voda bile su sledeće: prividna poroznost 22,32 %, prividna gustina 2,43 g/cm3, pritisna čvrstoća na 20 °C 62,6 Mpa, vatrostalnost pod opterećenjem 1590/1700 °C, termosta-bilnost (vazduh) >20 ciklusa, širenje/skupljanje u eksploatacionim uslovima +0,2%, Minerološki sastav bio je sledeći: SiC, mulit, kvarc, metalni Si i Al.

Postignuti kvalitet je uporediv sa kvalitetom silicijum-karbidnih vatrostalnih materijala poznatih svetskih proizvođača kod kojih je udeo SiC u proizvodu oko 80%. U eksploatacionim uslovima nastali β-SiC će preći u vatrostalniju formu α-SiC i ujedno će proizvod biti gušći. Zaključak koji takođe može da se izvede je da se dobijeni vatrostalni materijal može primeniti i do temperature od 1500 °C.

Literatura [1] Rothemberg, G. B., Refractory Materials, New Jersey, USA, 1976. [2] Rothemberg, G. B., Refractory Materials, New Jersey, USA, 1976. [3] Živković, Ž., Filipović, M., Silicijumkarbid – proizvodnja i primena, Bor, 1987. [4] Маликин, П. С., Стрелов, К. К., Техническая Oгнеупоров, Москва, 1970. [5] Hague, J. R., Lynch, J. F., Rudick, A., Holden, F. C., Duckworth, W. H., Refractory Ceramics for

Aerospace, The Am. Cer. Soc. Inc. 1964. [6] Балкевич, В. Л., Техническая Керамика, Москва, 1970. [7] Sopicka-Lizer, M. Terpstra, R. A., Metselaar, R., Carbothermal production of β-sialon from alumina,

silica and carbon mixture, Jur. of Mat. Science, 1995. [8] Nan, Li., Yawei, Li., Yun, Wang., High Tehnic Ceramics and Refractories in Sialon and Alon Systems,

UNITECR ’97, New Orleans, USA, 1997.


Vatrostalni materijali u industrijskoj proizvodnji olova Refractory materials useгd in the lead production

Branko Nikolić1, Vesna Vujačić2 1Inženjerska akademija Srbije, Beograd, Srbija

2Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju, Beograd, Srbija

Apstrakt

Analizirana je proizvodnja olova u kombinatu „Trepča“, u Zvečanu, u sklopu koje su Topionica i Rafinerija olova, gde ima više metalurških agregata, više tehnoloških linija i komercijalnih proizvoda metala, pa se koriste i različiti vat-rostalni materijali. U izvesnim procesima u Rafineriji olova koriste se hemijski agresivni sastojci (soda, hlor i dr.), pa se pri izboru vatrostalnih materijala za otvore za gorionik, šadrže i drugi specifične delove peći ili ložišta, pored radne temperature mora voditi računa i o hemijskom sastavu tretiranih materijala. Ključne reči: vatrostalni materijali, olovo, kombinat „Trepča“

Abstract

The production of lead in the combine “Trepča” in Zvečan, consisting of the Smeltery and Refinery of lead, was analyzed in this paper. Since there are sev-eral metallurgical aggregates, several technological and commercial product lines of metal, the use of different refractory materials is necessary. In certain processes in the Refinery of lead, chemically aggressive substances (soda, chlorine, etc.) are used, and during the selection of refractory materials for air burner, batch and other specific parts of stoves or furnaces, besides wor-king temperature, the chemical composition of treated material have to be ta-ken into account. Keywords: refractory materials, lead, combine “Trepča“

1. Uvod Od ukupne proizvodnje olova, oko 90% proizvodi se pirometalurškom prera-

dom flotacionih olovno-sulfidnih koncentrata (PbS) i otpadnih olovnih akumulatora (aku-otpad). Prženjem, sulfidi prelaze u okside (PbO) koji se prerađuju u šahtnoj peći na oko 1200 °C nakon čega se dobija sirovo olovo. Pri prženju sumpor iz koncentrata prela-zi u SO2 koji se odvodi u pogon za proizvodnju sumporne kiseline, pa u ovoj tehnološkoj liniji koriste se sumporno-kiseli vatrostalni materijali. Sirovo olovo sadrži više korisnih metala (Cu, Sb, Ag, Bi, Au) koji se pri rafinaciji izdvajaju iz olova i specifičnih procesima


valorizuju se komercijalne proizvode. U ložištima kotlova za rafinaciju koriste se stan-dardni vatrostalni materijali za radne temperature do 850 °C.

U ovom radu biće analizirana proizvodnja olova u kombinatu „Trepča“, u Zveča-nu, gde su Topionica i Rafinerija olova počele sa radom 1939. godine i gde je do 2000. godine proizvedeno 3.284.568 t rafinisanog olova, 4.110 t rafinisanog srebra, 3.296 t rafinisanog bizmuta i više drugih komercijalnih proizvoda [1]. U ovim pogonima pro- izvodilo se iz flotacionih koncentrata oko 95% od ukupne proizvodnje olova, a samo oko 5% iz aku-otpada.

Proizvodnja olova praktično se sastoji iz četiri tehnološke celine, i to: a) Prženje (aglomeracija) olovno-sulfidnih koncentrata na oko 700 °C, pri čemu

sumpor oksidiše u sumpor-dioksid, a olovo i drugi prisutni metali prelaze u okside, b) Redukciono topljenje prženca (aglomerata) u šahtnim pećima na maksimal-

noj radnoj temperaturi od oko 1400 °C, pri čemu se dobija sirovo olovo, šljaka koja se ot-prema na haldu i gasovi koji se odvode u filtracioni sistem,

c) Rafinacija sirovog olova koja se vrši u Rafineriji olova i u kojoj se, pored rafi-nisanog olova, proizvode srebro, bizmut, zlato, olovne legure, olovno-bakarni kamen i antimon-olovna legura.

d) Proizvodnja sumporne kiseline iz sumpor-dioksida koji potiče iz gasova oslo-bođenih u procesu prženja koncentrata.

Metalne i praškaste frakcije iz aku-otpada uključuju se u postojeći proces proiz-vodnje olova.

Uticaj hemijske sredine (reagenata) procesa na vatrostalni ozid metalurških ag-regata biće posebno analizirani.

2. Proizvodnja olova u kombinatu „Trepča“ Flotacioni koncentrati olova koji se prerađuju u Topionici olova „Trepča“ u

Zvečanu, sadrže (% mase): 55–75 Pb, 14–17 S, 4–7 Fe, 0,4–1,0 Sb, 0,3–0,7 As, 0,2–1,0 Cu, 0,03–0,15 Ag, 0,02–0,2 Bi itd. [2, 3]. Pirometalurški proces prerade koncentrata i dobijanja komercijalnih proizvoda: rafinisano olovo, srebro, bizmut, zlato, legure, Pb-Cu kamen, prikazan je na slici 1. Praškasta frakcija iz aku-otpada uključuje se u početnu šaržu ili se separatno prerađuje, a metalna frakcija (kleme, rešetke) se prerađuje u Rafi-neriji olova.

U ukupnom proizvodnom procesu postoji više tehnoloških linija (procesa), pa se koristi i više vrsta vatrostalnih materijala u raznim metalurškim agregatima. U pogo-nu aglomeracije koriste se vatrostalni čelici (Dwight Loyd površine 80 m2 i drugi ure-đaji) i ne primenjuju se vatrostalni materijali.

Pogon za proizvodnju sumporne kiseline, prema Lurgi tehnologiji, pušten je u rad 1967. godine, ali nikada nije kontinualno duže radio. Gasovi prženja se otprašuju na vrućem elektrofilteru, do 600 °C, a zatim se odvode u pogon za proizvodnju sumporne kiseline u kome se koriste vatrostalni materijali otporni na dejstvo sumporno-kiselih ga-sova i para.


Šarža sa koncentratima olova aglomeracija (prženje) na Dwight Loyd mašini aglomerat (prženac, sinter) gasovi i prašine koks filteri šahtne peći gasovi prašine sa SO2 u šaržu,

šljaka na haldu Dwight Loyd sirovo gasovi i olovo prašine za proizvodnju

H2SO4 Filteri

Rafinerija olova

Rafinacija, dobijanje komercijalnih proizvoda

Rafinisano retortne peći plamene hlorisanje kratkobubnjasta olovo i kupelacione, peći Pb-Bi legure peć Pb legure peći

elektroliza Pb-Cu bizmut Pb-Sb legura kamen, srebro zlato špajze

Slika 1. Tehnološka šema prerade koncentrata olova i proizvodnje finalnih proizvoda

U Topionici olova „Trepča“ u Zvečanu postoje tri šahtne peći tipa „Port Piri“ go-

dišnjeg kapaciteta 150.000 t sirovog olova. U peći postoji više temperaturnih zona. U zoni maksimalne temperature je oko 1400 °C, ali se ozid hladi vodom koja cirkuliše u metalnim ćelijama (kesonima) montiranim oko ozida. Gasovi iz peći, na oko 700 °C, me-talnim cevovodima odvode se na filtriranje, a šljaka se na izlazu iz cevi granuliše vodom, odvodi u bazene, pa žičarom na haldu. Radni vek vatrostalnog ozida zavisi mnogo od du-žine kontinualnog rada peći, tehnološke discipline i dr., a vrsta i kvalitet projektovanog vatrostalnog materijala je standardizovan za ovaj tip peći.

Sirovo olovo šahtnih peći otprema se u susednu Rafineriju olova gde se rafiniše u 12 kotlova kapaciteta svaki po 300 t olova, a postoji još devet „malih“ kotlova kapa-citeta po 30, 15 i 5 t za procese prerade međuprodukata pratećih metala. Svi kotlovi ima-


ju cilindrično sopstveno ložište od šamotnog ozida obloženog betonskim omotačem, a kotlovi se greju nisko kaloričnim generatorskim gasom dobijenim iz lignita „Obilić“. Temperatura u ložištima kotlova iznosi 500–850 °C, zavisno od faze procesa, a gasovi sa-gorevanja, preko metalnih dimnjaka, izbacuju se u atmosferu.

Sa gledišta utroška vatrostalnog materijala, u Rafineriji su problematične meta-lurške peći za preradu međuprodukata koji se dobijaju u kotlovima.

Bakar se uklanja iz sirovog olova dodatkom sumpora u prahu na oko 350°C, pri čemu se dobijeni bakarni šlikeri (Cu2S) uklanjaju sa površine istopljenog olova i zatim se prerađuju u plamenim pećima alkalnim postupkom, dodatkom tehničkog natrijum-hid-roksida. Dobijeni Pb-Cu kamen, olovo i špajza se izlivaju i otpremaju na dalju preradu, a šljaka koja se izdvaja po površini istopljenih metala, jako je alkalna, sadrži Na2O, NaOH, Na2S, Na2CO3 i nagriza vatrostalni ozid peći. Veoma često, zbog velikog oštećenja (nag-rizanja) ozida oko šljake, peć se zaustavlja i vrši se ponovno oziđivanje vatrostalnim opekama. Radna temperatura u peći je oko 1100 °C, a kao gorivo koristi se mazut.

Posle odbakrivanja, iz olova se uklanjaju arsen i antimon (omekšavanje olova) alkalnim postupkom, uz dodatak NaOH i Na2CO3. Dobijeni As-Sb šliker prerađuje se u kratko bubnjastoj peći na oko 1150 °C, uz dodatak koksa. As-Sb šliker, pa i dobijena šlja-ka, su jako alkalni, pa adekvatno njima treba da se i ozida peći.

Srebro i zlato se uklanjaju dodatkom cinka, a dobijena Pb-Zn-Ag legura ima po-sebnu liniju prerade. U kupelacionim pećima na 1200 °C, uz uduvavanje vazduha u jakoj oksidacionoj sredini, proizvodi se anodno srebro i olovna gleđ koja se izdvaja po povr-šini istopljenog metala, a sadrži okside metala (PbO, ZnO, CuO i dr.). Šarža u kupela-cionim pećima, pored olova i srebra, povremeno ima povećan sadržaj cinka i bakra.

Odbizmutavanje olova vrši se pomoću kalcijuma i magnezijuma, a Pb-Bi legura hloriše se u zatvorenom kotlu na 550–600 °C gasovitim hlorom (hlorni postupak), nakon čega se dobija rafinisani bizmut za tržište i olovo-hlorid koji se lageruje. Gasovi i prašine iznad kotla za hlorisanje, na oko 550 °C, odvode se u ozidanu taložnu komodu, pa preko ozidanog dimnjaka u atmosferu. Gasovi sadrže pare olovnog hlorida, hlor i vazduh, a prašina visok sadržaj hlorida metala. Kod svih peći postoje određeni delovi ozida koji su izloženi temperaturnim ili mehaničkim udarima: otvor za gorionik, izlivanje, šaržiranje.

U Zvečanu su izgrađeni novi objekti: Rafinerija olova sa preradom među- produkata, filterski sistemi, dimnjak visine 312 m. Rafinerija još uvek nije počela sa radom, a nakon njenog puštanja u rad, svi gasovi sagorevanja i svi profiltrirani gasovi ispuštaće se u atmosferu kroz novi betonski dimnjak.

3. Predlozi i rešenja

Analizirajući pirometalurške procese u Topionici i Rafineriji olova, treba razli-kovati dve glavne karakteristike procesa, i to:

Temperaturne uslove konkretnog procesa, i Hemijsku sredinu, odnosno, mogući hemijski uticaj prisutnih agresivnih kom-

ponenti na vatrostalni ozid. U praksi, prvenstveno se vodi računa o temperaturnim uslovima, radi se često

po inerciji, navikama, a vrlo malo se vodi računa o hemijskim uslovima procesa. U krat-kobubnjastim pećima se često prerađuju i različiti materijali, pa i to utiče na radni vek postojećeg ozida. Ne bi trebalo u peći sa istim ozidom prerađivati alkalni As-Sb šliker i sumpornokiseli olovni oksid (pastu) iz aku-otpada.


U plamenim pećima sloj vatrostalnog ozida koji je u dodiru sa visoko alkalnom šljakom treba da je otporan prema alkalnim materijalima. Ne treba da su od istog ma-terijala ozidi u plamenim pećima i ozidi u taložnoj komori gasova od hlorisanja bizmuta, jer su to hemijski raznorodne sredine. Vatrostalni ozid treba pripremiti tj. premazati za drugu vrstu tretiranog materijala, hemijski različitog od prethodnog. Otvori za gorionik, izlivanje materijala, šaržiranje, uglovi na gasovodima i drugi specifični delovi peći ili ložišta posebno su opterećeni, pa ih treba i posebno obraditi, ojačati, pripremiti što znat-no doprinosi dužem radnom veku konkretnog pirometalurškog agregata.

4. Zaključak U Metalurgiji olova „Trepča“ u Zvečanu ima više metalurških agregata, više teh-

noloških linija i komercijalnih proizvoda metala, pa se koriste i različiti vatrostalni materijali.

U praksi se prvenstveno vodi računa o radnim temperaturama i potrebnoj vatrostalnosti materijala u pirometalurškim agregatima. Međutim, u izvesnim procesima u Rafineriji olova postoje hemijski agresivni sastojci šarže (soda, hlor i dr.), pa se pri izboru vatrostalnog materijala mora uzeti u obzir i kvalitet, hemijski sastav procesnih sastojaka i procesnog prostora.

Specifične delove metalurških agregata poželjno je posebno obraditi, što sve doprinosi dužem radnom veku agregata i smanjenju procesnih troškova.

Literatura [1] Nikolić, B., Šezdeset godina metalurgije olova „Trepča“ u Zvečanu, Metalurgija 5 (1999), 2, 141–

156. [2] Vračar, R., Nikolić, B., Ekstraktivna metalurgija olova. Monografija, str.18., Naučna knjiga, Beograd,

1995. [3] Nikolić, B., Antimon u metalurgiji olova. Monografija, str. 8., IHTM, Beograd, 2004.


Keramobetoni Refractory concrets

Olivera Ljubić Elka doo, Arandjelovac, Srbija

Apstrakt

Keramobetoni su oblikovani ili neoblikovani proizvodi, napravljeni na bazi jed-ne ili više sirovina, bez upotrebe hidrauličnog ili drugog veziva. Sastoje se od krupnog punioca i keramičkog veziva. Poređenje karakteristika kvaliteta dobi-jenih od istih sirovina metodom dobijanja keramobetona i drugim poznatim načinima oblikovanja pokazuju da ova vrsta materijala ima veću prividnu gus-tinu, mehaničku čvrstoću i termičku postojanost.Vezuje na niskoj temperaturi, stoga se svrstava u red materijala sa povoljnim energetskim bilansom. Ovaj rad prikazuje istorijat nastanka ove vrste materijala, princip izrade, teh-nološku liniju, tipove u zavisnosti od upotrebljenih sirovina sa osvrtom na prednosti i nedostatke same tehnologije. Ključne reči: keramo betoni, bescementni betoni, alumosilikati, vezujuće

visokokoncentrovane suspenzije Abstract

Refractory concretes are shaped or unshaped products, made on the basis of one or more raw materials without the use of hydraulic or other binders. They consist of a large filler and ceramics binder. Comparison of quality characteris-tics obtained from the same raw materials,by the method of refractory concretes production and other known ways of shaping indicate that this type of material has a higher apparent density, mechanical strength and thermal stability. It binds at low temperature, which ranking them among the materials with favorable energy balans. The history of the development of this type of material, the principles of pro-duction, technological line, types depending on the used raw materials, with emphasis on the advantages and disadvantages of the technology, will be pre-sented in this study. Key words: Refractory concretes, cementless concretes, aluminosilicates,

highly concentrated binding suspensions

1. Istorijat Početkom razvoja tehnologije keramobetona u novijoj istoriji se smatra razvi-

tak tehnologije kvarcne keramike, za koju su 1965.godine postavljeni osnovni principi koji važe za visoko koncentrovane vezujuće suspenzije – VKVS. Pokazalo se ubrzo da za-konomernosti utvrdjene pri dobijanju proizvoda na bazi amorfnog SiO2 važe iza druge polazne materijale, kako alumosilikatne tako i oksidne, odnosno da je princip izrade uni-verzalan.

Godine 1976. objavljena su prva saopštenja o keramobetonima kao klasi mate-rijala koji su razvijeni sa ciljem da prevaziđu problem nejednakih karakteristika veziva i punilaca, pri čemu su dobijene bolje odgovarajuće karakteristike proizvoda , od čega je najvažnija dobra mehanička čvrstoća pod opterećenjem na visokim temperaturama kao


i odsustvo skupljanja u svim fazama. Dovoljna mehanička čvrstoća posle sušenja dozvo-ljava upotrebu keramobetona ne samo kao neoblikovanih već i oblikovanih krupnoga-baritnih proizvoda.

Interesantne su i prezentacije materijala koje dobijamo od arheologa, o mate-rijalima iz drevnih vremena. 2. Principi izrade

Keramobetoni su materijali dobijeni korišćenjem vezujućih svojstava visoko koncentrovanih keramičkih suspenzija, koje služe kao vezivo zrnu istog ili drugačijeg sastava, u zavisnosti od toga kakve krajnje karakteristike želimo da postignemo.

Suspenzije se dobijaju mokrim mlevenjem materijala u uslovima visoke kon-centracije čvrste faze, pri čemu se stvara odredjena količina koloida, koja obezbeđuje svojstva vezivosti. Sa fizičke tačke gledišta u procesu stvaranja visoko koncentrovanih vezujućih suspenzija dolazi do složenih koloidno-hemijskih uzajamnih dejstava između tečne i čvrste faze, koja su uslovljena jako razvijenom međufaznom površinom i visokim vrednostima površinske energije.

Za dobijanje odgovarajućih vezujućih svojstava potrebno je ispoštovati niz parametara od kojih je možda najpresudnija pH vrednost, ali su takođe značajni tem-peratura i vreme odvijanja procesa. Udeo čvrste faze u visokih karakteristka vatrostal-nim smešama/masama (VKVS) bitno utiče na parameter proizvoda: gustinu, poroznost i čvrstoću. Uopšteno može se reći da se tehnologija dobijanja VKVS sastoji u finom mok-rom mlevenju polaznog materijala, pri čemu je disperziona sredina uglavnom voda sa dodacima elektrolita za regulisanje pH vrednosti i dopunska stabilizacija, koja pred-stavlja gravitaciono premešavanje u određenom optimalnom vremenu uz određenu br-zinu procesa. Karakteristike suspenzije dobijene u procesu mokrog mlevenja su: granu-lometrijski sastav, viskoznost i stepen rastvorene čvrste faze.

Dopunska stabilizacija ili auto stabilizacija je posebna tehnološka operacija, ko-ja omogućava da se suštinski poboljšaju svojstva VKVS posle mokrog mlevenja, kroz do-punsko smanjenje viskoznosti i povećanje sedimentacione postojanosti. Na ovaj način se koloidna faza dobijena pri mokrom mlevenju stabilizuje, a istovremeno dolazi do akti-viranja površine čestica čvrste faze na makro nivou koji je određen sedimentacionim za-konima i mikro nivou, gde vladaju zakonitosti Braunovog kretanja. Ova operacija bitno poboljšava karakteristike proizvoda: povećava gustinu i mehaničku čvrstoću odlivka do-bijenog na bazi suspenzije.

Obrazovanje strukture između VKVS i punioca se dešava kao proces kvašenja i kapilarnog isisavanja tečnosti iz veziva u pore punioca, pri čemu dolazi do zgušnjavanja strukture. Ovaj proces je određen zapreminskim udelom komponenata, poroznošću i strukturom pora punioca: aktivnom poroznošću, koncentracijom suspenzije i gustinom pakovanja njene vezujuće faze.

3. Tehnološka linija Dobijanje keramobetona obuhvata sledeće tehnološke operacije:

1. pripremu zrna, 2. pripremu suspenzije, 3. stabilizaciju suspenzije, 4. mešanje suspenzije i punioca, 5. vibriranje, 6. sušenje,


7. pečenje.

Slika 1. Primer tehnološke linije za dobijanja keramobetona

4. Tipovi keramobetona

Korišćenje vezujućih svojstava keramičkih suspenzija, a takođe i efekata očvrš-ćavanja omogućilo je da se razrade osnove tehnologija novih tipova keramičkih mate-rijala sa poboljšanim eksploatacionim osobinama: tehničke keramike, visokogusti liveni


vatrostalni materijali, visoko porozni materijali. Za sve ovo je korišćena široka lepeza polaznih materijala kako prirodnih-kvarcnih peskova i alumosilikata, tako i oni koji su prošli prethodnu termičku obradu, kao što su šamot, topljeni silicijumdioksid, korund, mulit, cirkondioksid, periklas, silicijum nitrid, silicijumkarbid, perlit, itd. Najrazličitijim kombinacijama ovih materijala su razrađeni neoblikovani i oblikovani keramobetoni.

Tabela 1. Tipovi i karakteristike keramo betona na bazi VKVS masa

Tipovi masa

Čvrstoća na pritisak, [Mpa]

110 °C 1200 °C 1350 °C 1450 °C 1550 °C

Kvarc-šamotna 15–20 60–80

Visokoaluminatni šamot 10–20 80–100

Sinterovani mulit 5–8 80–120

Kvarcno staklo 10 40–50

Eksperimentalna masa I (kvarc-šamotna) 6 60

Eksperimentalna masa II (kvarc-šamotna) 14 70

Njihove karakteristike su određene istim faktorima kao i kod tradicionalne ke-

ramike i vatrostalnih materijala. Koeficijent termičkog sirenja i toplotna provodljivost se ne razlikuju od svojstava tradicionalne keramike. Osnovne razlike su u nižem skupljanju posle sušenja i pečenja ili u njihovom odsustvu smanjenoj pojavi pukotina u tehnološ-kom procesu dobijanja i u upotrebi. Parametri materijala zavise od izbora sirovina, a pre svega veziva. Osnovni zahtev koji se postavlja pred vezivo je da mora da obezbedi do-voljnu čvrstoću odlivka posle formovanja i sušenja.

5. Zaključak U probama keramobetona urađenim u Šamot, Arandjelovac u periodu 1991. do

1993. godine je proverena i potvrđena tehnološka linija dobijanja keramobetona sa re-zultatima ispitivanja uzoraka uporedivim sa literaturnim podacima.

Posveta Rad posvećujem sa poštovanjem mome ocu Tanasku Uroševiću (1936–2007),

Jugoslovenskom vatrostalcu.

Literatura [1] Pivinski, J. E., Keramička veziva i keramobetoni, Metalurgija, Moskva, 1990. [2] Pivinski, J. E., Trubicin, M. A., Bescementni betoni, Ogneupori 8 (1990), pp. 8–16 [3] Pivinski, J. E., Visokokoncentrovane keramičke vezujuće suspenzije, Ogneupori 10 (1987), pp. 3–9


Značaj određivanja silikatne prašine pri preradi sirovina mineralnog porekla

Importance of determination of silicate dust in the processing of raw materials of mineral origin

Borislav Simendić, Vesna Petrović Visoka tehnička škola strukovnih studija, Novi Sad, Srbija

Apstrakt

Rad je baziran na analizi prašina rizičnih u radnoj okolini, posebno onih koje su prisutne u keramičkoj industriji, kao i sagledavanju negativnog uticaja istih na zdravlje lica koja su joj eksponirana. U radu su obrađeni rezultati merenja koncentracija prašina pri preradi prirodnog kamena. Cilj rada je upoznavanje sa oboljenjima koja su posledica prisustva silikatne prašine u radnoj sredini, kao i značaj prevencije od istih, tačnije mere zaštite na radu pri uslovima u ko-jima je prisutna prašina. U radu je pokazano da u zavisnosti od klimatskih i radnih uslova u preradi prirodnog kamena se menja koncentracija prašine u radnoj sredini. Najveću opasnost za zdravlje zaposlenih predstavljaju klimatski uslovi sa najmanjim sadržajem vlage. U slučaju brušenja granita bez ventila-cije je izmerena maksimalna koncentracija prašine od 77 mg/m3. Ključne reči: silikatna prašina, koncentaracija prašine, granit, silikoza

Abstract

This paper is based on an analysis of the dust that are risky in the work envi-ronment, especially those that are present in the ceramic industry, as well as a negative perception of their impact on the health of persons exposed to it. The paper deals with the results of measuring the concentration of dust in the pro-cessing of natural stone. The aim of this work is dating with diseases that con-sequence of the presence of silicate dust in the working environment, and the importance of prevention of the same, namely safety at work under conditions where dust is present. It is shown that depending on the climate and working conditions in the processing of natural stone the concentration of dust in the working environment is changing. The greatest threats to the health of em-ployees are climatic conditions with the lowest moisture content. In case of sanding granite without ventilation the maximum dust concentration of 77 mg/m3 was measured. Key words: silicate dust, dust concentration, granite, silicosis

1. Prašina Prašina je materija koja se javlja u gotovo svim industrijskim granama, bilo da

se upotrebljava kao sirovina, koristan proizvod (npr. brašno, šećer u prahu), ili se stva-raju kao međuproizvodi, otpadne materije ili finalni proizvodi i može imati izuzetno šte-tan uticaj na zdravlje ljudi, pogotovo ako su joj kontinualno izloženi. Pojam prašina se koristi, kao širi pojam za nečistoće u vazduhu u radnom prostoru i atmosferi okoline. Kada je potrebno da se istakne kvalitet disperzije u gasu, koriste se termini: koloidna prašina, fina prašina ili puder i gruba prašina. Ostale definicije prašine proističu iz raz-


ličitih standarada tako prema evropskom standardu EN 61241-10 prašine su sve male čvrste čestice u atmosferi, uključujući vlakanca i pahulje, koje se talože usled vlastite te-žine ali koje mogu neko vreme lebdeti raspršene u vazduhu (uključujući prašinu i pesak prema ISO 4225). Po britanskom standardu MDHS14/3, prašina se uglavnom smatra aerosolom čvrstih čestica, mehanički proizvedenih, sa pojedinačnim prečnikom čestica iznad 0,1 µm.

Velika količina prašine nalazi se blizu izvora prašine i predstavlja opasnost po ljudsko zdravlje. Ako se udišu, mnoge od ovih većih čestica prašine se izbacuju kašljem. Ipak, udisanje velikih čestica prašine (>10 μm) može predstavljati rizik po zdravlje ako su čestice otrovne, bez obzira na to gde se čestice odlažu u respiratornom sistemu. Finije čestice prašine (prečnik <10 μm) koje ostaju u suspenziji u atmosferi, mnogo duži period (respirabilna frakcija), većina između 10 i 5 μm postaju zarobljene u gornjem respire-tornom traktu i na kraju se uklanjaju kašljem.

1.1. Silikatna prašina

Silikatna prašina je termin koji se koristi da se označi atmosferski aerosol koji potiče od suspenzije minerala zemljišta i u svom sastavu ima silicijum dioksid. Ljudska aktivnost dovodi do 30% povećanja prašine u atmosferi.

Glavna opasnost od izlaganja silikatnoj prašini je silikoza. Kada se udahnu vrlo fine čestice prašine, one mogu da se akumuliraju u plućima izazivajući obolenja čiji je za-jednički naziv pneumokonioza. Respirabilne prašine sastoje se od čestica koje imaju ma-lu zapreminu, tako da mogu da uđu u unutrašnje delova pluća. Respirabilna prašina nije vidljiva golim okom. Opasnost od silikatne prašine pri udisanju u velikoj meri zavisi od sastava prašine, koncentracije, veličine čestica i vremena izloženosti [1].

Silicijum dioksid (SiO2) kao glavni sastojak silikatne prašine, veštačkim putem nastaje pri redukciji kvarca visoke čistoće i uglja u elektrolučnim pećima u procesu pro-izvodnje silikonskih i ferosilikonskih legura. Sastoji se iz veoma sitnih zrna sfernog obli-ka i sadrži najmanje 85 mas.% amfornog silicijum dioksida. Specifična površina silikatne prašine iznosi najmanje 15 m2/g. Silicijum-dioksid se još naziva i silika [2–4].

Silika se javlja kao prirodna komponenta mnogih materijala i koristi se ili susre-će u aktivnostima izgradnje objekata. Kristalni silicijum dioksid je uzrok bolesti pluća. Kristalni silicijum dioksid je prisutan i značajan u pesku i granitu, a i često u oblicima kao što su glina i škriljci. On se takođe može da nađe u kredi, krečnjaku i drugim stena-ma, mada je to retko. Proizvodi kao što su beton i malter takođe sadrže kristalni silicijum dioksid. Praškasti oblik kvarca, koji se naziva silicijumovo brašno se koristi u proiz-vodnji finog porcelana. Silika je jedan od najčešćih minerala u kori zemlje. Stakla, pesak, silikatni materijali i granit su izgrađeni od silike. Postoje dva oblika silike, kristalni i ne-kristalni oblik. Kristalni silicijumdioksid predstavlja veću opasnost za zdravlje naših pluća. Najčešći oblik kristalnog silicijum dioksida je kvarc, koji se nalazi u pesku, šljunku, glini, granitu, infuzorijskoj zemlji i u mnogim stenama. Nekristalni silicijum-dioksid se nalazi u staklu, silicijum karbidu i silikonu. Ovi materijali su mnogo manje opasni za plu-ća [3–5].

Kada govorimo o izlaganju siliki, onda pažnju usmeravamo na kristalni silicijum dioksid tj. kvarc. Građevinski radnici mogu biti izloženi njegovom uticaju pri radu tj. pri sečenju, brušenju, bušenju, mešanju ili rušenju materijala koji sadrži siliku. Veličina čes-tica silike (slika 1) u vazduhu određuje stepen rizika po zdravlje. Manje čestice mogu da se duboko udahnu u pluća, gde mogu izazvati oštećenje. Veće čestice, kao što su pesak,


nisu tako veliki problem, jer su previše veliki da se udahnu i zato ne prave takav prob-lem kao male čestice [5].

Slika 1. Veličina čestica silike

Građevinski radnici su pod rizikom od razvoja silikoze i drugih bolesti pluća ako udišu visok nivo koncentracije kamene prašine i prašine od betona. Opasnosti po zdravlje su posebno izražene kod čestica silicijum dioksida koje su manje od 2,5 μm, koje se još nazivaju respirabilna prašina.

Već je rečeno da prisustvo kristalnog slobodnog silicijuma dioksida, može da izazove silikozu. Silikatne čestice kada se nađu u plućnom tkivu, izazivaju ožiljke. Ožiljci pluća izazivaju kočenje koji će ometati disanje i izazivati kratak dah. Ovo može dovesti do trajnih srčanih i plućnih bolesti [1, 2].

Razvoj silikoza zavisi od više faktora, uključujući: količinu i vrstu prašine koja je udahnuta, procenat slobodnog silicijum dioksida u prašini, oblik silicijum dioksida, veli-činu čestice silicijum dioksida, trajanje izloženosti takvoj prašini, imunitet pojedinca, pri-sustvo ili odsustvo faktora komplikacije (kao što su infekcije).

Kristobalit i tridimit, kao drugi oblici slobodnog silicijuma dioksida, koji više su toksični od samog kvarca, a time i imaju niže limite granične izloženosti prašini. Da bi se procenila opasnost od izlaganja silikatnoj prašini, treba prvo uzeti u obzir sadržaj kvarca ili drugih oblika slobodnog silicijuma dioksida. Dozvoljena izloženost ili prag granične vrednosti za mineralnu prašinu koja sadrži kristale bez silicijum dioksida zavisi od ana-lize uzorka respirabilne prašine. Prag granične vrednosti će varirati u zavisnosti od pro-centa slobodnog silicijum dioksida u prašini. Za veliku većinu respirabilne mineralne prašine, prag granične vrednosti će biti u rasponu od 0,1–3,3 mg/m³. Kada je procenat slobodnog silicijum dioksida veći, prag granične vrednosti će biti niži [4–6].

U slučaju povećanog prisustva silikatna prašina će u prvom kontaktu izazvati iritaciju očiju, nosa i grla, kao i većina drugih prašina. Međutim, ako se prekomerne koli-čine silicijumove prašine udahnu u pluća tokom određenog vremenskog perioda, može izazvati oštećenja plućnog tkiva (slika 2).

Na osnovu opsežno sprovedenog monitoringa silicijum dioksidu je dodeljena maksimalna granica izloženosti (MEL) od 0,3 mg/m3 [2, 4]. To znači da izloženost res-pirabilnom kristalnom silicijum dioksidu treba smanjiti onoliko koliko je i izvodljivo, u svakom slučaju ispod maksimalne granice izloženosti (MEL).


Slika 2. Uticaj silicijum dioksida na bronhije

Od aktivnosti koje mogu izložiti radnika ali i prisutne osobe prašini posebno treba istaći: istovar kamena, renoviranje fasada; eksploziju pri čišćenju objekata, naro-čito koristeći pesak, rušenje velikih zgrada, sečenje ili bušenje i bušenje tunela.

Upotreba električnih aparata za sečenje kamena će dovesti do visoke izlože-nosti prašini tokom rada. Za druge aktivnosti, izlaganje će često zavisiti od toga koliko je ograničen radni prostor, prisustvo ili odsustvo ventilacije i u kojoj je blizini izvor pra-šine od zone udisanja radnika.

Iz svega napred navedenog se nameće potreba kontrole prašine u radnoj sre-dini u kojoj se vrši manipulacija sa silikatnom prašinom. Prvi korak je uzimanje uzoraka prašine.

1.1.1. Činioci od kojih zavisi pravilno uzimanje uzoraka Ispravnost podataka dobijenih analizom zavisi od pravilnog i stručnog uzi-

manja uzoraka. Uzorak vazduha za analizu treba što približnije da predstavlja sastav ispitivanog vazduha. S obzirom da je kocentacija zagađivača u vazduhu najčešće pro-menljiva, ispravniji rezultati se mogu dobiti, ako se analizira veći broj uzoraka uzetih u toku određenog vremena na jednom ili na raznim mestima [4, 6].

Pre uzimanja uzoraka vazduha treba odre-diti: merno mesto, vreme potrebno za uzimanje uzorka, brzinu protoka vazduha, ako se vrši o-bogaćivanje zagađivača, trajanje merenja i uče-stalost merenja.

Merno mesto (slika 3) tj. mesto na kojem se uzima uzorak ili postavlja stanica za merenje bira se zavisno od položaja izvora zagađenja, vr-ste zagađivača koji se određuje i od mete-oroloških i topografskih uslova. Slika 3. Raspored mernih mesta


Brzina protoka vazduha pri uzimanju uzorka zavisi od brzine reakcije zaga-đivača sa apsorpcionim rastvorom i od zapremine rastvora u kojem se vrši apsorpcija.

S obzirom da se kocentracija zagađivača menja ne samo u toku dana već i u to-ku godišnjih doba, ispravna predstava o zagađivanju vazduha okoline može se dobiti samo ako trajanje merenja nije kraće od godinu dana.

Učestalost merenja na jednom mernom mestu odgovara broju od 100 merenja godišnje, pri čemu se dani i delovi dana u kojima se vrši merenje odaberu nasumice, vodeći računa da budu ravnomerno raspoređeni u toku godine.

Nezavisno od ovakvog sistema merenja zagađenosti, kocentracije zagađivača u vazduhu okoline, koncentraciju prašine treba određivati kad god okolnosti to zahtevaju i na mestima za koja postoji sumnja da su ugrožena.

2. Eksperimentalni deo Prašina koja nastaje pri obradi tj. brušenju i sečenju prirodnog kamena, mer-

mera-granita je prašina sa pretežnim sadržajem SiO2 (kristalni silicijum). Ova fina praši-na naziva se još i respiratorna kristalna silika (RCS).

Ovakva prašina prouzrokuje plućne fibroze u vidu silikoze, kada se radi o pra-šini sa pretežnim sadržajem SiO2 i razne vrste pneumokonioza, kada se radi o mešanim prašinama sa manjim sadržajem kremena.

Granit je magmatska stena i formirana je iz magme. Slika 4 prikazuje boje gra-nita, od svetlo ružičaste, crvenkaste sve do sive. Granit u izvesnoj meri sadrži radio-aktivne elemente. Sadržaj uranijuma je oko 10 do 20 ppm. Crni granit sadrži uranijum u granicama od 1 do 5 ppm, što otprilike odgovara krečnjaku i sedimentnim stenama.

Slika 4. Granit: a) Azul Noce, b) Santa Cecilia, c) Gran Violet, d) Lavanda Blue

Granit predstavlja potencijalni rizik zbog radioaktivnosti, jer se uranijum ras-pada, stvarajući radon, ali najveću opasnost predstavljaju α-SiO2 čestice, koje se vežu sa prašinom.

Takva prašina, zadržavajući se u plućima povećava opasnost pojave raka. Sa druge strane prilikom mehaničkog tretmana granita oslobađa se prašina, koja predstav-lja potencijalnu opasnost za ljudsko zdravlje.

Po nacionalnom standardu JUS.Z.B0.001/1991 maksimalno dozvoljena koncen-tracija (MDK) za ukupnu prašinu granita iznosi 6 mg/m3. Približan sadržaj kvarca u ka-menu dat je u tabeli 1.


Тabela 1. Sadržaj kvarca u kamenu

Granit 20–45%, uobičajeno 30%

Krečnjak <2%

Peščar 70–90%

Škriljac (crep) 20–40%

Mermer <2%

Evropski standardi HSE predlažu korišćenje kamena sa manjim sadržajem sili-

cijum dioksida i korišćenje različitih radnih procesa da bi se smanjila izloženost prašini. Vrednosti prosečnih granica izloženosti u Britanskom standardu MDHS14/3, mogu se dobiti na internet stranicama Casella web sajta.

2.1. Određivanje koncentracije prašine Merenje prašine je izvršeno u kamenorezačkoj radionici, pomoću uređaja

Microdust Pro u skladu sa Zakonom o bezbednosti i zdravlju na radu (Službeni glasnik R. Srbije, br. 101/05) i Pravilnikom o postupku pregleda i ispitivanja opreme za rad i ispiti-vanja uslova radne okoline (Službeni glasnik R. Srbije, br. 94/2006). Ispitivanje prašine neorganskog porekla (silikatne prašine) mermera – granita izvršeno je u pogonu bez sis-tema za ventilaciju metodom direktnog očitavanja prosečne vrednosti masene koncen-tracije ukupne prašine (TWA) pri obavljanju svih radnih procesa (slika 5).

Slika 5. Postupak brušenja granita u kamenorezačkoj radionici


3. Rezultati Prikaz rezultata merenja u kamenorezačkoj radionici dat je u tabeli 2.

Тabela 2. Rezultati merenja u kamenorezačkoj radionici

Vrsta posla Маksimalna vrednost [mg/m3]

TWA-prosečna vrednost [mg/m3]

MDK-maksimalno dozvoljena

koncentracija [mg/m3] Brušenje na suvo bez

ventilacije 55,7 22,0 6

Brušenje sa vodom bez ventilacije 1 3,1 6

Sečenje sa vodom bez ventilacije 75,9 13,0 6

Urezivanje slova sa ventilacijom 6,7 3 6

Na osnovu prikazanih rezultata možemo uočiti da vrednosti koncentracije pra-

šine u radnoj sredini u slučaju obrade granita bez.

4. Zaključci Glavna opasnost od izlaganja silikatnoj prašini je silikoza. Kada se udahnu vrlo

fine čestice prašine, one mogu da se akumuliraju u plućima, i to može dovesti do bolesti koje se zajednički nazivaju pneumokonioze.

Opasnost od silikatne prašine pri udisanju je posebno izražena kod čestica koje su manje od 2,5 μm, koje se nazivaju još i respirabilna prašina. Respirabilne prašine se sastoji od čestica koje imaju malu zapreminu, tako da mogu da uđu u unutrašnje delova pluća. Posebna opasnost od respirabilne prašine je da se ne vide golim okom, čime se otežava njena kontrola.

U radu je pokazano da u zavisnosti od fizičkih karakteristika sirovina i radnih uslova u procesu sečenja i brušenja granitnih materijala, radnici su konstantno izloženi povećanim količinama prašine.

Najveća koncentracija prašine u iznosu od 75,9 mg/m3 je izmerana pri sečenju granita bez ventilacije. U slučaju brušenja granita uvođenjem vode u proces značajno je smanjena koncentacija prašine od 22 mg/m3 na srednju prosčnu vrednost-TWA od 3,1 mg/m3.

Literatura [1] Mikov, M., Praktikum iz medicine rada, Ortomedics, Novi Sad, 2006. [2] ***, Ulmann’s Encyclopedia of industrial Chemistry, Vol. 4, Wiley-VCH, Weinhein, 2003. [3] ***, Toxic Chemicals in the Workplace, Book Division, Gulf Publishing Company, Houston, Texas,

1996. [4] Simendić, B., Milanko, V., Marinković, V., Značaj određivanja prašine mineralnog porekla u kera-

mičkoj indsutriji, Bezbednosni inženjering, Novi Sad, 2012. [5] ***, Sintetische nanomaterialen; Riskobeurteilung und Riskomanagment Grundbereich zum

Aktionplan, Schweizerische Eidgenossenschaft 21/07. [6] Milanko, V., Simendić, B., Kovačević, R., Neophodnost određivanja opasnih količina prašine u

indsutriji, Bezbednosni inženjering, Kopaonik, 2010.



Documents

Priprema mineralnih sirovina i vatrostalstvo 1 - rosov.rs · PDF fileoduvek bio početak svake primenjene tehnologije. ... betona- siporeksa ... Osnove procesa industrijskog dobijanja