Seminarski rad iz kolegija

Primijenjena mineralogija i petrologija

SOL

Ime i prezime: Nadzorni nastavnik:

Monika Požega Doc.dr.sc. Sibila Borojević-Šoštarić

Zagreb, svibanj 2012.

1. UVOD

Kada se opisuje, natrij se uvijek povezuju sa riječima poput nestabilan, u dodiru s

vodom burno reagira, srebrnobijele je boje, mekan je metal koji se lako reže nožem, te sadrži

prostorno centriranu kubičnu strukturu. Zajedno sa klorom koji je ioasan i potencijalno

smrtonosan, tvori natrijev klorid, poznatiji i kao sol. Kuhinjska sol je glavni izvor iona Na+ i

Cl- za ljude i životinje. Ioni Na+ imaju ključnu ulogu u mnogim fiziološkim procesima, od

održanja stalnog krvnog tlaka do održanja rada živčanog sustava. Njegovu koncentraciju

reguliraju bubrezi. Iz tog razloga, unošenje kuhinjske soli neophodno je za život. Može se

pojaviti u obliku sitnih bezbojnih kristala, a predstavlja jedan od najraširenijih anorganskih

spojeva koji se mogu pronaći u prirodi.

Današnjim načinom života unosimo i nekoliko puta veću količinu soli od 5g što je

dnevna ljudska potreba. Prekomjerna upotreba soli može izazvati razne bolesti. Pomanjkanje

iona Na+ u krvnoj plazmi može izazvati dehidriranje, acidozu i atrofiju tkiva, a povećanje

koncentracije iona Na+ dovodi do stvaranja edema i hipertenzije (stanje povišenog krvnog

tlaka). Manje soli u hrani pomaže boljem radu bubrega i manjoj pojavi bubrežnih kamenaca te

smanjenom riziku nastanka osteoporoze.

Nalazišta soli pronađene su kao otopine ili u čvrstom stanju. Upravo su metode

dobivanja te koje dijele ove dvije forme u kategorije, odnosno na kuhanu, morsku i kamenu

sol.

Kuhana sol dobiva se iz naslaga soli na mjestima gdje je nekada bilo more pa se tokom

vremena nataložila sol. Bušenjem i polaganjem cijevi (slično kao i za naftu), dolazi se do

nalazišta soli. U bušotinu se potom ulijva voda koja topi tu sol. Nakon što se otopina izvuče

na površinu, netopivi ostaci ostaju na dnu. Da ostane čisti NaCl, otopina se (Najbolji primjer

je rudnik soli u Tuzli i nama najbliže strana solana u Austiji - mjestu Ebensee).

Morska sol dobiva se isparavanjem morau velikim plitkim bazenima. More se dovede do

solnih bazena. Proces počinje u prvom bazenu gdje je koncentracija NaCl najmanja, a

završava u zadnjem gdje je morska sol toliko zasićena da se dol založi na dnu bazena. Do

isušivanja dolazi pod najpovoljnijim uvijetima tj. Bure i sunca,

Kamena sol se u pravilu dobiva u podzemnim rudnicima. Sirovina se prvo mehanički

usitnjavanja, postupkom sortiranja dalje se obrađuje tako da bi se komponente kamene soli

očistile

od popratnog kamenja. Samo u iznimnim slučajevima sirovina je takve čistoće da nije

potrebno provoditi postupak sortiranja.

2. POVIJEST

Prapovijesne civilizacije nisu bile svjesne svoje potrebe za soli. Mezopotamijska legenda

govori o ranjenoj svinji koja je pala u ocean i utopila se. Nakon što su je izvadili i kušali,

zaključili su da je ukusnija nego nezasoljeno meso. Sumerijanci su solili meso i koristili sol da

bi sačuvali hranu 3500 g.pr.Kr., a trojanci su 1000.g.pr.Kr. naučili koristiti sol da bi sačuvali

ribu.

Sol je tokom godina postajala sve cjenjenija i označavala je vrijednost pojedine obitelji. S

vremenom se čak i plaća isplaćivala kroz sol. Tako je i nastao naziv salary (eng. plaća) od

latinske riječi salt, što znači sol. Zanimljiv primjer je i taj da je rimski vladar Pompej dodavao

sol u svoje piće kao navodni protuotrov za otrove.

Dobivanje soli kontrolirala je vlada. U Francuskoj se pojavila gabelle koja se odnosila na

porez kroz sol koja je dovela i do francuske revolucije. Kamena sol rudarenjem se počela

dobivati već 1400.g.pr.Kr., a morsku sol su proizvodile Maje 1000.g.pr.Kr.

Godine 1782., Arthur Cambell dobivao je sol zagrijavajući slanu vodu dobivenu iz slanih

izvora. 1790.g. Nathaniel Loomis je započeo prvu komercijalnu proizvodnju soli u SAD-u

namjenjenu za privatnu potrošnju. 1799. William King potopio je tri metra široko i šezdeset

jedan metar doboko okno. Prije negoli je uspio izvaditi stijene bogate solju, okno je

preplavljeno. Ipak, dobio je odliku kopanja prvog rudnika soli u Americi.

3. MINERALOGIJA

Minerološki naziv za sol je halit (grč. Hals - sol). Ima jednostavnu kristalnu strukturu. Čisti

natrijev klorid sadrži 39% natrija i 60,66% klorida. Ovo su neke od karatkteristika:

- Formula: NaCl;

- Izgled: najčešće kubični, masivan, najčešće bijele boja ali ponekad može biti

crven, plav, žut ili ljubičast;

- Fizičke karakteristike:

� Tvrdoća: 2 po Mohsovoj skali;

� Lom: krkh;

� Temperatura vrenja: 804°C;

� Temperatura taljenja: 1,413°C.

4. OTOPINE SOLI

Otopine soli pronađene su u oceanima, jezerima, prirodnim slanim vodama i podzemnim

vodama.

4.1. Oceani

Oceani osiguravaju najveće resurse soli na svijetu. Svjetski ocean sadrži 530 milijuna

kubičnih vode. Oko 42% soli otopljeno je u oceanu. Koncentracija soli u moru varira između

1 i 5%, ovisno o lokaciji, dubini i vanjskim utjecajuma, ali prosjek je 3.5%. Na obalnim

područjima, gdje učestalost evaporacije prelazi učestalost oborina, dobivanje soli

isparavanjem morske soli može biti povoljan način dobivanja. U nekim zemljama koje imaju

ograničenu tehnologiju i metode dobivanja takve operacije mogu biti teške i relativno

nepromijenjene s obzirom na njihove pretke.

Neke ustanove u suhim područjima koriste prirodne plitke depresije duž obale. Morska voda

uvede se tijekom plime, oseke ili oluje, te se suši u suhim periodima, ostavljajući iza sebe

koru soli na površini. No takve operacije su male pa se pretežito koriste za lokalnu

konzumaciju. U drugim zemljama koriste se moderne operacije koje koriste napredne

znanstvene tehnike da bi povećali produktivnost, a pritom smanjili troškove proizvodnje.

4.2. Jezera

Jezera su rezultat prirodne akumulacije vode u topografskim depresijama. Voda prenosi

otopljene minerale čija kompozicija ovisi o topljivosti stijene, kao i materijalu koji je bio

izložen otapanju podzemnom, ili pak površinskom vodom.

Clarke je klasificirao jezera na:

- Jezera natrijevog klorida;

- Prirodne bukavac jezera;

- Sulfatna jezera;

- Sulfatno - kloridna jezera;

- Alkalna jezera.

Jezera natrijevog klorida su ili odvojena tijela morske vode, ili duguju njezinu kompoziciju

prisutnosti soli u stijenama. Cjeline koje su zatvorenog tipa na obali, a sadrže slanu vodu,

osiguravanju prirodni izvor za razvitak soli.

4.3. Podzemne vode

Podzemne vode dijele se na urođene i meteoritne. Urođene su one koje su zarobljene unutar

stijene prilikom formiranja, a prikazuju kompoziciju vode tog vremena. Meteorska voda je

svježa ali apsorbira topljive minerale dok ide zrakom i unutar tla, stijene itd. Slanoća morske

vode može se povećati prilikom kontakta sa naslagama punim natrijevog klorida. Raspon

kemijskih sadržaja može varirati između nule, pa sve do 254,000 ppm.

5. KAMENA SOL

Kristalizirana sol može se naći u skupinama poput slanih bazena, slojevitih ležišta i slanih

kupola. Halit može biti dominantan mineral, a može se naći pomiješan isa drugim

mineralima.

5.1. Slani bazeni

Slani bazenii su prirodan, pješčan, slan, blatnjavi kat pustog bazena (Grabau 1913.g.).

Prilikom uljevanja kiše može biti prekriven kišnicom, rastopi svu topljivu površinu bazena, a

nakon što kiša ispari, ostaju evaporitne stijene. U kasnijim periodima oborina i isparavanja

nastati će kristali soli. Slani bazeni formiraju se isparavanjem mineraliziranih jezera.

5.2. Slojevita ležišta soli

Sol se također može naći i u slojevitim ležištima različite debljine. Takva ležišta pojavljivala

su se u svim geološkim razdobljima, od Kambrija pa sve do Tercijara. Iako postoji više teorija

o nastanku takvih ležišta, koristi se ona koja kaže da formacija sadrži soli nastale

evaporacijom slane vode..

5.3. Solne dome

Jedna od karakteristika soli je da će ona teći plastično kada se kompresijske sile izvrše na

određenim slojevima koje sadrže slane dome. Sile se mogu pojaviti zbog statičke težine

slojeva koji su iznad njih. Ako se tlak poveća, sol će teći u zone smanjenja tlaka.

6. ISTRAŽIVANJE I RAZVITAK

Mnoga nalazišta soli otkrivena su slučajno, prilikom traganja za naftom i plinom. Iako su

mnogi istraživačkii projekti locirali slane resurse, zadaća je geologa da opišu zone ruda i

izmjere resurse soli. Ako je slano tijelo suho, istraživanju se mora posvetiti veća pažnja kroz

detalje nego što bi to bilo kod rudarskog rješenja i njegovih tehnika.

7. PROCJENA GEOLOŠKIH FAKTORA

Tijekom procjene ležišta soli za suho rudarenje, uvjeti koji okružuju nalazište jednako su

bitni koliko i ono samo. Ti uvjeti su podzemne vode, karakteristike preopterećenja, fizičke

karakteristike stijena povezanih sa soli, rasjedi, mijenjanja faciensa, amplitude i pozicija, te

kemijske kompozicije.

7.1. Podzemna voda

Količina podzemne vode i njezinog hidrostatskog tlaka ima direktan utjecaj na metode i

cijenu postavljanja okna.

7.2. Karakteristike preopterećenja

Veoma je bitno znati fizičke karakteristike ovog horizonta, te da su informacije uzete točno na

području na kojima će biti izbušeno okno.

7.3. Fizičke karakteristike stijena povezanih sa soli

Rasponi, veličina potpornja i postotak vađenja samo su neke od crta rudarenja koje će biti

određene karakterom stijena koje okružuju ležište.

7.4. Rasjedi

Vertikalne ili približno vertikalne frakture često sadrže slanu vodu, naftu ili plinove. Da bi se

izbjeglo daljnje širenje rasjeda i negativni učinak na rudnike, potrebno je ulagati velike

količine novca.

7.5. Mijenjanje faciensa

Potrošači preferiraju proizvod koji ima uniformiranu kemijsku komoziciju. Stoga, istraživački

program mora definirati limite različitih stupnja slanoće te stvoriti standardni proizvod.

7.6. Amplitude i pozicija

Amplitude i pozicija nalazišta soli utječu na rudarski sistem, postotak ekstrakcije, dubine na

kojoj se buši, načina na koji se buši i sl.

7.7. Kemijska kompozicija

Da bi ležište bilo ekonomski isplativo, mora sadržavati 95% natrijevog klorida. Ovisno o

slanoći i potrebi mogu se uzeti u obzir i drugi elementi kao što su bor, bakar, željezo pa čak i

amonijak.

8. BUŠENJE I JEZGROVANJE

Ako seizmički ili neki drugi geofizički podaci upućuju na uniformiranu nadmorsku visinu

soli, tekućina za bušenje može se pretvoriti u zasićenu slanu vodu na vrhu slane formacije. U

zonama gdje se gubi cirkulacija postavlja se kučište i to na vrhu iznad soli, a nakon toga i niz

zaštitnih mjera. Kada bušilica otkrije jezgru, ona se reže ma komade velike 0,33m, a potom ih

lomi. Blok se tada iznova lomi i tvori kvadrant koji se onda opet lomi za kemijske testove.

Kada je rupa za jezgrovanje gotova, mora se učvrstiti zvučnom ili trodimenzionalnom

opremom. Tek tada su uzorci u vezi sa fizičkim dijelovima kore i geografijom koja ocijenjuje

bušenje.

Slika 1.1. Uzorak jezgrovanja

9. NAČINI DOBIVANJA SOLI

Sol se može dobiti podzemnim rudarenjem, sunčevim i mehaničkim isparavanjem, te pomoću

vakuma u posudi.

9.1. Podzemno rudarenje

Podzemno rudarenje uključuje rudnike kamene soli, rudarenje otapanjem i razvoj prirodnih

slanih lužina.

9.1.1. Rudnici kamene soli

Svi rudnici SAD-a i Kanade koriste metodu prostorija i stupova. Visina prostorija ovisi o

debljini ležišta, a širina o sigurnom izvlačenju soli. Debljina stupa je kontrolirana postotkom

dopuštenog izvlačenja na različitim dubinama i debljini prostorije. Također, koriste se krovni

vijci koji podupiru prijenosne tunele, ulaze u okno i privremena radna područja. Rupe za

vijke imaju glatku površinu koja tijekom vremena zbog tlaka formira slaba utorišta. Većina

rudnika kamene soli koristi standardnu opremu zbog fizičkih obilježja soli. Prednja strana na

radovima je horizontalna i gdje se nalazi zasjek veličine oko 3 metra. Nakon toga buše se

serije horizontalnih rupa u koje se stavlja eksplozivna tvar, najčešće amonijev nitrat i loživo

ulje, a eksplodiraju nakon završetka smjene. Nakon što se sol rasprši, utovarivači pokupe

kamenu sol i transportiraju ih do jedinica koje ga usitnjavanju, prenose do pomičnih traka do

daljnih stanica za usitnjavanje. Sol se može skladištiti unutar zemlje, ali se može i podići na

površinu i čuvati u silosima.

Slika 1.2. Kamena sol

9.1.2. Rudarenje otapanjem

Rudarenje otapanjem uključuje injektiranje otapala koje obnavlja podzemne topljive minerale.

Uobičajeno je da se izbuši nekoliko rupa i voda se pumpa unutra pod jakim pritiskom,

otapajući sol i ostavljajući krute čestice na dnu šupljine.

Prednost ove metode je što se mogu izvaditi specifična ležišta, a ujedno i smanjiti prisutnost

taloga. Šupljine koje nastanu prilikom ovakvog bušenja često služe kao skladišta različitih

proizvoda.

Slika 1.3. Prikaz rudarenja otapanjem

1.Dograđena dionica

2. Uređaj za bušenje

3. Dvostruki sustav cjevovoda

4. Konačni oblik kaverne s otopinom

9.2. Sunčevo i mehaničko isparavanje

Sol se može dobiti iz morske vode na obalama, prirodnim ili umjetnim lagunama.

Proizvodnja koristi sunce i vjetar da bi se isparila voda koja iza sebe ostavi čiste kristale soli.

9.2.1. Isparavanje morske vode

Morska voda sadrži razne topljive soli koje se odvajaju prilikom otapanja. Kalcijev karbonar,

koji je najmanje topiv, odvojit će se prvi. Magnezij će se stoga odvojiti zadnji. Prvi korak je

povećati slanoću i dopustiti kalcijevim, magnezijevim i željeznim česticama da se iztalože iz

otopine. Potrebne su 2 do 5 godina da bi urodila prva sol. Slana voda tretira se vapnom da se

makne višak sulfata i tada se pumpa u bare za isparavanje da bi se dozvolila kristalizacija.

Nakon što se sol 85% izkristalizirala, preostala tekućina se isuši.

NH4+ Na

+ K

+ Mg

2+ Ca

2+ Ba

2+ Ag

+ Pb

2+ Cu

2+ Ni

2+ Zn

2+ Fe

2+ Fe

3+ Al

3+

OH- O O O Y Y O

X

(crna) X

X

(plava)

X

(zelena) X X (siva) X (siva) X

Cl- O O O O O O X X

O (t.

zelena)

O

(zelena) O

O

(zelena) O (žuta) O

Br- O O O O O O X Y

O

(crvena)

O

(zelena) O

O

(zelena)

O

(crvena) O

I- O O O O O O X

X

(žuta) -

O

(zelena) O

O

(zelena) - O

S2-

O O O Y Y O X

(crna)

X

(siva) X (crna) X (crna) X X (crna) X (crna) X

SO42-

O O O O Y X Y X O

(plava)

O

(zelena) O

O

(zelena) O O

NO3- O O O O O O O O

O O O

O O O

(plava) (zelena) (zelena)

CO32-

O O O X X X X X X

(plava)

X

(zelena) X X X (siva) X

PO43-

O O O X X X X

(žuta) X

X

(plava)

X

(zelena) X X X (žuta) X

Legenda :

O Soli dobro topljive u vodi

Y Soli slabo topljive u vodi

X Soli praktično netopljive u vodi

- U otopini se zbivaju složene reakcije

Slika 1.4. Tablica topljivosti soli

Za soli dobro topljive u vodi boja odgovara boji njihovih vodenih otopina, a za netopljive soli boji

taloga.[1]

9.2.2. Sunčevo isparavanje

Voda otapa minerale iz tla i stijena i akumulira se u slanim jezerima.. Slana jezera su

topografski niža od većine okolnog područja pa postaju savršeni bazeni za akumulaciju

minerala. Tijekom nekoliko mjeseci, pod utjecajem vjetra i sunca, voda isparava dok na dnu

ostanu kristali soli.

1.5. Slana jezera

9.3. Vakum u posudi

Ovakva metoda je metoda suhog rudarenja ali i rudarenja otapanjem. Sastoji se od tri ili više

isparivača spojene u seriju. Para iz kotlova opskrbljuje isparivače toplinom i hrani se iz

jednog isparivača do drugog da bi povečala energetsku učinkovitost.

Slika 1.6. Shematski prikaz isparavanja pomo

Slika 1.6. Shematski prikaz isparavanja pomoću vakuma

Slika 1.7. Isparivači u seriji

u vakuma

10. OBRADA

Proces dobivanja soli pomoću sunca sadrži prijevoz soli do stanica za pranje ili direktno

do zaliha. Nakon što je dopremljena u stanice za pranje, sol se usitnjava na vibrirajućim

trakama, a zatim se pere na transportnoj traci slanom vodom da bi se smanjilo otpuštanje

kristala soli. Tako oprana odlazi do klasifikatora, a zatim i do skladišta.

1.8. Klasifikator

Proces isparavanja pomoći vakuma izveden je pomoću zagrijane slane vode u vertikalnim

sanducima za isparavanje. 3-5 isparivača stavljena su u seriju, svaki pod većim vakumom

nego onaj prethodni. Kada se tlak u isparivaču smanji, smanji se i temperatura. Para dođe do

prvog kotla i salina prokuha, a para koja je prokuhala salinu ide dalje u sljedeći isparivač.

Iako tlak u sljedećem isparivaču nije toliko velik, para iz prethodnog isparivača prokuva slanu

vodu.

Nakon što se sol pročistila i to do 99,9% natrijevog klorida, suši se u rotacionim sušolima

ili fluidnim horizontalnim sušilima da bi se spriječilo koksiranje prilikom procesa sušenja.

1.9. Skladištenje soli na površini

11. UPOTREBA

Sol se najviše koristi u kemijskoj industriji, čak 45%. Upotrebljava se za dobivanje klora i

njegovog koprodukta natrijevog hidroksida, ali i za dobivanje detergenata, sapuna ili

šampona. U farmaciji se koristi kao kemijski reagens.

Na hranu se potroši 4% soli i tou obliku pojačivača okusa, konzervansa ili vezivnog

sredstva. U meso se dodaje da bi spriječila dolazak bakterija, u konzerve kao konzervans, a u

sir kao kontrolno sredstvo.

Slika 1.10. Sol u hrani

Industrije ga koriste u procesu bušenja, a zanimljivo je da se može pronaći u riži, mlijeku,

sladoledu, gumici ali i u 14 000 drugih proizvoda.

Slika 1.11. Sol protiv zamrzavanja

12. NALAZIŠTA

Danas su u Hrvatskoj aktivne samo tri solane – Pag, Nin i Ston.

Točan početak dobivanja soli je nepoznat ali se pretpostavlja da je postojala već u IX. St.

Prema posljednjim informacijama, površina svih polja je oko 250 ha, a godišnji kapacitet

joj je 22 000 tona.

Ninska solana je također izgrađena prije mnogo godina. Jedno vrijeme joj je prijetilo

zatvaranje zbog navodnog narušavanja turističko-kulturnog ambijenta. Solana je

obnovljena prije desetak godina ali unatoč planovima za uvođenje nove tehnologije, sol se

proizvodi na klasične načine.

Soloana u Stonu je jedna od manjih jer ima dvadesetak bazena. Ovisno o vremenskim

prilikama, godišnje proizvede 2 000 – 4 000 t vrlo čiste kuhinjske soli.

Slika 1.12. Solana u Stonu

Neke od napuštenih solana su Zablaće, Jadrtovac, Kampor, Karin, Slano, Osor...

Slika 1.13. Nalazišta u Hrvatskoj

Aktivne solane

Napuštene solane

http://news.page-macrae.co.nz/2010/09/dominion-salt-nz-ltd.html

http://hr.wikipedia.org/wiki/Kuhinjska_sol

http://www.pse.pbf.hr/hrvatski/elementi/na/spojevi.html