SADRŽAJ UVOD - rudar.rgn.hrmklanfar/nids_mklanfar... · flotacija, magnetska i elektrostati čka separacija, te gravitacijska koncentracija. 1. Ležišta kremenog pijeska u Republici

D. Vrkljan Kremeni pijesci

Tehnologija nemetalnih mineralnih sirovina RGN-fakultet Zagreb 2011.

SADRŽAJ

UVOD 1. Ležišta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj 2. Eksploatacija kremenog pijeska u zadnjem deseteljeću 2.1. Eksploatacijske rezerve kremenog pijeska 3. Eksploatacijska polja kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

3.1. Eksploatacijsko polje "Tiglin - Horvatska"

3.2. Eksploatacijsko polje "Štefanac" 3.3. Eksploatacijsko polje "Španovica" 3.4. Eksploatacijsko polje "Branešci" 3.5. Eksploatacijsko polje "Vrtlinska" 3.6. Eksploatacijsko polje "Vranić" 4. Eksploatacija kremenog pijeska u svijetu

5. Značaj i upotreba kremenog pijeska 5.1. Upotreba 5.1.1. Proizvodnju stakla i keramike 5.1.2. Ljevaonički pijesak 5.1.3. Punila 5.1.4. Abrazivna sredstva 5.1.5. Podupirači 5.1.6. Filtracija pitke i otpadne vode 5.1.7. Pijesak za sportske terene i građevinski materijal 6. Uvjeti kvalitete ležišta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj za industrijsku proizvodnju



7. Oplemenjivanje kremenog pijeska Literatura



UVOD

Silikati su najveći razred minerala (stijena na Zemlji su 95% silikati), građeni većinom od

silicija i kisika, uz dodatke iona aluminija, magnezija, željeza, kalcija i drugih. Dijele se prema strukturi njihove silikatne anionske grupe. Tektosilikati su najveća grupa silikata, njeni minerali čine gotovo 75% Zemljine kore. Imaju trodimenzionalne okvire silikatnih tetraedarskih aniona u kojima je omjer silicija i kisika 1:2.. U tektosilikate spadaju kvarc, feldspati (kalijevi feldspati: mikroklin, sanidin, ortoklas), plagioklasi (albit, oligoklas, andezitm, labradorit, anortit) i zeoliti.

Kristalna struktura silicijevog dioksida sastoji se od jednog atoma silicija vezanog za

četiri okolna atoma kisika te tako stvaraju trodimenzionalnu mrežu SiO4 tetraedara. Približno 64% Zemljine kore sastoji se od minerala napravljenih oko trodimenzionalnog okvira međusobno povezanih SiO4 tetraedara. Ti minerali pripadaju skupini tektosilikata u kojoj se ioni kisika u svakom SiO4 tetraedru dijele sa susjednim tetraedrom. To rezultira stabilnom, snažno povezanom strukturom u kojoj je omjer silicija i kisika 1:2. Kremeni pijesci u Republici Hrvatskoj, obzirom na značajne eksploatacijske rezerve, eksploatiraju se relativno malo. U Republici Hrvatskoj postoji 17 odobrenih eksploatacijskih polja kremenog pijeska (2011. godine). U pravilu na većini eksploatacijskih polja kremenog pijeska nema otkopavanja mineralne sirovine (tijekom 2010. godine eksploatacija je izvođena svega na tri eksploatacijska polja). Otkopane količine kremenog pijeska u razdoblju 2001. do 2010. godine bilježe velike oscilacije. U posljednjem desetljeću maksimalna eksploatacija ostvarena je 2005. godine u količini od 320 000 tona. Nakon toga otkopane količine, zahvaljujući i recesiji nakon 2008. godine, sve su manje tako da je 2010. godine otkopano oko 80 000 tona.

Na drugoj strani eksploatacijske rezerve kremenog pijeska su znatne i 2010. godine iznose gotovo 35 miliona tona. Ovisno o fizičko – kemijskim značajkama (granulometrijski sastav, kemijski i mineraloški sastav, sadržaj vlage i dr.) kremeni pijesak ima široku primjenu u različitim industrijskim granama: za proizvodnju stakla, u ljevaoničkoj industriji, za punila u proizvodnji boja i premaza, za filtraciju vode, u industriji građevinskog materijala i dr. Kremena sirovina za primjenu u određenim granama industrije mora ispuniti stroge uvjete kvalitete. Za ispunjavanja ovih uvjeta kvalitete rovni kremeni pijesak mora proći različite oplemenjivačke postupke. Tržišna cijena kremenog pijeska znatno varira ovisno o uporabi pijesak, odnosno o sastavu pijeska. Općenito, ispunjavanjem uvjeta kvalitete koje zahtjevaju industrijske tehnologije, posebice u pogledu čistoće (visokog sadržaja SiO2), niskog sadržaja nečistoća (posebice željeznih oksida) i granulometrijskog sastava, oplemenjeni industrijski kremeni pijesci postižu i preko desetorostruku tržnu vrijednost u odnosu na sirovi rovni kremeni pijesak.

Postoje stroge specifikacije uvjeta kvalitete određenih industrijskih grana obzirom na čistoću kremenog pijeska i sadržaj različitih primjesa u njemu. Među mnogobrojnim primjesama



mogu postojati i korisni koji se mogu iskoristiti, poput tinjca, cirkona, rutila, granata, apatita, turmalina i dr.

Najzahtjevnije uvjete kvalitete spram kremenog pijeska postavljaju proizvođači stakla: što viši sadržaj SiO2 ( >95 % ) i što niži sadržaj štetnih komponenti koje mogu izazvati različite mrlje i obojenja.

Kvaliteta eksploatacijskih rezervi kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj nije zadovoljavajuća. Prosječni sadržaj SiO2 ne prelazi 95 % ili je znatno manji tako da ne zadovoljava uvjete kvalitete za uporabu u staklarskoj industriji i ljevarstvu. Obzirom na sastav rovni kremeni pijesak može se upotrebljavati u građevinskoj industriji, kao abrazivno sredstvo, kod sportskih terena i dr.

Oplemenjivanjem kremenog pijeska uklanjamo različite nečistoće i omogućavamo dobivanje sirovine kvalitete koju zahtjeva tržište. Dodana vrijednost oplemenjenog kremenog pijeska je i do desetak puta veća u odnosu na rovni kremeni pijesak. Najčešći postupci oplemenjivanja koji se danas koriste su pranje, mehaničko i kemijsko atricijsko čišćenje, flotacija, magnetska i elektrostatička separacija, te gravitacijska koncentracija.

1. Ležišta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

Kremeni pijesak nastaje mehaničkim raspadanjem i kemijskom razgradnjom stijena

koje sadrže kvarc – granit, pješčenjaka, kvarcita, i dr. Ležišta kremenog pijeska možemo naći u većini tipova stijena svih geoloških doba te praktički bilo gdje na svijetu. Ležišta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj različita su po postanku i mogu se razvrstati u četiri skupine (Marković):

- sedimentana ležišta pijeska i pješčenjaka iz skupine marinskih i jezerskih rezistata

permsko – trijaske, miocenske, pliocenske, pliocenske – pleistocenske i kvartarne starosti;

- silicijske stijene razvijene u karbonatnim naslagama gornjojurske i donjokredne starosti; - kvartarni kremeni pijesci eolskog podrijetla i ; - pegmatitne žice Veličinom, kvalitetom i značenjem ističu se ležišta prvih dvaju genetskih tipova.

Iskorištavanje kvarca iz pegmatitnih žica zabilježeno je samo u dalekoj prošlosti, dok su nalazišta kvalitetnih kremenih pijesaka eolskog podrijetala rijetka i beznačajna te otkopavana samo za potrebe lokalnog graditeljstva.

Ležišta kremenih pijesaka i/ili pješčenjaka (ponegdje i sitnozrnatih kvarcnih konglomerata) nalaze se u više stratigrafskih razina. Unutar permsko – trijaskih naslaga ležišta su otkrivena u Papuku i Lici, u miocenskim taložinama u Hrvatskom zagorju, u pliocenskim sedimentima na obodima Moslovačke gore, Papuka i Psunja, u pliocensko–pleistocenskim naslagama u Hrvatskom zagorju, oko Ozlja i Karlovca, u Kordunu i Baniji. Postoje i nalazišta holocenske starosti nastala naplavljivanjem materijala što potječu od trošenja primarnih ležišta, ali ona nisu imala većeg gospodarskog značenja.



Silicijske su stijene u karbonatnim naslagama razvijene u dvije stratigrafske razine: unutar gornjojurskih taložina nalaze se u Lici i Dalmaciji, dok su unutar donjokrednih naslaga istaložene u Istri i na otoku Visu. U oba su horizonta ove tvorevine često zastupljene u zamjetnim količinama i do sada su iskorištavane na nizu mjesta – jurske u Svilaji i podnožju Dinare, a kredne u Istri i na Visu. Potencijalna nalazišta jurskih kvarcnih materijala Like u rudarskom smislu još nisu istražena.

Kremeni pijesci eolskog podrijetla poznata su samo u okolici sela Vrane u Dalmaciji i nedaleko Pučišća na otoku Braču. Pretpostavlja se da ti kremeni pijesci imaju više od 90 % SiO2.

Kvarc iz pegmatitnih žica je vrlo malo iskorištavan, a rijetka su istraživanja ovih žica u

Moslovačkoj gori, Psunju i Papuku bila usmjerena isključivo na nalaženje muskovita i feldspata. Poznate su dvije lokacije na kojima je lomljen žični kvarc:

- u Psunju, otkopavana je 0,5 – 1,5 m debela kvarcna žica za potrebe tvornice

ferolegura u Šibeniku, - u Papuku, iz pegmatitnih žica vađen je kvarc za staklanu koja je nekada radila u

Zvečevu 2. Eksploatacija kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj u zadnjem desetljeću

Hrvatska sadrži velike rezerve kremenog pijeska, ali njegova eksploatacija je zanemariva u

odnosu na njegov ukupni potencijal. Eksploatacija kremenog pijeska (Slika 1.) u Republici Hrvatskoj od 2001. do 2010. godine

bilježi znatne varijacije u količinama i kreće se od 81 000 tona (2010. godina) do maksimalnih 320 000 tona (2005. godine).

Slika 1. Eksploatacija kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj



2.1. Eksploatacijske rezerve kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

Kremeni pijesak među nemetalnim mineralnim sirovinama u Republici Hrvatskoj, obzirom na količinu utvrđenih eksploatcijskih rezervi, zauzima značajno mjesto.

Rubno područje slavonskih planina je najperspektivnije područje za i istraživanje i

eksploataciju kremenog pijeska (Krkalo, 1998.). Samo u ležištima Slavonije i Moslavine koja su istražena od 1971. do 1991. godine utvrđeno je preko 52 milijuna bilančnih rezervi.

Također, poznata su i brojna ležišta kremenog pijeska na području Istre, Hrvatskog zagorja,

Dalmacije, Like, Korduna, Banije, Podravine i Posavine (Sobota, 2009.). Utvrđene eksploatacijske rezerve kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj u razdoblju od

2001. do 2010. godine kretale su se između 22 i 46 milijuna tona. Vrhunac su postigle 2007. godine nakon čega su eksploatacijske rezerve smanjene na ispod 35 miliona tona. Eksploatacijske rezerve su ustvari znatno veće budući u navedene količine nisu uračunate rezerve iz nekih eksploatacijskih polja gdje podaci nisu dostupni, posebice se to odnosi na po površini najveće eksploatacijsko polje „Šaulaga jug“ u Istri.

Slika 2. Eksploatacijske rezerve kremenog pijeska od 2001. do 2010. godine



Tablica 2. Eksploatacijske rezerve kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj po eksploatacijskim poljima u 2010. godini

Županija Eksploatacijsko polje Površina (ha) Eksploatacijske rezerve,

tona

Branešci 82,5 13 733 442

Španovica (Novo selo) 33 5 246 000

Vranić 36,4 1 166 665

Jagma 6 14,50 363 000

Livađani 12,8 Nema dostupnih podataka

Požeško- Slavonska Medinac 47,4 386 429

Vrtlinska 99,5 9 575 760 Bjelovarsko-Bilogorska Štefanac 28,8 1 152 340 Suhaja (Poljana) 369,3 2 855 700

Pješčanica 34,1 6 319 217 Sisačko-Moslovačka Slavsko polje 15,1 nema dostupnih podataka Podgorje 5,4 nema dostupnih podataka

Varaždinska Tiglin-Horvatska 420 599 148 Basarovac 105,8 2 437 624 Karlovačka Mazalica 15,7 0,5 Brezovi rebar 2 804 287

Istarska Šaulaga Jug 1411 nema dostupnih podataka Σ 17 2731,3 46 639 612,5

Eksploatacijska polja kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj smještena su u 6 županija (tablica 2).

Unutar Požeško-slavonske županija nalaze se najveće rezerve kremenog pijeska, ali se tijekom 2010. godine nije eksploatiralo niti na jednom eksploatacijskom polju. Eksploatacije je tijekom 2010. godine izvođena na eksploatacijskim poljima: Štefanac (Bjelovarsko-Bilogorska županija), Tiglin-Horvatska (Varaždinska županija) i Brezovi rebar (Karlovačka županija). 3. Eksploatacijska polja kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

U Republici Hrvatskoj odobreno je 17 eksploatacijskih polja kremenog pijeska (tanblica 1). Ukupno je 9 nositelja odobrenih eksploatacijskih polja, gdje su pojedina rudarska trgovačka društva nositelji odobrenja na više eksploatacijskih polja. Na većini odobrenih eksploatacijskih polja trenutno nema eksploatacije ili ona nije ni odobrena.

Najviše je odobrenih eksploatacijskih polja u Požeško slavonskoj županiji (6 eksploatacijskih pola, 2 nositelja odobrenja), u okolici Pakraca, na obroncima Papuka i Psunja.



Nositelji odobrenja za eksploataciju su ujedno proizvođači stakla (automobilska, vjetrobranska stakla) i kremeni pijesak je prvenstveno sirovina za proizvodnju stakla.

Tablica 3. Eksploatacijska polja kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

Županija Eksploatacijsko polje Trgovačko društvo

Branešci Lipik-glas d.o.o

Španovica (Novo selo) Lipik-glas d.o.o

Požeško- Vranić Lipik-glas d.o.o

Slavonska Jagma 6 Industrija stakla i rudnici nemetala Lipik

Livađani Industrija stakla i rudnici nemetala Lipik

Medinac Lipik-glas d.o.o

Vrtlinska IGM d.d. Lepoglava

Bjelovarsko-Bilogorska Štefanac Agraria d.o.o.

Suhaja (Poljana) IGM d.d. Lepoglava

Pješčanica Top alea group d.o.o.

Sisačko-Moslovačka Slavsko polje Gro "Petrovac" Vrginmost

Podgorje Gro "Petrovac" Vrginmost

Varaždinska Tiglin-Horvacka IGM d.d. Lepoglava

Basarovac Inker d.d.

Karlovačka Mazalica Inker d.d.

Brezovi rebar Wienerberger Ilovac d.d.

Istarska Šaulaga Jug Ytong Croatia d.d.



Slika 3. Eksploatacijska polja kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj

Neka od eksploatacijskih polja su starija (Jagma kod Lipika sa flotacijom?) te su otprije sirovinska baza za staklarsku industriju (Hrvatska industrija ravnog stakla, Lipik) dok su druga novija, istražena u cilju supstitucije starih eksploatacijskih polja.

Nadalje, značajan broj eksploatacijskih polja smješten je unutar Bjelovarsko-bilogorske (zapadni obronci Moslavačke gore), Sisačko-moslavačke županije te Karlovačke županije. Na mnogim eksploatacijskim poljima ustvari nije ni ishođena rudarska koncesija za izvođenje rudarskih radova, odnosno koncesija za eksploataciju, tako da eksploatacija nikad nije ni započeta. Primjerice u Bjelovarsko-bilogorskoj županiji nalazi se jedno od najperspektivnijih ležišta kremenog pijeska „Vrtlinska“, znatnih količina eksploatacijskih rezervi, dobre kakvoće i dobrih uvjeta eksploatacije, međutim budući se nalazi unutar zone sanitarne zaštite pitke vode eksploatacija je zapriječena propisima o zaštiti podzemnih vodospremnika.



U ležištu „Pješčanica“, na Baniji, kremeni pijesci se nalaze u krovini ležišta treseta. Ležište je izvorno istraživano 70-desetih godina prošlog stoljeća na ugljen.

U ležištu „Tiglin-Horvacka“ u Varaždinskoj županiji kod grada Ivanića (znatne površine eksploatacijskog polja od 420 ha), nositelj koncesije za eksploataciju dospio je u stečaj i eksploatacija je obustavljena. U eksploatacijskom polju smještena je flotacija kremenog pijeska i oplemenjivan je kremeni pijesak za proizvodnju ambalažnog stakla.

U Karlovačkoj županiji kremeni pijesak se eksploatira na eksploatacijskom polju „Brezov rebar“ za potrebe proizvodnje opekarskih proizvoda. Na ostala dva eksploatacijska polja nositelj odobrenja je bivši proizvođač keramike tako da je na njima eksploatacija obustavljena.

U Istarskoj županiji, sjeverozapadno od Pule, nalazi se po površini najveće eksploatacijsko polje „Šaulaga jug“ znatnih rezervi, gdje je nositelj odobrenja renomirani proizvođač građevinskih proizvoda iz kremenog pijeska, koji je proizvodnju građevinskih proizvoda u Puli obustavio zbog nerentabilnosti. Valja spomenuti da na ovom polju također eksploatacija nikad nije izvođena. Kremeni pijesak otkopavao se jamski iz jame „Pinezići“ korištenjem dizel mehanizacije. Eksploatacija je obustavljena krajem 2000. godine i zapravo je zadnji rudnik sa podzemnom eksploatacijom u Republici Hrvatskoj (ne računajući eksploataciju arhitektonsko-građevnog kamena u ležištu „Kanfanar“ iz plitkih podzemnih galerija).

Odobrena eksploatacijska polja kremenog pijeska zauzimaju ukupnu površinu od 2731,3 ha. U prosjeku odobrena eksploatacijska polja kremenog pijeska zauzimaju znatne površine: cca 160 ha/eksploatacijskom polju. Međutim, kao što je već ranije rečeno na mnogima nikad nije ishođena koncesija za eksploataciju pa eksploatacija nije ni započeta tako da se u skoroj budućnosti može očekivati smanjenje, i broja i površine eksploatacijskih polja obzirom na naknadu koja se treba uplaćivati u proračun glede zauzetosti površine eksploatacijskih polja (1500/ha).

U nastavku dat je kratak prikaz prilika u značajnijim eksploatacijskim poljima kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj.

3.1. Eksploatacijsko polje "Tiglin - Horvatska"

Eksploatacijsko polje "Tiglin - Horvacka" nalazi se u blizini naselja Jerovec oko 6 km sjeverno od naselja Ivanec, u blizini je ceste Ivanec–Žarnovica, prometno je povezano s državnom cestom Trakošćan–Ivanec–Varaždin i željezničkom postajom Ivanec na pruzi Varaždin–Golubovec.

Površina eksploatacijskog polja je 420 ha. Ukupne rezerve (bilančne i izvanbilančne) iznose 937 160 tona, što je uz eksploatacijske gubitke od 5% 599 148 tona eksploatacijskih rezervi.

Ležište izgrađuju pliocenske i kvartarne naslage. Pliocen je predstavljen serijom sedimenata kontinetalnog facijesa. U donjim dijelovima serije nalazi se izmjena lapora, pijeska i glina s ugljenom (donji pliocen), a u gornjem dijelu su kremeni pijesak i pjeskovite ilovine (gornji pliocen). Kremeni pijesak prisutan je u naslagama debljine do 20 m. Kakvoća kremenog pijeska varira, naročito po vertikali, sadržaj SiO2 je u rasponu 82–88%, u pojedinim dijelovima je jako sitan i zaglinjen, pa je sadržaj SiO2 manji od 80%. Najkvalitetniji kremeni pijesak je u



središnjem dijelu ležišta dok krovinski i podinski dio ležišta karakterizira niski sadržaj SiO2 uz povišeni sadržaj Fe2O3. Stoga se krovinski dio otkopava s otkrivkom, a podinski se ostavlja. Glavni minerali su kvarc, feldspati, čestice stijena i listići muskovita. Zrna kvarca su subangularna. Feldspati se pojavljuju u nepravilnim trošnim zrnima omeđenim plohama kalavosti. Pijesci sadrže prosječno 3% teških metala. Najčešći su staurolit, disten, turmalin, rutil, dok su sporedni cirkon, titanit i epidot. U ležištu je utvrđena unakrsna slojevitost, uvjetovana izmjenom slabih i jačih strujanja vode za vrijeme sedimentacije naslaga (Plazibat, 2010).

Tablica 3-1. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Tiglin - Horvacka"

Oksid kemijskog elementa SiO2 Al203 Fe203 TiO2 gubitak žarenjem

Sadržaj ( % ) 80,95% 9,48% 2,78% 0,28% 2,64%

3.2. Eksploatacijsko polje "Štefanac"

Eksploatacijsko polje "Štefanac" nalazi se na obodnom rubnom području sjeverozapadnog

dijela Moslavačke gore, na području grada Čazme u Bjelovarsko-bilogorskoj županiji, južno od mjesta Suhaja (3 km sjeveroistočno od Vrtlinske). Dobro je prometno povezano, odnosno nalazi se uz prometnicu Čazma-Ludina, s kojom ga povezuje nasuta rudnička cesta u dužini 500 m.

Kremeni pijesci su nastali najvećim dijelom " in situ" na kori trošenja granitne podloge. Ispod sloja čistog pijeska je trošna prijelazna zona granita s povećanim sadržajem feldspata i tinjaca. Debljina sloja pijeska u ležištu je oko 12 m, a najveća je oko 20 m.

Prema utvrđenim eksploatacijskim rezervama može se uvrstiti u velika ležišta kremenog pijeska. Povoljne hidrogeološke i inženjersko-geološke značajke omogućuju jednostavnu eksploataciju gdje eksploatacijski gubici nisu veći od 5%. Planirana je proizvodnja kremenog pijeska 50 000 t/god. pa je obzirom na utvrđene rezerve vijek eksploatacije ležišta oko 40 godina. Najbliže planiranoj proizvodnji bili su 2007. godine kada je eksploatirano oko 48 000 t, a poslije se proizvodnja spustila ispod 34 000 t.

Slika 4. Lokalitet ležišta kremenog pijeska "Štefanac"



Glavni mineralni sastojci pijeska su kvarc i feldspati, a sadržaj "teških"minerala (magnetit, ilmenit i limonit) je između 0,5 i 4,5 %. U pijesku nisu zamijećene grude gline niti organski sastojci.

Slika 5. Eksploatacijsko polje "Štefanac"

Tablica 3.2. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Štefanac"

Oksid kemijskog elementa SiO2 Al203 Fe203 CaO MgO Na2O + K2O gubitak žarenjem

Sadržaj ( % ) 84,49% 4,79% 0,77% 0,44% 0,20% 3,49% 0,71%

Obzirom na kvalitetu pijeska moguća je njegova uspješna primjena u industriji i građevinarstvu, ali uz odgovarajuće postupke oplemenjivanja. Osim kremenog pijeska u ležištu su istražene i utvrđene keramičke gline koje imaju primjenu u građevinarstvu i proizvodnji keramičkih pločica.

3.3. Eksploatacijsko polje "Španovica"

Eksploatacijsko polje "Španovica" (Novo selo) smješteno je na jugozapadnim padinama

Ravne gore sjeverno od rijeke Pakre, udaljeno oko 10 km istočno od Pakraca, odnosno oko 20 km od postrojenja za oplemenjivanje u Jagmi (kod Lipika). Područje pripada masivu Papuka na granici s masivom Psunja. Eksploatacijsko polje zauzima površinu od 33 ha, a ukupna količina eksploatacijskih rezervi kremenog pijeska u ležištu je oko 5,2 milijuna t. Osim istražnih radova (bušenje i raskopi) na eksploatacijskom polju do 2009. godine nisu bili izvođeni rudarski radovi. Planirana godišnja proizvodnja kremenog pijeska je 100 000 tona, a vijek eksploatacije procjenjen je na 52 godine. U posljednjih 10 godina nije poznato da je eksploatacija izvođena. Ležište je izgrađeno od kremenih pijesaka donjeg ponta. Sloj kremenog pijeska je gotovo horizontalan, odnosno blago zaliježe prema jugoistoku. Srednja debljina sloja iznosi 32 m, a maksimalna 57,5 m. Značajka ležišta je da osim kremena u sastavu ima dosta feldspata (oko 14 %), dok su tinjci rijetki (prisutni samo u podinskim dijelovima sloja).



Tablica 3.3. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Španovica“ (Novo selo)


Sadržaj ( % ) 91,32% 4,30% 0,61% 0,12% 0,15% 2,32% 1,19%

U ukupnoj masi pijeska prevladavaju bijeli i žutobijelosivi srednjezrni pijesci. Na sjeveroistočnom dijelu ležišta sloj pijeska ima tendenciju postupnog isklinjavanja. Prisutna je izmjena okrupnjavanja zrna kremenog pijeska sa sve većim udjelom kremenih šljunaka. Prema jugozapadu pijesci su sve sitnozrniji. Pijesak predstavlja potencijalnu industrijsku sirovinu za upotrebu u staklarskoj i ljevačkoj industriji, a moguće je i izdvajanje feldspata iz pijeska kao još jedne vrijedne i tražene industrijske sirovine (Sobota, 2009; Mineral, 2005 ). 3.4. Eksploatacijsko polje "Branešci"

Istočno od ležišta "Španovica“ Novo selo nalazi se ležište "Branešci". Površina

eksploatacijskog polja je 82,56 ha, a ukupne količine kremenog pijeska u ležištu iznose oko 14,5 milijuna tona. Uz eksploatacijske gubitke od 5 % eksploatacijske rezerve iznose oko 13,7 milijuna tona. Ležište je danas praktički netaknuto jer još nisu počeli radovi na eksploataciji, odnosno otkrivci ležišta. Vijek eksploatacije ležišta procjenjuje se na 137 godina s planiranom godišnjom proizvodnjom 100 000 tona. Ležište donjopontske starosti izgrađeno je od gotovo horizontalnog sloja, blagog i postupnog pada prema jugu. Prosječna debljina sloja je 23,6 m, a najveća 42 m. Najvećim dijelom je iznad nivoa podzemnih voda. Tijelo kremenog pijeska ima na području ležišta "Branešci" veće prostorno rasprostranjenje nego na obližnjem ležištu Španovica, ali i nešto manju srednju i maksimalnu debljinu. Istraženo je po pružanju horizonta u dužini od 1100 m, a po širini cca 700 m. Pijesci, osim kvarca, sadrže veće količine feldspata.

Tablica 3.4. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Branešci"


Sadržaj ( % ) 87,21% 6,44% 0,73% 0,64% 0,24% 3,48% 1,24%

Kemijski sastav je malo nepovoljniji nego u ležištu Španovica, ali su zato rezerve 2,5 puta veće.

Eksploatacijska polja Branešci i Španovica perspektivna su, na užem području neka ležišta su pred iscrpljenjem (ležište Jagma), dok su pijesci eksploatacijskog polja „Vranić“ pogodniji su za ljevačku, nego za staklarsku industriju (prekrupna granulacija) (Sobota, 2009; Mineral, 2005 ). 3.5. Eksploatacijsko polje "Vrtlinska"

Eksploatacijsko polje "Vrtlinska" smješteno je na zapadnim obroncima Moslavačke gore,

8,5 km južno od Grada Čazme u Bilogorsko-bjelovarskoj županiji i 300 m zapadno od mjesta Vrtlinska. Po količini i kvaliteti rezervi spada u jedno od najznačajnijih ležišta kremenog pijeska.

Površina eksploatacijskog polja je 15,4 ha, utvrđene bilančne rezerve iznose 10,6 miliona tona. Uz eksploatacijske gubitke od 10 % sadrži 9,5 milijuna tona eksploatacijskih rezervi.



Slika 6. Eksploatacijsko polje "Vrtlinska"

Slika 7. Geološka građa ležišta kremenog pijeska „Vrtlinska“

Ležište je vrlo složene geološke i hidrogeološke značajke, veći dio kremenog pijeska nalazi se ispod razine podzemne vode. Planirana godišnja proizvodnja je 200 000 t, a vijek trajanja ležišta je 48 godina. Osim kvarca od ostalih mineralnih sastojaka prevladavaju feldspati. Kvarc je često pun uklopaka, zrna su subangularna, djelomično zaobljena. Od sporednih minerala najčešća je rogovača. Rijetki, ali gotovo stalni su biotit i muskovit. Mineralni sastav određen je analizom



lake i teške frakcije (do 2%). Među prozirnim teškim mineralima najčešći su cirkon, rogovača i andaluzit, od opakih magnetit, ilmenit i limonit. Postotak teških minerala kreće se između 1,2 i 2%, u pijescima šireg područja između 0,5 i 4,5 %. Uporedba mineralnog sastava matičnih stijena (granita) i kremenog pijeska upučuje da je dio pijeska nastao „in situ“, a dio je pretrpio kraći transport. Prosječna debljina pješčanih naslaga u ležištu je oko 40 m, a najveća iznosi i do 70 m.

Slika 8. Karakteristični geološki profili kroz ležište kremenog pijeska „Vrtlinska“

Tablica 3.5. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Vrtlinska"


Sadržaj ( % ) 93,19% 3,56% 0,28% 0,11% 0,06% 2,41% 0,38%

Kremeni pijesak iz ležišta "Vrtlinska" zbog visokog sadržaja SiO2 i granulometrijskog

sastava (>94% zrna klase 0,1/0,75 mm) je izuzetno kvalitetna sirovina za staklarsku industriju. Nakon separacije idealna je sirovina, prvenstveno za proizvodnju ravnog stakla, gdje su

uvjeti kvalitete sirovine najstroži, a za potrebe ljevarstva mogao bi se koristiti čak u rovnom stanju (Sobota, 2009; Krkalo, 1984).

3.6. Eksploatacijsko polje "Vranić"

Eksploatacijsko polje "Vranić" nalazi se na jugozapadnim padinama Papuka, udaljeno 4 km

od mjesta Orljavac. Udaljeno je 1,1 km zračne linije od asfaltne ceste Lipik-Pakrac-Požega, dok udaljenost makadamskim lokalnim putem od ležišta do asfaltne ceste iznosi 2 km. Od tvornice stakla u Lipiku ležište je udaljeno oko 33 km. Površina eksploatacijskog polja je 36,4 ha, a



utvrđene eksploatacijske rezerve uz eksploatacijski gubitak koji ne prelazi preko 5 % iznose preko 1,16 milijuna t.

Slika 9. Topografski položaj površinskog kopa kremenog pijeska "Vranić" Ležište se nalazi u najdebljem i morfološki najistaknutijem dijelu pješčanih naslaga. Rudno

tijelo je prilično pravilno i homogeno, od sjeveroistoka prema zapadu i jugozapadu, idući po pružanju, postupno se istanjuje uz tendenciju isklinjavanja.

U ležištu prevladavaju srednjezrnati i krupnozrnati kremeni pijesci bijele i žute boje. Krupnija zrna kvarca su zaobljena, naročito zrna mutnog kvarca, a zrna kvarca prozirca su angularna i subangularna. U lakoj mineralnoj frakciji prevladavaju kvarc i feldspati, dok se u sastavu teške frakcije nalaze epidot, granat, apatit, cirkon i dr.

Najveći dio krovine kremenog pijeska čine heterogeni obronačni nanosi. Iznad podinskih lapora na više mjesta registrirana je tanka zona, debljine 1-5 m, poluvezanih glinovitih kremenih pješčenjaka ili glinovitih pijesaka iznad kojih slijede naslage čistih kremenih pijesaka.



Slika 10. Površinski kop kremenog pijeska "Vranić"

Tablica 3.6. Srednji kemijski sastav pijeska eksploatacijskog polja "Vranić"

Oksid kemijskog elementa SiO2 Al203 Fe203 CaO MgO gubitak žarenjem

Sadržaj ( % ) 92,27% 3,38% 0,77% 0,70% 0,25% 1,88%

Uz planiranu godišnju proizvodnju oko 40 000 tona, vijek trajanja ležišta je oko 35 godina. Najviše je eksploatirano 2007. godine 63 000 tona (Tot, 2006; Manjarić, 2008).



4. PROIZVODNJA KREMENOG PIJESKA U SVIJETU

Najveći proizvođač kremenog pijeska u svijetu su SAD, zatim Njemačka, Austrija, Francuska, Španjolska, Australija i Velika Britanija. Predvidiv, kalkulirani rast potražnje za kremenim pijeskom je 1 – 3 % godišnje. SAD je sa svojom proizvodnjom sposoban zadovoljiti 99 % zahtjeva svog tržišta. Najveći su mu konkurenti Meksiko, Kanada, Kina i Indija. Proizvodnja kremenog pijeska u SAD-u u razdoblju od 1995. do 2002. godine ostala je relativno ujednačena, u prosjeku 28,1 milijuna tona. Svjetska proizvodnja 2002. godine bila je otprilike 95 milijuna tona. Očekuje se neznatni porast prodaje pijeska za proizvodnju stakla. Najveći rast prodaje očekuje se za pijesak koji se koristi u proizvodnji ravnog i specijalnog stakla.

Tablica 4.1. Potrošnja kremenog pijeska u SAD-u i svijetu

Godina Proizvodnja u SAD-u ( t ) Uvoz ( t ) Izvoz ( t ) Potrošnja ( t ) Cijena ( $/t ) Svjetska proizvodnja ( t )1985. 26 700 000 73 500 786 000 26 000 000 13,58 115 000 0001986. 24 900 000 79 800 770 000 24 200 000 14,06 113 000 0001987. 25 400 000 94 300 688 000 24 800 000 13,86 113 000 0001988. 25 800 000 39 000 962 000 24 900 000 14,41 120 000 0001989. 26 500 000 31 500 1 870 000 24 700 000 13,55 118 000 0001990. 25 800 000 66 200 1 050 000 24 800 000 14,32 110 000 0001991. 23 200 000 82 600 1 490 000 21 800 000 13,07 111 000 0001992. 25 200 000 164 000 1 340 000 24 000 000 14,03 112 000 0001993. 26 200 000 44 000 1 750 000 24 500 000 14,12 104 000 0001994. 27 300 000 24 000 1 880 000 25 400 000 13,75 117 000 0001995. 28 200 000 59 000 1 870 000 26 400 000 13,9 121 000 0001996. 27 800 000 7 000 1 430 000 26 400 000 13,32 106 000 0001997. 28 500 000 39 000 980 000 27 600 000 12,38 94 600 0001998. 28 200 000 44 000 2 400 000 25 800 000 14,23 93 900 0001999. 28 900 000 211 000 1 670 000 27 400 000 14,96 95 700 0002000. 28 400 000 247 000 1 660 000 27 400 000 14,41 96 000 0002001. 27 900 000 172 000 1 540 000 26 500 000 15,98 96 400 0002002. 27 300 000 250 000 1 410 000 26 100 000 16,7 94 900 000

2002. godine u SAD-u proizvodnja se povećala oko 3 % u odnosu na 2001. godinu. Za ovu vrstu industrije je normalno da proizvodnja varira ± 5 %. Tržišna cijena kremenog pijeska znatno varira ovisno o tome za što se upotrebljava, tj. kakav je sastav pijeska.

U Europi se ležišta kremenog pijeska uvelike razlikuju u kemijskom sastavu, fizičkim značajkama i lokaciji. Svima je zajedničko da su im glavna tržišta proizvođači stakla, ljevaonice i građevinski material.



5. ZNAČAJ I UPOTREBA KREMENOG PIJESKA Veličina zrna kremenog pijeska može varirati u relativno širokim granicama, pa stoga postoje različite klasifikacije pijeska. Obzirom na veličinu mineralnog zrna, kremeni pijesak se najčešće dijeli u 3 skupine (Janković, Vakanjac, 1969 ).: 1. sitni pijesak (klasa 0,25/0,1 mm), 2. srednje krupni pijesak (klasa 0,5/0,25 mm), 3. krupni pijesak (klasa + 0,5 mm ili 2/0,5 mm)

Industrijski kremeni pijesak je izraz koji se obično odnosi na proizvode kremenog pijeska visoke čistoće sa točno određenom veličinom čestica. Mnogo je kvalitetniji od običnog pijeska ili asfaltnog šljunka. Dok su ležišta običnog građevinskog pijeska dosta rasprostranjene, ležišta industrijskog pijeska relativno su ograničena. Posebna svojstva industrijskog pijeska, poput čistoće, veličine zrna, boje, inertnosti, čvrstoće i otpornosti na visoke temperature, često ih čine nezamjenjivima u cijelom nizu industrijskih primjena. Viši udio kremenog pijeska ujedno omogućava viši stupanj specijalizirane upotrebe od građevinskog pijeska i šljunka. Industrijski se pijesak može pronaći u mnogo oblika, boja i stupnjeva. Općenito govoreći, mineral kvarc (SiO2) glavni je sastojak industrijskog pijeska. Iako većina ležišta industrijskog pijeska sadrži visok postotak kvarca (95% i više), korištenje industrijskog pijeska s nižim udjelom, postaje sve uobičajenije jer potražnja za industrijskim pijeskom znatno nadmašuje proizvodnju na određenim tržištima, osobito onima na zapadu SAD-a. Kremeni pijesak nalazimo u proizvodima koje svakodnevno koristimo, od fiber-optičkih kablova do limenki za pića i izolacije. Teško je zamisliti svijet bez proizvoda koje dobivamo iz kremenog pijeska. Kvarc karakterizira njegov staklasti sjaj, nepravilni lom i kristalni oblik. Postoji mnogo različitih vrsta kvarca kojima su dana razna imena. Iako je kvarc veoma raširen, ležišta industrijskog pijeska i pješčenjaka dosta su rijetke. Većina industrijskog pijeska koje potrošači najčešće koriste su proizvodi s visokim postotkom čistog kvarca i odgovarajućim niskim stupnjem onečišćenja (primjerice, akcesorni minerali ). Međutim, mnogi potrošači žrtvuju kvalitetu kvarca zbog drugih faktora, poput boje, cijene i dostupnosti.

Iako je kremeni pijesak jeftina mineralna sirovina, postoje stroga pravila određenih industrijskih grana obzirom na čistoću kremenog pijeska i sadržaj različitih primjesa. Među mnogobrojnim primjesama mogu postojati i korisni poput tinjaca, cirkona, rutila, granata, apatita, turmalina i drugih.Tinjac se upotrebljava u kozmetičkoj industriji za izradu pudera i sjajila, cirkon kao izolator, ali i za izradu nakita, a turmalin u radio-industriji za izradu piezopločica ( Majetić, 2010 ).

Kremeni pijesak kao vrlo važna mineralna sirovina u gospodarstvu, nalazi vrlo široku primjenu u metalskoj, nemetalskoj industriji, u proizvodnji građevinskih materijala. Kao industrijska mineralna sirovina pojavljuje se u prirodnom (rovnom) stanju, ali najčešće kao suhi separirani pijesak.

5.1. Upotreba

Industrijski kremeni pijesak koji se eksploatira i oplemenjuje u industrijske svrhe mora zadovoljiti ili premašiti značajke koje zahtijevaju krajnji korisnici proizvoda. Značajke su



raznovrsne, baš kao i korisnici, a u obzir se često uzimaju prijevoz i dostupnost. Viši udio SiO2, a niži ostalih komponenti u pijesku, povećava njegovu kvalitetu i tržišnu vrijednost, jer se kvalitetniji pijesak koristi za proizvodnju skupljih i kvalitetnijih proizvoda. U SAD-u, industrija stakla potroši približno 40% sveukupne proizvodnje industrijskog pijeska. Kao ostala relevantna tržišta javljaju se ljevaonice (približno 20%), punila i proširivači, abrazivi (približno 5%), podupirači (proppant, približno 5%), proizvodi za filtraciju vode te rekreacijski i građevinski materijali (uključujući štuko, malter i žbuku).

5.1.1. Pijesak za proizvodnju stakla i keramike

Kvarc je glavni sastojak smjese za proizvodnju stakla. Proizvođači stakla imaju određenu

fleksibilnost u kemijskim specifikacijama. Najčešće je kemijska specifikacija vezana za kemizam određenog ležišta. Specifikacije određuju ograničenja i opseg dopuštenih kemijskih značajki i granulometrijsku raspodjelu za određene peći. Neke značajke, poput sadržaja teških minerala ili željeznog oksida, od ključne su važnosti za proizvođača stakla i zahtijevaju stroga ograničenja. Željezni oksid je prisutan u gotovo svakom sirovom materijalu koji se koristi u staklenoj smjesi te se mora strogo kontrolirati u cilju ujednačavanja boja u gotovom proizvodu. Teški se minerali također moraju strogo kontrolirati, zbog njihove refraktorne prirode (primjerice korund, cirkon i ilmenit), ne tope se u potpunosti, što rezultira stvaranjem kamenja ili ''pera'' u gotovom proizvodu.

Pijesak se koristi u proizvodnji ravnog, ambalažnog, fiberglasa (vlaknastog) i specijalnih

staklenih proizvoda. Od specijalnog stakla proizvodi se mnogo različitih proizvoda, najveći dio se odnosi na laboratorijska i rasvjetna stakla (inkandescentne i fluorescentne žarulje). Specijalno staklo također podrazumijeva komponente za elektronsku industriju, poput optičkog vlakna i poluvodiča. Tablica 5-1. Klasifikacija i tehnički uvjeti kvalitete kremenog pijeska za proizvodnju stakla obzirom na kemijski sastav

Maseni udio ( % )

Klasa SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 Cr2O3 Cao + MgO Na2O + K2O gubitak žarenjem Boja

kvalitete ≥ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ stakla

I 99,90 0,0001 5×10-5

5×10-5

9×10-7

0 0 0,01

II 99,6 0.2 0,015 0,02 0,0001 0,05 0,03 0,1 bezbojno

III 99,3 0,25 0,02 0,03 0,0002 0,08 0,05 0,15

IV 99,1 0,3 0,03 0,05 0,0003 0,12 0,1 0,2

V 98,8 0,55 0,06 0,08 0,0008 0,15 0,12 0,25

VI 98,5 0,7 0,08 0,1 0,001 0,2 0,15 0,28 bijelo

VII 98 0,85 0,1 0,15 0,02 0,3 0,25 0,36 polubijelo

VIII 97 1,3 0,15 0,2 0,02 0,4 0,5 0,4

IX 96 1,5 0,3 0,25 0,05 0,5 0,8 0,5 obojeno

X 95 2,5 0,5 0,3 0,08 0,6 1 0,6



Tablica 5-2. Klasifikacija i tehnički uvjeti kvalitete kremenog pijeska za proizvodnju stakla obzirom na granulometrijski sastav

Krupnoća pijeska Veličina zrna ( mm ) Maseni udio ( % )< 0,1 ≤ 5

fini pijesak 0,1 - 0,315 ≥ 900,315 - 0,4 ≤ 5< 0,1 ≤ 5

sitni pijesak 0,1 - 0,4 ≥ 600,4 - 0,63 ≥ 300,63 - 0,8 ≤ 5

U tablicama 5-1. i 5-2. sukladno hrvatskoj normi (HRN B.B5.020) prikazane su dopuštene

granične vrijednosti komponenti i granulometrijski sastav kremenog pijeska za proizvodnju stakla. Sukladno normi fini pijesak mora sadržavati najmanje 90 % zrna klase 0,315/0,1, odnosno sitni pijesak najmanje 90 % zrna klase 0,63/0,1 mm ( Majetić, 2010 ).

Sukladno američkim normama, za proizvodnju ravnog stakla sadržaj SiO2 je minimalno 99.5%

(Tablica 5–3.), a za proizvodnju ambalažnog stakla minimalno 98.5 % ( Tablica 6-4 ). Ako bismo napravili usporedbu između hrvatskih i američkih normi, gledajući proizvodnju ravnog stakala, vidljivo je da nema prevelikih razlika između kemijskih specifikacija i granulometrijskog sastava.

Tablica 5- 3. Kemijske specifikacije i specifikacije velične zrna za proizvodnju ravnog

stakla (prema američkim normama)

SiO2 99.5 % min.

Fe2O3 0.04 % max.

Al2O3 0.030 % max.

TiO2 0.1 % max.

Cr2O3 2 ppm max.

MnO2 0.002 ppm max.

H2O 0.05 % max.

Veličina zrna %

1,18 0

0.85 0.01 max.

0.425 0.10 max.

0.106 92.0 min.

0.075 99.5 min. Tablica 5- 4. Kemijske specifikacije i specifikacije velične zrna za proizvodnju ambalažnog stakla ( prema američkim normama )

SiO2 98.5 % min.

Fe2O3 0.035 % max.

Al2O3 0.5 % max.

TiO2 0.03 % max.

Cr2O3 0.05 % max.

ZrO2 0.01 % max.

H2O 0.05 % max.

CaO+Mgo 0.2 % max.

Veličina zrna %

1,18 0

0.850 0

0.600 4 max.

0.425 25 min.

0.106 95 min.



U Hrvatskoj postoji preko 30 proizvođača stakla među kojima su najznačajniji Lipik – glas d.o.o i Vetropack – Straža d.d. Dosta proizvođača uvozi kremeni pijesak, iz razloga što rovni kremeni pijesak iz naših ležišta ne zadovoljava uvjete kvalitete pijeska za proizvodnju stakla.

Staklarski kremeni pijesak koristi se i u proizvodnji keramike. Kremeni zrnati pijesak učestvuje do 32% u proizvodnji sanitarija (WC školjke, umivaonici, itd. ). Proizvođačima industrijskog pijeska teško je strogo kontrolirati kemijski sastav ležišta. Iz tog razloga većina potrošača blisko surađuje s proizvođačima kako bi razvili specifikacije koje bi bile prihvatljive za obje strane. Općenito govoreći, potrošači industrijskog pijeska zahtjevaju ujednačenost kvalitete sirovine što omogućava veću učinkovitost pećenja i postojanost kvalitete proizvoda.

5.1.2. Ljevaonički pijesak

Drugi najveći potrošači industrijskog kremenog pijeska su ljevaonice. Američko udruženje

ljevača (AFS) procjenjuje da trenutno postoji 2 950 ljevaonica u 50 saveznih država SAD-a, a gotovo 60% njih nalazi se u Illinoisu, Indiani, Michiganu, Ohiju i Wisconsinu. Pijesak koji se koristi u ljevaonicama mora biti visoke čistoće (>98% SiO2). Postoje ograničenja u sadržaju CaO i MgO. Međutim, značajke za neke ljevaonice mogu uvelike varirati, ovisno o cijeni i dostupnosti. Poput proizvođača stakla, potrošači pijeska u ljevaonicama najviše traže ujednačenost kvalitete sirovine. Značajke bitne za komercijalni ljevaonički pijesak su oblik zrna, granulometrijski sastav, temeljna propusnost, točka sinteriranja, udio gline i mineraloški sastav. Ljevaonice koriste industrijski pijesak u proizvodnji kalupa i jezgri za ljevanje metala poput čelika, kovanog željeza, sivog željeza, aluminija i legura na bazi bakra. Odljev je metalni dio koji se oblikuje tako što se otopljeni metal izlije u pješčani kalup. Kalup ima dvije polovice koje kad se spoje tvore šupljinu u koju se potom lijeva otopljeni metal. Ako je u procesu izrade odljeva potrebna unutarnja šupljina, jezgra se smješta u šupljinu kalupa. U kalupima se obično koristi fino do srednje mljeveni pijesak, dok se krupniji i grublji koristi u jezgrama. Posebne vrste pijeska, poput kromita, olivina i taljenog kremenog pijeska u povećanoj mjeri zamjenjuju kremeni pijesak kod upotrebe u ljevaonicama. Međutim, kremeni pijesak bogat kvarcom i dalje drži dominantan udio na tržištu ljevaoničkog pijeska zbog svog izobilja. Upotreba posebnih vrsta pijeska i mješavina industrijskog pijeska u velikom je porastu. Mješavine koštaju manje od posebnih vrsta pijeska, a mogu stvoriti kvalitetniji kalup povećanjem propusnosti. Na propusnost ljevaoničkog pijeska znatno utječe veličine zrna. Nakon sitnjenja, propusnost pijeska mora ostati dovoljna za propuštanje plinova. Čak i manje količine finog pijeska (-0.106 mm) uvelike će smanjiti radna svojstva ljevaoničkog pijeska. Uz veličinu, i oblik zrna pijeska, utječe na poroznost kalupa. Visoka poroznost promiče visoku početnu čvrstoću i omogućuje korištenje manje veziva u kalupu. Što je zrno pijeska uglatije, to je niža poroznost i početna čvrstoća kalupa. Uglata se zrna više odupiru zbijanju pa je gustoća kalupa 8 do 10 % niža nego kod okruglih zrna.



5.1.3. Punila

Kremeni pijesak cijenjen je kao punilo zbog svoje kemijske stabilnosti i inertnosti. Kremeni pijesak koristi se kao punilo i proširivač u mnogim grana industrije, uključujući boje i premaze, za ispunjavanje pukotina, brtvila, izradu odljevaka i sintetičke gume. Glavni je sastojak u proizvodnji vlaknastih stakala ( fiberglasa ). Bitna je komponenta glazura i svih vrsta keramičkih proizvoda, uključujući stolno posuđe, sanitarije, podne i zidne pločice. Zbog svoje skeletne strukture, kvarc je u keramici idealan za vezanje gline. Koristi se za izmjenu termalne ekspanzije, reguliranje sušenja i skupljanja, poboljšavanje strukture i izgleda. Kremeni pijesak također se upotrebljava da osigura visoku temperaturnu otpornost na kiseline u industrijskim pećima. Postoje dva primarna proizvoda kremenog pijeska za punila: kremeno brašno i zemljani kremen. Kremeno brašno ima manju tržišnu vrijednost, u odnosu na zemljani kremen.

Tablica 5-5. Kemijski sastav kremenog pijeska za punila (prema američkim normama)

Fe2O3 0.10 % max.

Al2O3 0.38 % max.

Na2O3 0.10 % max.

K2O 0.10 % max.

Tablica 5-6. Granulometrijski sastav kremenog pijeska za punila (prema američkim normama)

Veličina zrna %

0.250 0

0.075 1 max.

0.045 3max. Površinski promijenjeni kremeni pijesak (kemijski tretirani) i neobloženi kremeni pijesak

koriste se kao punila za poboljšanje fizikalnih značajki proizvoda (primjerice mijenjajući toplinska svojstva). U proizvodnji boja koristi se u različitim proizvodima kako bi se povećala njihova trajnost, poboljšala otpornost na vremenske prilike ili jednostavno samo kao dodatak boji. Dodatak koji se koristi kod boja ima veliki značaj za proizvođače, zato što visoko kvalitetni kremeni pijesak može smanjiti potrebu za puno skupljim dodacima poput titan dioksid. Proizvođači boja koriste čestice od nekoliko mikrometara kako bi poboljšali izgled i trajnost industrijskih boja i premaza. Visoko kvalitetni kremeni pijesak ima veliki utjecaj na svojstva kao što su sjaj i odraz, postojanost boja i apsorpcija ulja.

Kod arhitektonskih boja, kremena punila poboljšavaju svojstva zadržavanja boje, postojanosti i otpornosti na prljavštinu, plijesni, pucanje i vremenske prilike. Niska apsorpcija ulja omogućuje veću pigmentaciju kako bi se poboljšala boja. U moru kod premaza kremeni pijesak sprečava habanje i koroziju. Kod plastike kremeni pijesak pruža dielektrična svojstva i poboljšava čvrstoću krajnjeg proizvoda. Koristi se kao punilo i u proizvodnji kemikalija, u prehrambenoj industriji, proizvodnji sapuna i boja za tekstil. Glavni je sastojak u proizvodnji natrijevog silikata, silicijeva tetraklorida i silikonskih gelova. Ove kemikalije upotrebljavaju se u



proizvodnji sredstava za čišćenje u industriji i domaćinstvu, za proizvodnju optičkih materijala te za uklanjanje nečistoća. 5.1.4. Abrazivna sredstva

Industrijski kremeni pijesak u proizvodnji abrazivnih sredstava ima značajnu ulogu na tržištu. Upotrebljava se za čišćenje površina i značajan je zbog relativno niske cijene, velikog kapaciteta i sposobnosti čišćenja te dostupnosti. Visoko kvalitetni pijesak ne sadrži nečistoće kao štu su karbonati, organski minerali i drugo. Nečistoće uvelike utječu na svojstva smanjujući sposobnost čišćenja, ujednačenosti čišćenja ili stvaranje prašine prilikom čišćenja. Mnogi potrošači radije koriste pijesak sa uglatim zrncima.

Stupanj abrazivnosti i veličina zrna označava područje primjene. Grubi pijesak obično se primjenjuje kod čišćenja željeznih ili čeličnih struktura, ali i za uklanjanje tankih premaza neželjenih materijala sa površine. Fini pijesak koristi se za poliranje površina i čišćenje mekših legura poput mjedi i aluminija. U industriji odjeće koristi se za „kameno pranje“ radne odjeće od trapera.

Tržište abraziva je vrlo konkurentno, potrošači jako vode računa o cijene sirovine i u većini

slučajeva kvalitetu podređuju cijeni. Osim toga, zdravstvena briga o udisanju kremenog pijeska ima značajnu ulogu na tržištu abraziva. Industrijski pijesak trpi konkurenciju drugih abrazivnih proizvoda poput šljake (zgura), granita, glinica i drugih, koji ne sadrže kristalni silicij. Obradom površine za čišćenje može se ublažiti stvaranje prašine, ali se ne može u potpunosti spriječiti štetan utjecaj respirabilnog kremenog pijeska. 5.1.5. Podupirači

Podupirači ( proppant ili frac sand ) utiskuju se u duboke bušotine kako bi održali otvorene pukotine u stijeni i povećali protok prirodnog plina ili nafte. Podupirači se obično koriste u proizvodnim zonama nafte ili plina za povećanje provodljivosti bušotine. Provodljivost bušotine ovisi o propusnosti podupirača i širini pukotine. Podupirači se kategoriziraju sukladno pritisku koji mogu podnijeti (tablica 5-7.) ili prema prolazu kroz određenu veličinu otvora sita (tablica 6-8).

Tablica 5–7. Pritisak podupirača

Podupirači ( klasa ) Pritisak, bar

C 0-276

D 0-345

E 138-414

Površinski tretiran 276-827

Keramički 689-1103



Osnovna razlika između klasa E i D je u zaobljenosti, topivosti kiselina i snazi loma. Klasa C sadrži feldspat, koji značajno utječe na kvalitetu materijala na dubini. Međutim, klasa C može demonstrirati bolji učinak na nižim dubinama zbog uglatosti zrnca pijeska.

Tablica 5–8. API specifikacija ( American Petroleum Institute)

Otvor sita, mm Veličina mreže

2.36 x 1.18 8 x 16

1.70 x 0.850 12 x 20

1.18 x 0.60 16 x 30

0.850 x 0.425 20 x 40

0.600 x 300 30 x 50

0.425 x 0.212 40 x 70

Manja poroznost podupirača (manji otvor mreže sita) veća je kontaktna površina za prihvaćanje pritiska. Veća veličina otvora sita pokazuje manju čvrstoću u odnosu na manje otvore sita. Pijesak može biti površinski promijenjen (presvučen smolom) ili nepremazan. Najviše vrednovani su čisti pijesci bez prašine, okrugli i svojstva veće propusnosti pri većim naprezanjima. Pod istim pritiskom mreže s većim otvorom su propustljivije od mreža manjeg otvora za pijesak. Procjenjuje se da kremeni pijesak može pružiti potrebni otpor slomu od visokih pritisaka u bušotinama do 2450 m dubine. Zahtjeva se kemijska nereaktivnost u korozivnom okruženju dubokih bušotina. 5.1.6. Pijesak za filtraciju

Industrijski kremeni pijesak koristi se za filtraciju pitke vode, otpadnih voda te voda iz bunara. Ujednačeni oblik i granulometrijski sastav zrna omogućuju učinkovitu filtraciju štetnih tvari kako iz pitke vode tako i iz otpadnih voda. Kemijski inertan, kremeni pijesak ne mijenja se i ne reagira u kontaktu s kiselinama, zagađivačima, organskim volatilima ili otapalima. Kremeni šljunak se koristi kao paker u dubokim bunarima za povećanje pritoka iz vodonosnika širenjem propusne zone uokolo bunara i sprečavajući ulazak finih čestica iz stijenske mase. American Water Works Association ( AWWA ) i NSF International pretežito propisuju specifikacije za pijesak za filtraciju vode. Specifikacije ne određuju strogo oblik zrna pijeska, oba oblika, okrugla i uglata, dobri su za filtraciju. Okrugla zrna su značajna zbog protoka, dok uglata zrna imaju sposobnost zadržavanja nečistoća. Previše uglata zrna pak mogu zaustaviti i spriječiti protok. Važno je da su zrna ujednačena, čista, manje efektivne veličine i manjeg koeficijenta uniformnosti. Najbolja veličina zrna je ona veličina gdje 10 % mase reprezentativnog uzorka prođe kroz sito. Koeficijent uniformnosti pijeska za filtriranje U dobije se prema izrazu:

U = ≤ 1,5

– promjer čestice filtracijske ispune u mm, 60% masenog udjela ispune su čestice manje ili



jednake

– promjer čestice filtracijske ispune u mm, 10% masenog udjela ispune su čestice manje ili jednake

Tablica 5-9. Kemijski sastav kremenog pijeska za filtraciju ( prema američkim normama )

Iz formule je razvidno da niži koeficijenti uniformnosti pijeska, polučuju bolje učinke

filtracije. Pijesak glatkih čestica usporava filtraciju, dok pijesak grubih čestica ne postiže dovoljnu filtraciju.

Sadržaj, odnosno maseni udio kvarca (SiO2) mora biti minimalno 96%. Filtracijski materijal za pripremu pitke vode ne smije biti onečišćen tvarima, čije bi otapanje pogoršavalo kvalitetu filtrirane vode.

Tablica 5–10. Granulometrijski sastav kremenog pijeska za filtraciju ( prema američkim normama )

Veličina zrna %0.40-0.50 1.60 max.0.50-0.60 1.60 max.

0.60-0.70 1.60 max.0.70-0.80 1.60 max.

0.80-1.00 1.65 max.1.00-1.50 1.70 max.

5.1.7. Pijesak za sportske terene i građevinski materijal

Industrijski pijesak koristi se za izradu golf terena i travnjaka te za izgradnju prirodnih ili sintetičkih atletskih terena. Idealni teren za golf trebao bi sadržavati manje od 3 % pijeska klase 4/ 2 mm ) i 7 % grubog pijeska klase 1/0,25 mm. Osim toga, idealni kremeni pijesak za igrališta trebao bi sadržavati 65 % ili više čestica u rasponu od 1/0,25 mm ili oko 25 % ili manje čestica u rasponu od 0,25/0,05 mm. Pijesak treba biti čist i sa što manje karbonata. Pijesak koji sadrži veliku količinu karbonata ima tendenciju stvaranja tanke tvrde kore na površini, odnosno debele kore do razine podzemne vode.

SiO2 99.3 %.

Fe2O3 0.24 %

Al2O3 0.19 %

TiO2 0.12 %

CaO 0.01 %

MgO 0.004 %

gubitak spaljivanjem 0.046 %



Na golf terenima i travnjacima industrijski pijesak je inertan i čist. Prirodni oblik i kontrolirani granulometrijski sastav kremenog pijeska osigurava zahtjevanu propusnost i zbijenost za drenažu, zdrav uzgoj biljaka i stabilnost.

Pijesak u zoni sadnje ne smije sadržavati više od 3% čestica klase 4/2 mm. Poželjan je pijesak bez sadržaja šljunka. Idealni pijesak za sadnju treba sadržavati više od 60% zrna klase 1/,025 mm, manje od 10% zrna klase 2/1 mm te manje od 5% klase 0,15/0,05 mm.

Površinski promijenjen industrijski pijesak premazom boja, kako bi se dobio proizvod u mnogo boja (plava, narančasta, crna, crvena, ljubičasta ), primarno se koristi za igrališta.

Zbog svojstva inertnosti i i otpornosti na trošenje industrijski pijesak je primarni strukturni sastojak široke lepeze građevnih materijala i ima značajno mjesto u proizvodnji građevinskih materijala. Kremeni pijesak koristi se u materijalima za podove, žbukama, specijalnim cementima, gipsanim malterima, asfaltnim smjesama u cilju osiguranja gustoće i čvrstoće na savijanje bez značajnog utjecaja na kemijska svojstva. Industrijski pijesak je postojaniji nego slični konkurentni materijali (primjerice vapnenci) pa je prikladniji za upotrebu u građevinskim materijalima. 6. Uvjeti kvalitete ležišta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj za industrijsku proizvodnji

Kvaliteta kremenog pijeska u Republici Hrvatskoj razlikuje se od ležišta do ležišta. U proizvodnji različitih proizvoda koji koriste kremeni pijesak kao ulaznu sirovinu, prvenstveno se zahtjeva čistoća (visok sadržaj SiO2) i nizak sadržaj štetnih komponenti. Obzirom na to, rovni kremeni pijesak iz naših ležišta ima ograničenu industrijsku primjenu. Prosječni sadržaj SiO2 u kremenim pijescima eksploatacijskih polja u Republici Hrvatskoj kreće se od 84% (ležište Štefanac ) pa sve do 94% (ležište Vrtlinska ). Budući u proizvodnji stakla prosječni sadržaj SiO2 mora iznositi preko 95% razvidno je da nijedno ležište ne zadovoljava te uvjete. Osim kod proizvodnje stakla, rovni kremeni pijesak iz naših ležišta ne može se upotrebljavati ni kao ljevaonički pijesak za izradu kalupa i jezgri jer sadržaj SiO2 mora biti minimalno 98%, a ni kao pijesak za filtraciju jer sadržaj SiO2 mora biti minimalno 96%. Kvaliteta rovnog kremenog pijeska u našim ležištima zadovoljava uvjete u proizvodnji građevinskog materijala, punila, kao abrazivno sredstvo i dr. Za druge namjene potrebno je dodatno oplemeniti rovni kremeni pijesak (postupci atricijskog čišćenja i flotacije za povećanje čistoće pijeska). Za to su potrebna znatna ulaganja u oplemenjivačko postrojenje, ali na drugoj strani dobiju se proizvodi veće dodane vrijednosti. Prodajna cijena rovnog kremenog pijeska (građevni) iznosi nekoliko desetaka kuna (4-6 $ ), dok se za oplemenjeni kremeni pijesak veće čistoće (veći sadržaj SiO2, manji sadržaj onečišćujućih oksida) može postići tržišna cijena od nekoliko stotina kuna (40 do 80$ ). Na taj način dobije se proizvod i do deset puta veće dodane vrijednosti.

Tablica 6-1. Minimalni sadržaj SiO2

Minimalni sadržaj SiO2 ( % )

Upotreba za: Eksploatacijsko poljeStaklo Ljevanje Punila Filtraciju Podupirače Građevinu Štefanac Španovica Branešci Vrtlinska Vranić

95 98 96 84,49 91,3 87,21 93,19 92,27



Sadržaj štetnih komponenti u kremenom pijesku naših ležištima je previsok te je potrebno provesti odgovarajući oplemenjivački postupak za njihovo uklanjanje (smanjivanje). Tu je posebno važno spomenuti željezni oksid koji mora biti odgovarajući kako bi se u proizvodnji stakla održala boja u gotovom proizvodu. 7. OPLEMENJIVANJE KREMENOG PIJESKA

Ovisno o kvaliteti, koja podrazumijeva određene fizičko-kemijske značajke

(granulometrijski, kemijski i mineraloški sastav, sadržaj vlage i dr.), kremeni pijesak se koristi u različite industrijske svrhe. Najstrože zahtjeve za kvalitetom pijeska kao osnovnom sirovinom postavljaju proizvođači stakla. Ovisno o vrsti stakla traži se što viši udio SiO2 (>95%) i što niži udjeli nepoželjnih komponenti koje u staklu izazivaju obojenja i mrlje (



- postavljenim zahtjevima za kvalitetom koncentrata. Odabrani tehnološki proces oplemenjivanja ovisi o količini i sadržaju štetnih komponenti koje je potrebno izdvojiti iz sirovine. Oplemenjivanjem kremenog pijeska poboljšavamo njegove kvalitete kako bi ga mogli koristiti u različitim industrijskim granama.

Ciljevi oplemenivanja kremenog pijeska su( Majetić, 2010. ):

-postizanje potrebnog granulometrijskog sastava,

-povećanje sadržaja SiO2,

-smanjenje sadržaja nepoželjnih komponenti koje snižavaju kvalitetu proizvoda

Atricijsko čišćenje primjenjuje se za odstranjivanje neželjenih primjesa u obliku

oksidnog filma (prevlaka) na površini kremenog zrna, čime se kvaliteta kremenog pijeska može znatno poboljšati (Salopek et al., 2004.). Atricijsko čišćenje je proces u kojem se nečistoće vezane za površinu zrna odstranjuju s površine uslijed abrazije prouzročene intenzivnim trenjem tj. međusobnim trljanjem (ribanjem) zrna. Takvo intenzivno međudjelovanje zrna postiže se miješanjem guste vodene suspenzije u atricijskoj ćeliji. Miješanje suspenzije ostvaruje se vrtnjom posebno konstruiranog miješača (impelera) pogonjenog elektromotorom (Majetić, 2010 ).

Slika 11. Atritor s dvije ćelije

1 – pogonski motor s 4 – atricijska ćelija remenskim prijenosom 5 – ulaz suspenzije 3 – lopatice impelera 6 – izlaz suspenzije

Učinak atricijskog čišćenja ovisi o: - značajkama atriranog materijala (granulometrijskom i mineralnom sastavu, sraslosti



minerala), - odabranoj kombinaciji vrijednosti radnih parametara – gustoće suspenzije, vremena trajanja atricije i brzine vrtnje impelera, - konstrukcijskim značajkama atricijske ćelije i impelera.

Brzina impelera ne smije biti prevelika da ne dođe do prekomjernog sitnjenja mekšeg

materijala i stvaranja dodatne količine mulja. Proces je uspješan ako se nečistoće, kao što su oksidi željeza i aluminija, odstrane s površine zrna bez znatnijeg smanjivanja njegove veličine.

Gravitacijska koncentracija je skup postupaka za oplemenjivanje čvrstih mineralnih

sirovina koji se temelje na razlici u gustoći mineralnih komponenti (korisne i nekorisne). Kod oplemenjivanja kremenog pijeska gravitacijskom koncentracijom najčeće se koristi spiralni žlijeb (Humphreysova spirala). Humphreysova spirala sastoji se od 4 do 5 zavoja za preradu ruda metala ili 6 zavoja za preradu ugljena i nemetala. Tijekom protjecanja pulpe spiralnim žljebom na materijal djeluju gravitacija, trenje i centrifugalna sila, a do stratifikacije materijala u vertikalnoj ravnini dolazi na temelju ometanog taloženja, međuprostornog (pornog) strujanja i Bagnoldove sile ( Bedeković; Salopek, 2010 ). Prednosti spirale su u jednostavnom posluživanju, malom habanju, nema pokretnih dijelova, te relativno velikom kapacitetu. Nedostatak je što traži relativno uski klasirani materijal.

Slika 12. Upotreba spiralnih žljebova u koncentraciji kremenog pijeska



Slika 13. Detalj sa separacijskim noževima na kraju žljeba

Flotacija je danas najzastupljeniji postupak za odvajanje korisnih od nekorisnih

komponenata (najčešće mineralnih sirovina) pomoću zračnih mjehura u vodi, a temelji se na razlikama u kvašljivosti tih komponenata ( Bedeković; Salopek, 2010 ). Dva temeljna uvjeta je potrebno ispuniti za flotiranje čestica: 1. veličina čestice - čestica mora biti dovoljno sitna, krupnije čestice su preteške da ih zračni mjehuri „povuku“ u mineraliziranu pjenu koja kao koncentrat završava u preljevu flotacijske ćelije (postiže se mljevenjem), 2. priprema čestice za prihvaćanje - čestica se presvlači hidrofobnom opnom → postiže se provođenjem triju faza koje se najčešće odvijaju istovremeno: kondicioniranje, kolekcioniranje i tvorba pjene.

Kolektivna flotacija je postupak u kojemu se u jednom zajedničkom koncentratu dobivaju sve korisne komponente sirovine, neovisno o tome radi li se o samo jednoj komponenti ili o više njih ( Bedeković; Salopek, 2010 ).

Popis literature SOBOTA, I., ( 2009 ): Istraživanje mogućnosti oplemenjivanja kvarcnih pijesaka primjenom flotacije i magnetske separacije. Doktorska disertacija, Rudarsko-geološko naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu TOT, I., ( 2006 ): Geološka građa, sastav i rezerve ležišta kvarcnog pijeska Vranić. Diplomski rad, Rudarsko-geološko naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu PLAZIBAT, D., ( 2010 ): Elaborat o rezervama kremenog pijeska na eksploatacijskom polju "Tiglin - Horvacka"- obnova. SPP d.o.o, Varaždin MAJETIĆ, K., ( 2010 ): Atricijsko čišćenje kvarcnog pijeska iz ležišta Jagma 6. Diplomski rad, Rudarsko-geološko naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu KRKALO, E., ( 1976d ): Elaborat o rudnim rezervama ležišta kvarcnog pijeska Vrtlinska. Fond IGI, Zagreb KRKALO, E., ( 1984b ): Elaborat o rudnim rezervama ležišta kvarcnog pijeska Vrtlinska. Fond IGI, Zagreb KRKALO, E., (1998): Ležišta neogenskih kvarcnih pijesaka u rubnim područjima



slavonskih planina (Hrvatska). Institut za geološka istraživanja, str. 174, Zagreb. MANJARIĆ, M., ( 2008 ): Nalaz fosilnih kostiju dupina u površinskom kopu kvarcnog pijeska Vranić ( JZ podnožje Papuka ). Prirodoslovno-matematički fakultet Sveučilišta u Zagrebu JANKOVIĆ, S., ; VAKANJAC, B., ( 1969 ): Ležišta nemetaličnih mineralnih sirovina. Univerzitet u Beogradu, Izdavačko predzeće Građevinska knjga, str. 247, Beograd. BEDEKOVIĆ, G., SALOPEK, B., ( 2010 ): Upute i podloge za laboratorijske vježbe iz predmeta Oplemenjivanje mineralnih sirovina 2. Rudarsko-geološko naftni fakultet Sveučilišta u Zagrebu MARKOVIĆ, S. ( 2002 ): Hrvatske mineralne sirovine. Institut za geološka istraživanja Ostali izvori podataka ŠUPRINA, J., ( 2000 ): Kvarcni pijesci Slavonije i Moslavine, Mineral 30-31, Zagreb ŠUPRINA, J., ( 2005 ): Mineralne sirovine za staklarsku industriju – Ležišta kremenih pijesaka Španovica ( Novo selo ) i Branešci, Zagreb VRKLJAN, D., ( 2011 ): Rudarsko pravo i propisi TOMAŠIĆ, I., ( 2011 ): Ekonomska geologija Pješčara Jerovec URL: http://www.pijesak.hr/?proizvodi URL: http://www.pijesak.hr/?o-nama Projekti detaljnih istraživanja ležišta nemetalnih mineralnih sirovina URL: http://www.hgi-cgs.hr/Projekti-detaljnih-istrazivanja-lezista-nemetalnih-mineralnih-sirovina.htm Tehnološki postupci obrade sirove vode URL: http://www.fsb.unizg.hr/NewsUpload/15_11_2005_4509_pr04_06_VGM.pdf

Documents

SADRŽAJ UVOD - rudar.rgn.hrmklanfar/nids_mklanfar... · flotacija, magnetska i elektrostati čka separacija, te gravitacijska koncentracija. 1. Ležišta kremenog pijeska u Republici