Ovaj rad ima ambiciju da
nagovesti Izvodljivost dopune tehnološke šeme RTB-a Bor u vezi iskopavanja i separatnog
odvajanja i obogaćivanja mineralnih sadržaja, koji se zasnivaju na novim
tehničko-tehnološkim mogućnostima. Na osnovu tih novih tehničko-tehnoloških
mogućnosti, RTB Bor ima šansu da u perspektivi uveća svoj profit, kako boljim
tehnološkim iskorišćenjem i smanjenjem troškova u proizvodnji dosadašnjih
proizvoda, tako i proširenjem palete sa novim proizvodima.
Nova tehnološka rešenja
otvaraju perspektivu jeftinijeg i efikasnijeg separatnog odvajanja raznih metaličnih
i nemetaličnih sirovina iz rudnih iskopa. Naime, poznato je da rude bakra prate
minerali gvožđa uz skoro obavezno prisustvo pirita, koji je najčešći nosilac
zlata. Zbog toga, nameće se tehnološka potreba da se rude bakra pre njene flotacijske
prerade podvrgnu gravitacionim metodama radi izdvajanja zlata, a zatim i elektromagnetnim
metodama radi izdvajanja magnetičnih oksidnih minerala gvožđa, nikla i kobalta,
koji se nakon toga, radi koncentrisanja, mogu podvrgnuti oksidnoj ili obrnutoj
flotaciji gde odgovarajući reagensi podstiču hidrofobičnost korisnih komponenti
a istovremeno podstiču hidrofiličnost jalovinskih komponenti, koje mehurići
vazduha dižu na površinu odakle se skidaju preko preliva. Ova metoda obrnute
flotacije je pogodna za minerale gvožđa i fluorit.
Ležišta rude gvožđa na
prostorima tzv. “Gvozdenih šešira”, kao i eventualni tehnološki napredak u
korišćenju piritnih ogoretina, u perspektivi daju realnu pretpostavku da će RTB
Bor paletu svojih proizvoda proširi sa sirovinama za proizvodnju gvožđa i
čelika.
Naime, odavno je poznato
da je područje u okolini Majdanpeka i Kučeva, ali i na drugim lokacijama
Borskog regiona, pored nalazišta ruda bakra i plemenitih metala, bogato i
rudama gvožđa. Tehnološki napredak u svetu doprineo je konstruisanju malih
mobilnih rudarskih postrojenja, koja se po potrebi mogu brzo instalirati i
premeštati sa jedne na drugu lokaciju i koja se mogu prilagoditi i uklopiti
gotovo u svaki već postojeći tehnološki postupak otkopavanja i obogaćivanja
rude bakra, čija su nalazišta često isprepletana sadržajem minerala gvožđa,
nikla i kobalta.
Zahvaljujući ovim
tehničkim mogućnostima u perspektivi je izvodljiva efikasna separacija rudnih
metaličnih i nemetaličnih mineralnih sirovina u zavisnosti od njihovih
fizičko-hemijskih osobina. Konkretno, navodim izvodljivost izdvajanja gvožđa iz
rude bakra pomoću raznih tipova i veličina mobilnih magnetnih separatora sa
automatskim čišćenjem, koji se mogu instalirati u bilo kojoj fazi postupka
prerade bakarnih sirovina, radi efikasnog izdvajanja magnetičnih čestica (iz
sirovinske baze RTB-a najznačajniji su: gvožđe, kobalt i nikal).
Navedeni magnetni
separatori proizvode se za sve tehnološke oblike mineralnih sirovina (čvrste,
rasute, suve, mokre, tekuće i lako propustljive smese).
RTB Bor bi u perspektivi
mogao, uz relativno niske investicije u novu opremu, da na lokacijama
“Gvozdenih šešira” primeni novu praksu tretmana rude bakra, tako što bi, po
otkopavanju i usitnjavanju, rudu trebalo propustiti kroz gravitacione
separatore radi izdvajanja zlata, a zatim kroz magnetne separatore radi
izdvajanja gvožđa, kobalta i nikla, čime bi se, nakon eventualnog obogaćivanja,
dobila sirovina za preradu u metalurgiji gvožđa i čelika. Na ovaj način ruda
bakra bi se oslobodila nepovoljnih uticaja navedenih metala u postupku
dobijanja bakra. Nakon ovih postupaka iz rude bakra bilo bi poželjno izdvojiti
sulfidni mineral gvožđa – pirit radi njegovog obogaćivanja i pripreme za
pirometaluršku preradu.
Naime, zbog prisustva velikih
količina minerala pirita u rudama bakra, nameće se potreba posebne proizvodnje
i prerade koncentrata pirita, što je u više navrata rađeno u RTB-u Bor, ali ta
proizvodnja i prerada nije trajno zaživela u praksi iz različitih razloga, pre
svega, što se nije našla izvodljiva mogućnost plasmana viška sumporne kiseline
i piritnih ogoretina, kao i zbog enormnog zagađenja životne sredine.
Ukoliko se u perspektivi
otklone navedene smetnje, RTB Bor bi nakon izgradnje Nove Topionice bakra mogao
da preuredi jednu ili obe tehnološke linije, iz tehnološke šeme dosadašnjeg
načina prerade bakra, radi prženja koncentrata pirita. Proizvodnja
koncentrovanog sumpor dioksida prženjem pirita omogućila bi obogaćivanje
ostalih količina gasova iz buduće Nove Topionice, čime bi buduća fabrika
sumporne kiseline dobila mogućnost efikasnog i stabilnog snabdevanja sumpor
dioksidom, a grad i okolina zaštićenu životnu sredinu. Većom proizvodnjom
sumporne kiseline RTB Bor bi dobio mogućnost njenog većeg korišćenja za luženje
veće količine siromašnih bakarnih ruda, tako da bi se na ovaj način obezbedio
siguran i ekonomičan plasman sumporne kiseline, jer bi se troškovi njene
proizvodnje višestruko otplatili hidrometalurškom proizvodnjom novih količina
bakra, ali i drugih metala iz siromašnih – vanbilansnih sirovina.
Takođe, tehnološki
napredak omogućio je da se sada vrši ekonomična prerada tzv. “tehnogenih
mineralnih sirovina” iz osnovne proizvodnje bakra, koji su svojim prisustvom u
sirovinama za proizvodnju do sada poskupljivali tu proizvodnju ili zagađivali životnu
sredinu.
Izvodljivost Dopune
tehnološke šeme RTB-a Bor zasniva se na efikasnijoj preradi mineralnih sirovina
bakra i drugih metala - sl 1.
Takođe, zahvaljujući novim tehnološkim mogućnostima sada postoji i izvodljivost prerade otpada iz primarne proizvodnje bakra radi proširenja palete sa novim i korisnim proizvodima - sl. 2. Ova tema biće obrađena u posebnom poglavlju.
Sl. 1. Izvodljivost dopune tehnološke šeme RTB Bor
Takođe, zahvaljujući novim tehnološkim mogućnostima sada postoji i izvodljivost prerade otpada iz primarne proizvodnje bakra radi proširenja palete sa novim i korisnim proizvodima - sl. 2. Ova tema biće obrađena u posebnom poglavlju.
Sl. 2. Izvodljivost prerade otpada iz primarne proizvodnje RTB-a Bor
Sirovi materjali za proizvodnju bakra
Sirovi materjali za proizvodnju bakra mogu poticati iz bakarnih rudnih ležišta ili iz sekundarnih sirovina na bazi bakra, kao što su otpadni proizvodi od bakra, mesinga ili bronze. Sirovi materjali za proizvodnju bakra mogu se svrstati u dve grupe, i to:
1. Rudna ležišta bakra (rude bakra sa primesama oksidnih, silikatnih, karbonatnih, sulfatnih minerala, plemenitih metala, itd.).
2. Sekundarni materijali od bakra (otpadni bakar, mesing, bronza, itd.).
Rudna ležišta bakra na borskom regionu
Neko rudno ležište bakra ne sastoji se samo od
minerala bakra već od čitave palete raznih minerala, ali je naziv bakarno rudno
ležište dobilo zbog komercijalne vrednosti minerala bakra. Takvo bakarno rudno
ležište sadrži čitav niz minerala drugih elemenata u simbiozi sa mineralima
bakra, uz često prisustvo plemenitih metala i uz obavezno prisustvo pirita.
Prema lokaciji, rudna ležišta mogu biti
površinskog ili dubinskog lokaliteta, što opredeljuje način otkopavanja, putem
površinskih kopova ili jamskih otkopa ili njihovom kombinacijom, kakav je
slučaj u Boru, a u perspektivi i na širem prostoru Borskog regiona.
Prema katalogu “Mineralni depoziti Srbije” do
sada na prostoru borskog regiona registrovana su sledeća rudna ležišta:
lokacija Bor (koordinate: geografska
dužina (λ) 22.094, geografska
širina (φ) 44.095) –
kataloški broj YUG - 00061 (mineralni depozit zlata, bakra, srebra i platine),
Borska reka (koordinate: geografska dužina 22.088, georafska širina 44.082) – kataloški broj YUG - 00134 (mineralni depozit zlata, bakra i srebra),
Cerovo (koordinate: geografska dužina 22.038, georafska širina 44.178) – kataloški broj YUG - 00124 (mineralni depozit bakra i zlata), Čoka
Kuruga (koordinate: geografska dužina 21.981, georafska širina 44.230) – kataloški broj YUG - 00200 (mineralni depozit zlata i bakra), Čoka Marin
(koordinate: geografska dužina 22.013, georafska širina 44.284) – kataloški broj YUG - 00135 (mineralni depozit zlata, olova, cinka,
bakra i srebra), Lipa (koordinate: geografska dužina 21.962, georafska širina 44.190) – kataloški broj YUG - 00122 (mineralni depozit bakra), Majdanpek (koordinate:
geografska dužina 21.950, georafska širina 44.376) – kataloški broj
YUG - 00058 (mineralni depozit zlata,
bakra, srebra, molibdena, olova, cinka i gvožđa), Novo okno (koordinate: geografska dužina 22.106, georafska širina 44.086) – kataloški broj YUG - 00150 (mineralni depozit bakra), Postojka Čoka
(koordinate: geografska dužina 21.843, georafska širina 44.387) – kataloški broj YUG - 00164 (mineralni depozit kvarca), Rudna Glava
(koordinate: geografska dužina 22.094, georafska širina 44.333) – kataloški broj YUG - 00101 (mineralni depozit gvožđa, zlata i bakra),
Tanda (koordinate: geografska dužina 22.157, georafska širina 44.233) – kataloški broj YUG - 00198 (mineralni depozit volframa), Veliki Krivelj
(koordinate: geografska dužina 22.097, georafska širina 44.131) – kataloški broj YUG - 00076 (mineralni depozit zlata, bakra, molibdena i
srebra), Zlot – Zlaće (koordinate: geografska dužina 22.022, georafska širina 44.086) – kataloški broj YUG - 00125 (mineralni depozit srebra i zlata).
Na osnovu geografskih koordinata može se
zaklučiti da najveće metalično rudno bogatstvo borskog regiona zahvata prostor
između geografskih dužina 21.843 – 22.157 tj. relaciju između Postojka Čoke i
Tande i između geografskih dužina 44.082 - 44.387, tj. između nalazišta Borska
Reka i Postojka Čoka.
Pored razlika po mineraloškom sastavu, rudna
ležišta bakra razlikujemo i po hemijskom sastavu, tako da se rude bakra mogu
javiti u vidu oksida, karbonata, silikata, ali mnogo češće u vidu sulfida uz
obavezno prisustvo pirita – FeS2 i uz često prisustvo arsenopirita –
FeAsS.
Za pirit skoro da je pravilo da je on nosilac
zlata na prostoru borskog regiona. Pojava zlata ili drugih korisnih minerala u
rudnim ležištima bakra podiže rentabilnost eksploatacije rudnih nalazišta bakra
sa nižim sadržajima bakra, tako da ta zavisnost često opredeljuje rentabilnost
eksploatacije rudnih ležišta sa sadržajem bakra čak i ispod 0,3 %.
Iz napred navedenog Kataloga “Mineralni
depoziti Srbije” videli smo da se rudna ležišta bakra javljaju uglavnom u Timočkoj metalo genetskoj
zoni na relaciji Bor (Krivelj, Cerovo, Borska reka, Brezonik) - Majdanpek
(Južni i severni revir, a od nedavno i rudnik Čoka Marin). Postoje istražni
radovi koji su potvrdili postojanje i drugih perspektivnih mineralnih lokacija
u graničnim delovima borskog i susednih regiona, naročito u pogledu sadržaja
plemenitih metala, bakra, gvožđa itd.
Rudno ležište „Cerovo“
nalazi se 15 kilometara severozapadno od Bora u rudnom polju Mali Krivelj –
Cerovo – Sl. 3.
Na ovom lokalitetu otkrivena su rudna tela „Cerovo –
Cementacija 1“, „Cerovo – Cementacija 2“, „Cerovo – Cementacija 3“, „Cerovo –
Cementacija 4“, ležište „Drenova“ i „Cerovo –
primarno“. Rudno ležište „Cerovo“
pripada porfirskom tipu ležišta, sa osnovnom mineralizacijom nastalom u
hidrotermalno izmenjenim andezitskim stenama. Nosilac bakronosnog orudnjenja je
mineral halkopirit praćen bornitom, dok je pirit najzastupljeniji mineral u
orudnjenju. U manjoj meri zastupljeni su halkozin, kovalin i azurit. Ležište
„Cerovo - Cementacija 1“ otkopavano je u periodu od 1993. do 2002. godine.
Nakon otkopavanja blizu 20 miliona tona rude i proizvodnje 97,5 hiljada tona
bakra u koncentratu, 1,2 tone zlata i 8,3 tone srebra eksploatacija je
obustavljena. Porast cena bakra na Londonskoj berzi metala stvorili su 2011.
godine kombinatu bakra mogućnost za obnavljanje proizvodnje u rudniku „Cerovo –
Cementacija 1“, gde je ostalo da se otkopa još 14 miliona tona rude srednjeg
sadržaja bakra od 0,31%. Pokazalo se da u ovom i u ostalim ležištima koja
pripadaju kompleksu „Cerovo“ ima ukupno 320 miliona tona rude.
Sl.
3. Rudnik Cerovo
Podzemni rudnik u Boru, poznat po nazivu „Jama“ sl. 4, kontinuirano radi od 1902. godine. Rekordni
proizvodni rezultati zabeleženi su u periodu od 1996. do 1998. godine
kada se godišnje otkopavalo i do 1,9 miliona tona rude. U Jami Bor se trenutno
otkopavaju rudna tela „Brezonik“ i „T“. Ostatak rudne rezerve u rudnom
telu „Brezonik“ iznosi 475.000 tona, sa srednjim sadržajem bakra od 1,25%.
Utvrđene geološke rezerve u rudnom telu „T“ iznose 239.000 tona, sa srednjim
sadržajem bakra od 5,095% i srednjim sadržajem zlata od 2,621 g/t rude.
Vrše se pripreme za eksploataciju rudnog tela „T1“ u kojem ima oko 350.000 t
rude sa srednjim sadržajem bakra od 1,897% i zlata od 0,822 g/t rude.
Sl.
4. Rudnik “Jama” Bor
Rudnik bakra „Veliki Krivelj“ otvoren je 1979.
godine. Raskrivanje je trajalo do 1982., a godinu dana kasnije ležište je
počelo da se eksploatiše (vidi sl. 5).
Od 1983. godine do
danas otkopano je oko 194,6 miliona tona rude sa prosečnim sadržajem bakra od
0,342 %, što ukupno iznosi oko 665.000 t bakra u rudi. Da bi se dobio
ovaj bakar bilo je neophodno da se otkopa oko 178,8 miliona tona jalovine (koeficijent
raskrivke 0,92). Preostale overene geološke rudne rezerve iznose preko 617 miliona
tona rude sa srednjim sadržajem bakra od 0,32 %, dok su bilansne rezerve 474,3
miliona tona, sa prosečnim sadržajem 0,323 % bakra. Ukupno, ležište „Veliki
Krivelj“ sa 1.533.821 tona bakra u rudi i predviđenim povećanjem kapaciteta na
10,6 miliona tona rude godišnje, predstavlja potencijal za eksploataciju u
narednih 45 godina. Rudnik Veliki Krivelj otkopavanje rude vrši putem
površinskog otkopa pomoću opreme visokog tehnološkog standarda. Za bušenje
minskih bušotina koriste se bušilice prečnika 250 do 310 mm, a za utovar
minirane rude i jalovine bageri velikog kapaciteta, čija je zapremina kašike 15
m3 i 22 m3. Transport do drobiličnih postrojenja za rudu
i jalovinu obavlja se kamionima nosivosti do 220 tona. Pored toga u upotrebi su
i buldožeri, grejderi i cisterna za vodu. Rudarski otpad (jalovina) sa
površinskog kopa Veliki Krivelj odlaže se u prostor Borskog površinskog kopa.
Predviđa se da će u narednih 10-15 godina kapacitet otkopavanja rude biti 10,6
miliona tona rude godišnje, sa srednjim sadržajem bakra od 0,28 % - 0,38 %, dok
će se godišnje u narednih pet godina, sklanjati i oko 20 miliona tona jalovine,
nakon čega će koeficijent raskrivke biti povoljniji.
Najveći
potencijal jamske eksploatacije u kompaniji RTB Bor u perspektivi je ležište „Borska reka“. U ležištu „Borska
reka“geološke rezerve pripadaju A, B, C1 i C2
kategorijama između etaža k+25 m i k-995 m sa preko milijardu tona
rude i više od 5,5 miliona tona bakra, a u kategorijama A, B i C1
rezerve iznose 556,9 miliona tona rude i 3,15 miliona tona bakra sa pratećim
elementima (zlato, srebro, molibden i dr.). Bilansne rezerve obračunate su na
ukupno oko 319,9 miliona tona rude sa 0,5 % bakra, 0,204 g/t zlata i 35,89 g/t
molibdena. Pored rudnog ležišta na XVII horizontu izgrađeno je postrojenje
primarnog drobljenja sa tehnološkom linijom transporta i izvoza rude. Ležište
je otvoreno i dobrim delom razrađeno za otkopavanje iznad XVII horizonta, tako
da su potrebna određena investiciona sredstva i optimalan vremenski period za
izradu dodatnih prostorija i objekata. Studijom Rudarsko geološkog fakulteta u
Beogradu utvrđeno je da je tehnički moguće otkopavati rudu u zahvatu iznad XVII
horizonta, otkopnom metodom sa očuvanjem površine i sa ekonomski prihvatljivim
efektima. Zaključkom Studije konstatovano je da otkopavanje rude iznad XVII
horizonta ni u kom slučaju ne ugrožava i ne umanjuje efekat otkopavanja ležišta
„Borska reka“ ispod XVII horizonta i ne isključuje primenu metode sa
zarušavanjem. Rezerve rude iznad XVII horizonta k-155 m iznose preko 20 miliona
t rude sa sadržajem bakra od 0,5%, zlata 0,187 g/t rude, srebra 1,66 g/t rude i
molibdena 40,7 g/t rude.
Čoka Marin je rudnik sa podzemnom eksploatacijom u sastavu
Rudnika bakra Majdanpek – sl. 6.
Ležište Čoka Marin se nalazi na tromedji sela Leskovo, Jasikovo i Vlaole. Prema onome što se o orudnjenju "Čoka Marin" do danas zna, može se reći da je za sada tehnološki izvodljivo i ekonomski isplativo otkopavanje samo rudnog tela "Čoka Marin - 1", uglavnom dela rudnog tela sa masivno sulfidnom rudom često pominjanim pod imenom "Polimetalična ruda". Prosečni sadržaji su: 3,5 % bakra, 8 gr/t zlata, 150 gr/t srebra, 0,5 % olova, 0,5% cinka, 5 gr/t žive i do 0,5% arsena.
Sl. 6. Rudnik Čoka Marin
Ležište Čoka Marin se nalazi na tromedji sela Leskovo, Jasikovo i Vlaole. Prema onome što se o orudnjenju "Čoka Marin" do danas zna, može se reći da je za sada tehnološki izvodljivo i ekonomski isplativo otkopavanje samo rudnog tela "Čoka Marin - 1", uglavnom dela rudnog tela sa masivno sulfidnom rudom često pominjanim pod imenom "Polimetalična ruda". Prosečni sadržaji su: 3,5 % bakra, 8 gr/t zlata, 150 gr/t srebra, 0,5 % olova, 0,5% cinka, 5 gr/t žive i do 0,5% arsena.
Površinski kop Majdanpek – (Južni i Severni revir) - sl. 7. je tokom 2009. godine proizveo
oko 3 miliona metara kubnih jalovine i 2 milona tona rude.
Sl. 7. Površinski kop
Majdanpek
Osnovna oprema koja se koristi na ovom kopu je
sledeća: Oprema za bušenje: Na površinskom kopu za bušenje minskih bušotina
koriste se bušaće garniture tipa BUCYRUS ERIE 45R i 60R (tri garniture su iz
1985. godine, a jedna iz 2010. godine). Trenutno površinski kop raspolaže sa 4
bušaće garniture. Oprema za utovar: Utovar rude i jalovine na površinskom kopu
obavlja se bagerima na električni pogon zapremina kašike 7.6, 11.46 i 15.3 m3,
proizvođača MARION/BUCYRUSERIE (ukupno 5 starih užetnih bagera) i novim
hidrauličnim bagerom KOMATSU PC400 na električni pogon (jedan komad,
proizvodnje 2010. i zapremine kašike 22 m3). Trenutno površinski kop raspolaže
sa 6 bagera. Oprema za transport: Transport rude i jalovine na površinskom kopu
obavlja se dizel-elektro kamionima nosivosti 190 t i 120 t. U upotrebi su
kamioni proizvođača DRESSER 630/UNIT RIG (osam komada iz 1997. godine i pre) i
BELAZ (pet komada tipa 75306, nosivosti 120 tona, iz 2010. godine). Površinski
kop trenutno raspolaže sa 13 kamiona u floti. Drobljenje: Drobilični sistem je
ALLIS CHARMES / DENVER iz 1971. godine. Flotacija: Sistem flotacije je ALLIS
CHARMES / DENVER iz 1975. godine. Pomoćna mehanizacija: Veći broj razne opreme
Nabavkom tri bagera zapremine kašike preko 20 m3 12 kamiona nosivosti preko 120
tona, jedne bušilice i tri buldozera i jednog grejdera stanje na kopovima RB
Bor jr znatno popravljeno i stvoreni su preduslovi za povećavanje proizvodnje.
Potrebno je nastaviti sistematsku zamenu voznog parka, pomoćne mehanizacije,
kao i delimičnu revitalizaciju i modernizaciju starih užetnih bagera. Takođe,
neophodno je revitalizovati i modernizovati transportni sistem sa odlagačem.
Sulfidne rude bakra
Sulfidne rude bakra su najzastupljenije
rude bakra u prirodi. Sulfidni minerali bakra dele se na jednostavne sulfidne
minerale bakra, sulfosolne minerale bakra i dvostruke sulfidne minerale bakra.
Sulfosolni minerali bakra imaju komplikovan
hemijski sastav, a njihovi tipični predstavnici su tetraedriti ili tzv.
“sinjavci”, gde se bakar vezuje sa antimonom, arsenom, bizmutom i/ili sumporom.
U nekim slučajevima bakar u tetraedritima može biti zamenjen sa srebrom,
gvožđem, cinkom ili živom, zbog čega hemijska formula tetraedrita ima složen
oblik: (Cu, Ag, Fe, Zn, Hg)3 (Sb, As, Bi)2 S6.
Ove sulfo soli mogu sadržati primese olova, kobalta i nikla.
Postoje
dve osnovne grupe tetraedrita:
-antimonski tetraedrit, koji sadrži
25-45 % bakra i 25-30 % antimona sa primesama cinka,gvožđa i žive, i
-arsenski tetraedrit ili tenantit, koji sadrži 38-55% bakra, 15-20%
arsena i nešto malo cinka i gvožđa.
Kao najčešći dvostruki sulfidni minerali
bakra pojavljuju se halkopirit – CuFeS2, bornit - Cu5FeS4
, i enargit - Cu3AsS4
.
U zavisnosti od koncentracije bakra u
bakarnim sulfidima zavisi i metod njihove prerade. Tako naprimer, sulfidne rude
sa većim sadržajem bakra prerađuju se pirometalurškim metodama, dok sulfidne
rude bakra sa niskim koncentracijama bakra prerađuju se hidrometalurškim
metodama. U oba slučaja napredak tehnologije, u zavisnosti od veličine
nalazišta, omogućio je upotrebu manjih ili većih tehnoloških uređaja i
postrojenja. Isto tako napredak tehnologije omogućio je primenu novih metoda istraživanja,
otkopavanja, obogaćivanja i načina prerade sulfidnih bakarnih ruda, ali i
drugih sulfidnih ruda, koje sadrže olovo, cink, molibden, živu, nikl, itd.
Najčešće sulfidne rude bakra u ležištima
koje eksploatiše RTB Bor pojavljuju se u obliku halkopirita - CuFeS2 – vidi sl. 8, kovelina – CuS – vidi sl.
9, halkozina – Cu2S – vidi sl. 10, bornita – Cu5FeS4–
vidi sl. 11, i enargita - Cu3AsS4– vidi sl.12, kao
i tetraedrit (sl. 13).
Kao obavezni pratilac svih sulfidnih ruda bakra pojavljuju se markazit
(polimorfna modifikacija pirita – sl. 14) uz čestu pojavu plemenitih metala
(zlato, srebro, platina, paladijum) i pirit - FeS2 sl. 15,
koji spontanom oksidacijom prelazi u oksid gvožđa – limonit - Fe2O3
x nH2O- sl. 16. Pored navedenih pratilaca sulfidnih ruda bakra treba
navesti isulfid arsena i gvožđa – arsenopirit – FeAsS
– sl. 17.
Od ostalih sulfidnih
pratilaca bakra nisu retke pojave i drugih sulfida, kao naprimer, sulfidi kadmijuma, antimona, žive, bizmuta itd. Takođe, u nekim slučajevima moguća je i
pojava cinka i kadmijuma vezanih sa
selenom i telurom.
Halkopirit
- CuFeS2-
(sl. 8) ima sadržaj bakra u mineralu 34,6 %. Tvrdoće je 31/2
- 4, i zlatno, medenožute boje sa zelenkastocrnom trakom.
Sl.
8. Halkopirit
Kao sulfid bakra i gvožđa halkopirit
je najvažnija bakarna ruda. Javlja se u obliku mase, a ponekad i kao kristal u
mnogim geološkim okvirima, kao što su hidrotermalne žile te određeni broj metamorfnih i eruptivnih stena. Najvažnija je pojava halkopirita u bakarnim
naslagama porfira, gde su žile sulfidnih minerala povezane s velikim eruptivnim
intruzijama. Tu se obično nalaze i pirit
i bornit. Sa svojom zlatnom bojom, halkopirit je sličan piritu, ali je žući
i ima tetragonske, a ne kubne kristale. Uz halkopirit često se javljaju zlato,
srebro, olovo, arsen i mangan. Vrlo je česta pojava halkopirita u zajednici sa
halkozinom i bornitom, a uz njih se pojavljuju još i gvožđe i male količine
kobalta, nikla, srebra i arsena.
Kovelin
– CuS- (sl. 9) ima sadržaj bakra u mineralu 66,5 %. To je crno
plavkasti mineral ili indigo bakar, koji ima gustinu 4,68 g / cm 3.
Kovelin se lako oksidiše. Često se nalazi uz prisustvo halkozina, halkopirita,
bornita, enargita i pirita.
Sl. 9.
Kovelin
Halkozin
- Cu 2 S – (sl. 10) ima sadržaj bakra u mineralu
79,9 % i javlja se kao crno sivkasti mineral bakra, koja ima
gustinu od 5.5-5.8 g / cm 3. Nakon zagrevanja, Cu 2 S
oksidiše i formira CuO i SO 2 (ili CuSO 4). Halkozin je jedna od najprofitabilnijih ruda bakra zato
što ima oko 67 % atomskog odnosa bakra i
skoro 80 % odnosa u masi, kao i zbog lakog izdvajanja sumpora.
Sl. 10. Halkozin
Bornit - Cu5FeS4 – (sl. 11) ima sadržaj bakra u
mineralu 63,3 %. To je vrlo važan bakarni mineral braon do crne boje sa
prelivima u ljubičasto plavu boju sa nijansama, tj. javlja se u bojama “pauna”, zbog prisustva
halkozina, halkopirita, kovelita sa kupritom i tetrahedritom sa tvrdoćom 3.
Sl. 11. Bornit
Enargit – Cu3AsS4 – (sl. 12) ima sadržaj bakra u
mineralu 48,4 % i spada u grupu ređih minerala bakra crne boje sa tvrdoćom
3-3.5. Njegovi prateći minerali su kvarc, bornit, galenit, svalerit, tenantit,
halkozit, halkopirit, kovelit, pirit, kao i neki drugi sulfidi.
Sl. 12. Enargit
Tetraedrit – 3Cu2S-Sb2S3
– je dvojni sulfid bakra i antimona i ima sadržaj bakra u
mineralu 52,3 % (vidi sl. 13). Ima boju čelika koja se preliva od crne preko
sive do srebrne. Tvrdoće je 3-4. Ovaj mineral pojavljuje se često u vidu
rastvora sa prilično retkim mineralom tenantitom (3Cu2S-As2S3),
koji ima sadržaj bakra u mineralu 57,5 %.
Sl. 13. Tetraedrit
Tenantit
– 3Cu2S x As2S3 – je redak dvojni sulfid bakra i arsena. Sadržaj bakra u
mineralu je 57.5 %. Ima belu do sivu
boju sa metalik odsjajem. Tvrdoće je 3-4, a specifična težina je oko 4.6.
Javlja se obično u zoni oksidacije bakarnih hidrotermalnih ležišta u društvu sa
kupritom, hrizokolom, malahitom, azuritom i gvožđe-mangan oksidima, često uz
pojavu zlata i srebra.
Osim navedenih pratećih sulfida kao
primese uz rude bakra pojavljuju se i pirit, plemeniti metali (najčešće srebro,
zlato i platina), zatim gvožđe, molibden, volfram, olovo, cink, kao i neki nemetali kao barit, kvarc, glina, itd.
Markazit FeS2 (sl. 14)
je polimorfna modifikacija pirita. Nastaje hidrotermalno na nižim temperaturama
nego pirit. Tvrdoće je 6-6.5. Nestabilan je i lako prelazi u pirit, obratno ne
važi, te je zato zanimljiv samo kao mineraloška pojava.
Sl. 14. Markazit
Pirit takođe ima tvrdoću 6-6.5 i često se koristi
za proizvodnju sumpora, a u kriznim vremenima (u drugom svetskom ratu) koristio
se i za proizvodnju gvožđa, što se inače izbegava zbog zaostalog sadržaja
sumpora, koji kvari osobine čelika napravljenog od gvožđa iz pirita. Međutim,
očekuje se da nova tehnološka rešenja reše ovaj problem, tako da je samo
pitanje vremena kada će se zbog iscrpljivanja tradicionalnih minerala gvožđa
(limonita, hematita i magnetita), gvožđe sve više proizvoditi od pirita odnosno
markazita.
Pirit (sl. 15) je krt polimorfni mineral markazita,
što znači da ima isti hemijski sastav kao i markazit ali sa drugačijom strukturom i često je
teško uočiti razliku između pirita i markazita. Boja pirita je izrazito žuta.
Sl. 15. Pirit
Prisustvo pirita javlja se i u mnogim
ugljevima, zbog čega ti ugljevi imaju povećan sadržaj sumpora. Zbog svog
obimnog prisustva u mnogim mineralnim sirovinama pirit se u nekim situacijama
tretira kao tzv. “problematični otpadni mineral” pri pripremi mineralnih
sirovina u hidrometalurgiji, dok je u pirometalurgiji koristan zbog znatne
uštede goriva.
Ono što je od značaja za oksidne rude jeste
činjenica da je pirit, kao i ostali sulfidni minerali, podložan spontanoj
prirodnoj oksidaciji u rudnim ležištima:
sulfid + kiseonik + voda
= sulfat
U
slučaju pirita, zbog velikog afiniteta gvožđa prema kiseoniku dolazi do spontane prirodne oksidacije, koja se odvija
na sledeći način:
2FeS2 + 7O2
+ 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4
(2Fe2+ + 4HSO4-)
Dvovalentni gvožđe sulfat je nestabilan u
prisustvu kiseonika i sumporne kiseline, zbog čega se dalje oksidiše do
trovalentnog gvožđe sulfata:
4 FeSO4 + O2
+ 2H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 +
2H2O
Nastali trovalentni gvožđe sulfat je takođe
nestabilan u neutralnim i slabo kiselim rastvorima, zbog čega je podložan
hidrolizi:
Fe2(SO4)3
+ 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
Prethodna reakcija se najčešće odvija u
prisustvu krečnjaka iz okolnog prostora rudišta po sledećem mehanizmu:
FeS2 + 6H2O
+ Ca(OH)2 = Fe2+ + Ca2+ 2SO42-
+ 14H+ + 14e-
Kao krajnji proces spontane oksidacije pirita
nastaje oksidni mineral gvožđa limonit – Fe2O3 x nH2O-
sl. 16, koji se na površini rudnog ležišta pirita, u zoni oksidacije, često
javlja kao “gvozdeni šešir”, što je očigledan znak da u dubinskim ležištima
postoje značajne količine sulfidne rude.
Sl. 16. Limonit
Eksploatacija limonita, kao gvozdene rude iz
zone “gvozdenih šešira” tokom ranijeg perioda obično je bila nerantabilna zbog
relativno malih količina takve rude, osim u slučajevima kada je “gvozdeni šešir” imao povoljan sadržaj
plemenitih i drugih metala. Zahvaljujući novom napretku tehnologije sada
postoje mobilni uređaji malog kapaciteta za ekstrakciju ruda gvožđa, koji mogu
doprineti ekonomičnoj eksploataciji relativno malih rudnih ležišta gvožđa,
naročito ako se ta eksploatacija odvija paralelno sa nekom ekonomičnom
eksploatacijom drugih minerala, naprimer bakra.
Sl. 17. Arsenopirit
Oksidne rude bakra
Oksidne rude bakra su
mnogo manje zastupljene u prirodi od sulfidnih ruda bakra. Njihov nastanak
objašnjava se kao posledica spontane oksidacije sulfidnih ležišta bakra.
Tokom
dugog geološkog perioda nakon nastanka sulfidnih minerala bakra na površini
zemlje i uz povišenu temperaturu, uz dejstvo kiseonika, dolazilo je do oslobađanja
sumpora u vidu sumpor dioksida, koji je sa prisutnom vodom gradio sumpornu
kiselinu, a ova je svojim delovanjem stvarala sulfate bakra. Ovakvim procesima
došlo je do stvaranja elementarnog bakra a zatim i bakarnih oksida kuprita i
tenorita, kao i bakarnog karbonata malahita, tako da su ovi minerali bakra
skoncentrisani uglavnom na površini sulfidnih ležišta u zoni već pomenutih
“gvozdenih šešira”. Tipičan predstavnik ovako nastalog rudnog ležišta bilo je
rudno ležište “Tilva Roš – Crveno brdo” u Boru. Na početku eksploatacije ovog
rudnog ležišta sadržaj bakra je bio čak oko 15 % bakra da bi pri kraju
eksploatacije sadržaj opao ispod 0,5 % bakra.
Bogata
oksidna ruda i njeni koncentrati prerađivani su u staroj Topionici u Boru u
visokim pećima, a danas se iz siromašnih oksidnih ruda bakra, zbog nižih troškova eksploatacije,
bakar dobija uglavnom hidrometalurškim putem. Oksidne rude bakra u ukupnoj
proizvodnji bakra učestvuju sa oko 20 %.
Kuprit – Cu2O – sl. 18. je mineral bakra
sa najvećim sadržajem bakra u mineralu od 88,8 %. Boja
minerala je crvena, braonkasto-crvena, ljubičasto-crvena do crna.
Sl. 18. Kuprit
Tvrdoća
kuprita je 3.5 - 4. Nerastvorljiv je u
vodi i etanolu. Topi se na temperaturi od 1242 0 C. Gustina
mu je 5,9-6,1 a specifična težina 6.14. Kuprit u prirodi
nastaje kao posledica površinske oksidacije bakarnih ruda pod uticajem vode.
Često se nalazi u prisustvu malahita, limonita itd. Koristi se za izradu
brodskih boja, za bojenje stakla (bakar - rubin staklo), keramike, emajla,
glazure za porcelan, kao veštački ukrasni kamen, kao oksidant u organskoj
analizi i u medicini. Takođe se koristi se za
proizvodnju viskoze (veštačke svile), zajedno sa drugim jedinjenjima bakra, za
poliranje optičkih stakala, kao rastvarač za hrom-gvozdene rude, u
poljoprivredi - kao sastavni deo fungicida i insekticida i dodatak zemlji sa
niskom koncentracijom bakra kao đubrivo, koristi se i kao dodatak ishrani za
stoku. Oni koji nose kuprit kao ukrasni kamen veruju da kuprit otklanja brige,
pomaže u izgradnji dobrih odnosa u porodici i pomaže oživljavanju uspomena iz
perioda pre inkarnacije. Spada u grupu omiljenih minerala za kolekcionare i
pojedini primerci minerala kuprita dostižu visoke cene na berzi minerala.
Tenorit
- CuO - (sl.
19) ima sadržaj bakra u mineralu 79,9 %. Boje je čelično sive do crne. Gustina
mu je 6.5, tvrdoće 3,5 – 4, a specifične težine 6.55 g /cm3. Nastaje
u zoni oksidacije bakarnih sulfida. Takođe, nije rastvorljiv u vodi i etil
alkoholu. Koristi se kao pigment za bojenje stakla, keramike, porcelana, kao i
za veštački nakit.
Karbonatne
rude bakra
Već je pomenuto da su
karbonatne rude bakra nastale spontanim
preobražajem sulfidnih ležišta bakra.
Malahit – CuCO3 x Cu(OH)2 – sl. 20, – nastaje u gornjim delovima oksidacijske zone rudnih ležišta bakra. Boja mu je svetlo do tamno zelena. Poznat je kao zeleni ukrasni kamen i korišćen je za izradu boja u obliku zelenog pigmenta. Ima sadržaj bakra u mineralu od 57,4 %.
Sl.
20. Malahit
Veruje se da je Malahit pogodan za one
koji su skloni srčanim oboljenjima i imaju stresove na unutrašnjim organima.
Pomaže u detoksikaciji jetre, lečenju astme, reumatizma, povećava cirkulaciju
krvi, podstiče čulo vida, pomaže u mentalnom čišćenju i doprinosi događanju
srećnih okolnosti. Ne treba ga nositi na koži već koristiti ga samo za spoljnu
upotrebu.
Sl.
21. Azurit
Azurit spada u grupu omiljenih minerala
zato što se veruje da ima mistične osobine jer dovodi do buđenja psihičkih
sposobnosti i pomaže komunikaciju sa vizionarskim iskustvima. Stimuliše
intelekt, kreativnost, samopoverenje i ljubav. Pomaže u jasnom razumevanju
stvari, transformaciji, perspektivi, strpljenju, ljubaznosti, intuiciji,
proroštvu i istini. Azurit nudi
spiritualno vođstvo, promoviše psihičke snove, ujedinjuje potsvesni sa svesnim
umom. On eliminiše ograničenja našeg uma i proširuje ga. Eliminiše neodlučnost
i dileme. Smatra se da obezbeđuje tačno kvalitet i količinu energije koja je
potrebna osobi u datom trenutku. Koristi se za pojačavanje kreativnosti, obnavljanje,
i širenje svesnosti, razumevanje situacija i viđenja suštine stvari. Azurit
pomaže u razlaganju egoizma, arogancije i taštine. Smiruje anksioznost i
podržava racionalnost i unutrašnji uvid.
Visoki sadržaj bakra u azuritu stimuliše tiroidnu žlezdu i pomaže u
isceljivanju sinusnih problema, otklanja bolove u zglobovima i probleme sa
grlom, probleme sa držanjem kičmenog stuba i cirkulatornih poremećaja. Pomaže
kod bolesti slezine, u lečenju artritisa i čišćenja kože od nečistoća.
Hrizokola – Cu4 (SiO4O10)-
(OH)2-4H2O - sl. 22. Hrizokola nastaje u oksidacijskoj
zoni bakra. Ima sadržaj bakra u mineralu 36,0 %. Kristališe zajedno sa kvarcom,
azuritom, malahitom i ostalim mineralima bakra od čega i potiče njegova
karakteristična boja i izgled.
Sl. 22. Hrizokola
Hrizokola je mineral tvrdoće 2.5 – 3.5 To je poluproziran mineral sa
staklastim sjajem. U starom Egiptu ovaj mineral bakra zvali su “kamen
mudrosti”, zato što se verovalo da onima koji ga nose pomaže u otklanjanju
negativnih vibracija, pregovorima, pomirenju i harmoniji, jer je štitio
vlasnike od nasilnih ljudi. Veruje se da doprinosi izlečenju čira u želucu i
otklanja bol u mišićima. Zbog ovih osobina kraljica Kleopatra ga je stalno
nosila sa sobom.
Obogaćivanje ruda bakra
Bakar se danas u RTB-u Bor proizvodi uglavnom
iz siromašnih ruda sa prosečnim sadržajem bakra između 0,3-0,5 %. Da bi se
proizveo bakar iz ovako siromašnih ruda neophodno je kroz tehnološke postupke
što više uvećati njegov procentualni sadržaj. To se postiže serijom tehnoloških
postupaka što se naziva obogaćivanje.
Uopšteno, postupak obogaćivanja primenjuje se
za većinu mineralnih sirovina, koje sadrže željene elemente. Savremena
tehnološka dostignuća kao postupke za obogaćivanje pojedinih mineralnih
sirovina koriste razne prirodne karakteristike pojedinih elemenata za njihovo
izdvajanje i koncentrisanje iz sirovine u kojoj se nalaze zajedno sa drugim
elementima. Osnovne karakteristike na osnovu kojih se može vršiti razdvajanje
elemenata su:
-optičke (boja, sjaj, fluorescencija),
-gustina (gravitaciona svojstva),
-magnetična svojstva,
-radioaktivnost,
-elektrohemijski potencijal,
-oblik (pritisak klizanja čestica prilikom skretanja),
-tekstura (razlika u žilavosti - rasprskavanju).
U zavisnosti od uspeha primene izabrane metode
obogaćivanja, kao krajnji proizvod ove tehnološke operacije dobija se
koncentrat, čiji se kvalitet utvrđuje na osnovu procentualnog sadržaja korisne
komponente.
U zavisnosti od uspeha obogaćivanja zavisi i
procenat iskorišćenja korisne komponente. Tako naprimer, uobičajeni standardi
iskorišćenja aluminijuma iznose 78-86 %, gvožđa 80-98 %, mangana 75-80 %, hroma
oko 70%, nikla oko 50%, olova 87-95 %, cinka 87-92 %, bakra 88-95 %, kalaja
70-85 %, dok za plemenite metale nema ujednačenih podataka.
Za
obogaćivanje mineralnih sirovina uobičajeno je korišćenje sledećih postupaka:
1.
Drobljenje - sitnjenje.
2.
Sejanje - klasiranje.
3.
Gravitaciono obogaćivanje.
4.
Elektromagnetni postupak.
5.
Flotiranje.
Drobljenje-sitnjenje
Da bi se mogla primeniti bilo koja tehnologija
dobijanja nekog korisnog elementa neophodno je, kao početak prerade mineralne
sirovine, nakon njenog otkopavanja, primeniti postupak drobljenja, odnosno
usitnjavanja.
Postoje razni postupci drobljenja, kao i razni tehnički uređaji za
drobljenje. Najpoznatiji su:
-obične drobilice,
-rotacione drobilice,
-mlinovi sa kuglama ili valjcima.
Današnja tehnologija je u ovoj oblasti razvila
veliki broj uređaja od kojih su neki čak mobilnog karaktera, što im omogućuje
brzu promenu lokacije, tako da se time vrše velike uštede u transportu materijala,
naročito pri eksploataciji manjih rudnih ležišta, odnosno deponija rudničkog
otpada i metalurških šljaka, jer se postupci drobljenja mogu primeniti u
neposrednoj blizini izvora sirovina. Kao primer mobilne drobilice navodim
samohodnu drobilicu za drobljenje rude bakra kapaciteta 90-650 t/h sa transportnom
trakom i magnetnim separatorom (sl. 23),
koja se koristi u mnogim zemljama (Čile, Rusija,
Kazahstan, Azerbejdžan, Turska, Kuvajt, Južna Afrika, Egipat, Vijetnam,
Malezija, Indija, Indonezija.
Sl. 23. Samohodna drobilica bakarne rude
Ovde treba napomenuti da su proizvođači ovih
mašina napravili posebne mobilne drobilice i za rude gvožđa, zlata, nikla,
cinka, itd. raznih kapaciteta, tako da prilikom eventualne nabavke treba dobro
proučiti njihove karakteristike kako bi se nabavile one, koje najbolje
odgovaraju vrsti rude za preradu. Pošto RTB raspolaže velikim količinama
rudničkog i topioničkog otpada (šljake sa dosta gvožđa), odnosno sa materjalima
razne čvrstoće, to se prilikom eventualne nabavke to mora uzeti u obzir.
U zavisnosti od potrebne krupnoće čestica za
sledeću fazu prerade, ove mobilne drobilice se mogu povezati u seriju radi
primarnog, sekundarnog i tercijalnog drobljenja.
Uobičajene tehnološke potrebe za pripremu
mineralnih sirovina, nakon serije drobljenja, a pre primene tehnologije
obogaćivanja, zahtevaju mlevenje mineralnih sirovina.
Za mlevenje se koriste mlinovi sa kuglama ili šipkama, a sama
tehnologija mlevenja, u zavisnosti od metode obogaćivanja, može se vršiti kao
mlevenje na suvo ili mlevenje na mokro.
Sejanje – klasiranje
Tokom postupaka drobljenja i mlevenja nameće
se potreba sejanja, odnosno klasiranja usitnjenih frakcija radi njihovog daljeg
tehnološkog tretmana.
Mašine za sejanje – klasiranje su:
-sita i rešetke,
-konusni klasifikatori,
-potisni klasifikatori,
-mehanički klasifikatori,
-cikloni,
-pneumatski klasifikatori.
Izgled mobilne mašine za klasiranje mineralnih
sirovina kapaciteta 300 t/h prikazan je na sl. 24.
Sl. 24. Mobilna mašina za
klasiranje mineralnih sirovina
Gravitaciono obogaćivanje
Ova metoda se često koristi za dobijanje zlata
iz zlatonosnih ruda, a zasniva se na velikim razlikama u specifičnim težinama izmedju
čestica zlata i čestica prateće stene. Najčešća prateća stena je kvarc.
Specifična težina kvarca je 2,65g/cm3, a zlata 19,3 g/cm3.
U konkretnom slučaju čestice istih dimenzija zlata je oko 7 puta teža od
čestice prateće stene, zbog čega se čestice zlata kao teža frakcija koncentrišu
na dnu pregrade za ispiranje, dok čestice stene, kao lakšu frakciju odnosi voda – sl. 25.
Sl. 25. Oprema za ispiranje zlata
Uređaj
za mokro gravitaciono odvajanje kalaja i volframa, zatim tantala i niobijuma,
takođe, gvožđa i mangana, kao i
plemenitih metala prikazan je na sl. 26.
Sl. 26. Uređaj za mokro gravitaciono odvajanje
minerala raznih metala
Elektromagnetni postupak
Ovaj postupak zasniva se na različitim magnetičnim osobinama metaličnih čestica. Ovaj postupak primenljiv je za razdvajanje magnetičnih od nemagnetičnih minerala, naprimer, za odvajanje magnetičnih minerala gvožđa od minerala bakra. Savremena tehnologija je u ovoj oblasti lansirala veliki broj tipova ovih uređaja, ali za potrebe RTB-a bi možda najpovoljniji bio univerzalni mobilni magnetni separator – sl. 27.
Sl. 27. Univerzalni
mobilni magnetni separator
U zavisnosti od vrste
ruda kasnije se opredeljuje postupak njihove prerade. Ukoliko se radi o
sulfidnim rudama poželjno je vršenje prethodne separacije radi odvajanja
sirovina za preradu u cilju dobijanja obojenih metala (bakra, plemenitih
metala, olova, cinka), odnosno radi prerade u crnoj metalurgiji radi dobijanja
gvožđa i čelika (gvožđe, hrom, titan, vanadijum, hrom, nikl, itd.).
Flotiranje
- obogaćivanje
Flotacioni proces služi
za odvajanje sitno izmlevenih materijala
korisnih minerala od nekorisnih. Tehnološka dostignuća u proizvodnji
flotacijskih mašina i reagenasa pružaju perspektivnu izvodljivost separatnog
izdvajanja obogaćivanja raznih metaličnih i nemetaličnih sirovina. U daljem
tekstu opisuje se univerzalni princip flotacije.
U procesu flotacije uzajamno
djeluju tri faze:
tvrda – mineral,
tečna – voda,
gasovita – vazduh.
Svojstva ili osobine
svake od ovih faza utiču na rezultate flotacije. Tehnologija flotacije sastoji
se u sledećem:
Klasifikacija minerala po načinu flotacije,
Krupnoća minerala pri flotaciji,
Gustina i temperatura pulpe,
Industrijska voda,
Tok reakcije,
Izbor flotacionih šema.
Efektivnost flotacionog
procesa zavisi od mnogobrojnih faktora kao što su:
Minerološki i granulometrijski sastav,
Čistoća pulpe i njena temperatura,
Reagenski režim,
Konstrukcija flotacionih mašina,
Sastav vode.
Flotiranjem krupnih
čestica povećava se produktivnost aparata za flotiranje, zgušnjavanje i
sušenje, a smanjuje se potrošnja reagensa, osim penušača. Prisustvo finih
(sitnih) čestica u pulpi jako pogoršava selektivnost flotacije, povećava
potrošnju reagensa, a nekada sasvim prekida odvajanje.
Gustina pulpe pri
flotaciji određuje se količinom čvrstog materijala u pulpi (P). U praksi
gustina pulpe se kreće od 15 do 40% čvrste materije. Glinaste materije zahtevaju
razređenje pulpe čak i do 12% čvrste materije. Kondicioniranje, kao i grubo
flotiranje, obično se vrši u gustoj pulpi.
Sastav vode utiče na
proces flotiranja, jer tzv. neizbežni joni, sadržani u vodi (tvrda voda),
stupaju u hemijsku reakciju sa reagensima i pričvršćuju se za površine minerala.
Tok reakcije zasniva se
na osnovama izučavanja flotacionih svojstava minerala, krupnoće ulaznog
materijala, gustine pulpe kao i sastava vode. Pri obradi toka reakcije utvrđuju
se: potrošnja reagenasa, redosled dodavanja reagenasa, mesta za dodavanje i
vreme reagovanja sa pulpom.
Dodavanje reagenasa se
vrši na sledeći način:
Regulatori se dodaju u procesu mlevenja,
Skupljači ili kolektori u kondicioneru,
Penušači u ćelijama flotacionih mašina.
Pri flotacionom procesu
kontrolišu se kvalitet i kvantitet reagenasa. Reagensi se dodaju u vidu 1-5 % -
nog rastvora.
Jedan od glavnih zadataka
je utvrđivanje tehnološkog procesa flotiranja. On se deli na:
-Osnovnu flotaciju (odvajanje korisnih komponenata
od jalovine),
-Prečišćavanje (obogaćivanje koncentrata
dobijenih osnovnom flotacijom),
-Kontrolnu flotaciju (obogaćivanje otpadaka
osnovne flotacije).
Jedna
od univerzalnih šema flotacije prikazana je na sl. 28.
Sl. 28. Šema flotacije
Osnovni princip flotacije
podrazumeva sledeće faze:
Tečna faza - voda
Nesimetričan raspored
atoma vodonika u molekulu vode uslovljava neravnotežu elektrostatičkih naboja u
molekulu. Molekuli sa stalnim dipolnim momentom nazivaju se normalni molekuli. Voda
ima visoku dielektričku postojanost D = 80. Usled toga, mnoge materije pod
djejstvom dipola vode rastvaraju se, disociraju na jone i hidratizuju. Molekul
vode može disocirati u rastvoru na H+ (katijone) i OH- (anijone). Pri flotaciji
upotrebljava se čista voda u kojoj mogu biti sadržani joni: Na, Mg, K, Cl, SO4,
CO2. Osim neorganskih soli i drugih materija u vodi se rastvaraju i
gasovi.
Tvrda faza - minerali
Svojstva površine minerala, koje se
obrazuju pri mlevenju i koje se menjaju pod dejstvom mololekula vode i materija
koje su u njoj rastvorene, bitno utiču na rezultate flotacije. U kristalohemiji
izdvajaju se pet strukturnih tipova kristalnih rešetki:
koordinatne,
ostrvske,
lančaste,
slojevite,
skeletne.
Materije sa jonskom
kristalnom rešetkom lako se kvase vodom, tj. hidrofilne su. Jonska veza u
rešetki je polarna, a to znači da lako stupa u reakciju. Materije sa atomskom
vezom su nepolarne i ne kvase se vodom, tj. hidrofobne su. Kvašenje minerala vodom
rezultat je dejstva privlačnih sila molekula vode i molekula čvrste materije.
Gasovita faza – vazduh
Javlja se kao sastavni
deo flotacijske pulpe. Kiseonik iz vazduha adsorbuje se na površinama minerala
koje oksidišu. Najlakše se i najbrže rastvaraju kiseonik i ugljen dioksid.
Rastvorljivost gasa zavisi od njegovog parcijalnog pritiska, temperature i
koncentracije drugih materija u rastvoru.
Pri flotacijskim
postupcima gas prelazi u oblik mehurića razilčitih veličina, koji u vodi imaju
okruglast oblik. Mehurići imaju omotač sastavljen od opnica vode sa površinskim
naponom σ. Svaka opnica se odlikuje mehaničkom čvrstoćom i elastičnošću. U
unutrašnjosti mehurića stvara se veliki pritisak. Flotacija se odvija u vodi,
koja efektivno deluje sa površinama čestica minerala. Pri tome se minerali
delomično rastvaraju i dejstvuju sa rastvorenim reagensima u pulpi, a rezultat
toga je promena površinskih svojstava minerala.
Aktivnost površine
minerala sa flotacijskim reagensima i vodom zavisi od energetskog stanja te
površine. Flotacioni proces je sastavljen iz velike količine elementarnih
aktova. Pod tim se terminom podrazumeva učvršćivanje pojedinačnih minerala na
vazdušnom mehuriću. Pojave kvašenja tvrdih površina mineralnih čestica i
promene tog kvašenja predstavljaju jedan od osnovnih fizičko – hemijskih
faktora flotacionog procesa.
Između tvrde površine i
tangente povučene iz tačke između spoja faza tečno - gasovito, odnosno linije
dodira triju faza, obrazuje se ugao θ. Taj ugao, koji je nastao u vodenoj
sredini naziva se osnovnim uglom kvašenja. Što je veći ugao dodira to se tvrdo
telo lošije kvasi vodom.
Iz ovoga prizilazi da se
cos θ obično smatra merom kvašenja i označava se sa B. Što je veći ugao θ to je
manje kvašenje minerala.
Kada su flotacione sile
veće od sile težine G čestice će isplivati. Veličina flotacione sile i
mogućnosti flotacije određuje se znakom i veličinom B, a u zavisnosti od
molekularne prirode tvrde površine. Mineralizacija mehurića pri flotaciji
ostvaruje se na dva načina:
-pri sudaru čestica sa mehurićima u pulpi, i
- pri stvaranju na njihovoj površini mehurića
gasova, koji se odvajaju iz rastvora.
Pri flotaciji u pulpi se
na površini mehurića prilepljuju čestice korisnog minerala. Pri flotaciji
sistema iz manje čvrstog stanja prelaze u više - čvrsto.
Slobodnom energijom se
naziva deo unutrašnje energije sistema, koja se može pretvoriti u rad pri
staloj temperaturi i zapremini. Proces vezivanja vazdušnog mehurića na tvrdoj
površini dešava se naizmenično:
1 – približavanje čestice i mehurića vazduha
do rastojanja x,
2 – prekid hidratnog sloja,
3 – vezivanje čestice na vazdušnom mehuriću i
stvaranje preostalog hidratnog sloja debljine y.
Na površini kontakta
obično ostaje tanki hidratni sloj koji je čvrsto vezan sa tvrdom površinom i za
njegovo uklanjanje je potreban veliki utrošak energije.
Čestica i mehurić se
sudarati u pulpi s nekakvom silom, koja je neophodna za savladavanje otpora
uništavanja vodenog proslojka.
U pulpi, koja prolazi
kroz filtracione mašine, nastaju sile, koje teže da spreče prilepljivanje
tvrdih čestica za mehurić vazduha. Te su sile:
-sila trenja,
-sila težine čestice i
-sila inercije.
Ako se čestica suprostavi
tim silama i ne odvoji se od mehurića, znači da se veoma čvrsto prilepila. Sila
prilepljivanja (Fpr) određuje se iz jednačine:
Fpr. = πdσ gas.tečno sinθ
Hidrostatička sila
podizanja mehurića iz tečnosti Fpod. Po zakonu Arhimeda:
Fpod. = Vgρ
Iz ovoga proizilazi da je
pritisak na mehurić sa unutarnje strane hidrostatski pritisak.
Brzina flotacije je
neophodna za ocenu tehnološkog procesa. Ona, ne samo da karakteriše
produktivnost flotacionih mašina, nego i dozvoljava da se rasuđuje o promeni
uslova flotacije i analizira njihov uticaj na sam proces.
Pod brzinom flotacije
podrazumeva se proizvodna karakteristična brzina izdizanja čestica u funkciji
vremena: dέ/dt u određenom vremenskom periodu.
Ako kroz pulpu u jedinici
vremena prođe N mehurića, to će za vreme dt proći N dt mehurića isflotiravši dx
čestica, gde je x broj čestica izdignutih u koncentratu za vreme t.
Rešavajući jednačinu dx =
k N (n0 – x) φ pripijanja dt dobijamo integralnu jednačinu brzine flotacije:
ln n0 / (n0 – x) = k ∫ N φ dt
Flotacijski
reagensi
Dodavanjem u pulpu
različitih organskih i neorganskih jedinjenja, koja nazivamo flotacijskim reagensima
povećava se efektivnost flotacionog procesa. U zavisnosti od namene, flotacioni
reagensi se dele na:
-Skupljače ili kolektore
-Penušače
-Depresore ili ugušivače
-Aktivatore ili pobuđivače
-Regulatore sredine
Oblici
delovanja reagenasa sa mineralima
Od stanja reagenasa u
pulpi zavisi njihovo uzajamno delovanje s mineralima. Reagensi koji se
rastvaraju mogu uzajamno delovati, obrazujući koloidne i tankodisperzne
naslage, koje se mogu lepiti za minerale menjajući im svojstva, što omogućuje separatno
flotiranje. Pri fizičkoj adsorpciji između reagensa i minerala javljaju se molekularne
sile veza, a pri hemijskoj adsorpciji valentne ili hemijske, s tim da se
reagensi jače pripajaju uz mineral.
U zavisnosti od toga u
kakvom se obliku reagens vezuje (pripija) uz mineral, razlikujemo:
- molekularnu i
-jonsku adsorpciju.
Molekularna adsorpcija se
u većini slučajeva javlja kao fizička, a jonska kao hemijska adsorpcija.
Adsorpcija materija na
tvrdim telima iz razblaženih rastvora može da bude određena jednačinom
Langumira:
G = Gzasićnja
gde je:
G – količina adsorbovane materije na jedinicu
površine adsorbenta, mol/cm²
G zasićenja – količina adsorbovane materije
pri zasićenom površinskom sloju, mol/cm²
C – ravnomerna koncentracija površinsko aktivne
materije u rastvoru, mol/l
y – koeficijent, koji karakteriše srednju
trajnost boravljenja molekula ili jona reagensa na materijalu l/mol
y•c
y • c +1
Način delovanja
reagenasa na minerale
Skupljači su apolarne ili
heteropolarne materije koje se adsorbuju na površinama mineralnih čestica iz
vodene sredine. Pri adsorpciji skupljača opada kvašenje minerala a raste
mogućnost brzina pripijanja čestica za mehurić vazduha.
Za većinu skupljača karakteristična
je složena struktura molekula, koja nije simetrična po svojoj strukturi i
sastavu, a sastoji se iz dva dela:
-apolarne
-polarne
Molekuli koji imaju takvu
strukturu nazivaju se heteropolarnim.
Skupljači – kolektori
dele se na dve grupe:
– jonske,
– anjonske
Pri flotaciji ruda
prednost imaju jonski skupljači. Oni se odlikuju odabranim delovanjem i čvrstim
pripijanjem za materijal.
Anjonski skupljači se
dele na:
-sulfhidrilne,
-oksidhidrilne.
Za sulfhidrilne
karakteristično je prisustvo sulfhidrilne grupe SH (kod kiselina) ili grupe S –
Me (kod soli).
Za oksidhidrilne
kolektore karakteristično je prisustvo oksidhidrilne grupe OH (u kiselini) ili
grupe O – Me (u soli).
Mehanizam
delovanja na minerale i vrste reagenasa
Na površini minerala stvara
se orijentisan adsorpcioni sloj skupljača apolarne ugljovodonične grupe koje su
okrenute ka vodenoj fazi polarno spojene za površinu minerala. Pri
hidrofobizaciji minerala, kao rezultat obrazovanja adsorpcionog sloja skupljača
na površini minerala, privlačenje između minerala i vode slabi, a veličina slobodne
površinske energije na granici faza mineral–voda raste.
Oksihidrilni skupljači
Za flotaciju nesulfidnih
minerala i ruda primenjuju se oksihidrilni skupljači. Organske kiseline i
sapuni su u stvari skupljači penušavci, koji stvaraju penu, a kao kolektor
najbolje je izlučena oleinska kiselina. Masne kiseline dobro flotiraju kalcit
CaCO3, fluorit CaF, apatit Ca5(PO4)3,
barit BaSO4, a slabo flotiraju okside crnih metala, kao što su
minerali gvožđa hematit Fe2O3 i magnetit Fe3O4.
Aktivnost i kolektirajuća
svojstva oleinske kiseline zavise od pH pulpe. S povećanjem pH raste i
kolektorska osobina. Ova kiselina je veoma skupa, pa se umesto nje
upotrebljavaju:
-skup kiselina dobijen hidrolizom biljnih i
životinjskih glicerina,
-sintezovane masne kiseline, kao i
-naftenska i smolna kiselina.
Dobijanje optimalnih
pokazatelja flotacije zavisi od pravilne upotrebe reagenasa – penušača i
poznavanja njihove uloge pri procesu flotacije. Penušači se adsorbuju na
površini granice voda-vazduh, daju vazdušnim mehurićima stabilnost, mehaničku
čvrstoću, disperznost i smanjuju brzinu podizanja mehurića u pulpi.
Najefikasniji penušači imaju u svom sastavu jednu od sledećih polarnih grupa:
-hidroksilnu,
-karboksilnu,
-karbonilnu i
-aminogrupu.
Penušači
Flotacione pene se
razlikuju po strukturi (sastavu):
-opnasto-strukturne pene (najzastupljenije pri
flotaciji),
-agregatne pene,
-opnaste pene.
Flotacione pene:
a)
opnasto strukturne,
b)
agregatne,
c)
opnaste
Depresori
Ako se u pulpi nalazi
skupljač, koji je sposoban da deluje sa mineralom on će se učvrstiti na
njegovoj površini obrazujući hidrofobni sloj. Za odvajanje polumetaličnih
mineralnih sirovina neizostavno se primenjuju reagensi depresori i aktivatori.
Materije, koje smanjuju
adsorpciju skupljača na mineralnoj površini, povećavaju njihovo kvašenje i
smanjuju flotabilnost, te se nazivaju depresorima. Kao najkvalitetniji
depresori upotrebljavaju se:
kreč,
cijanid,
bela galica,
sumporasti natrijum,
vodeno staklo i dr.
Aktivatori
Aktivatori se primenjuju
za uspostavljanje svojstva flotiranja onih minerala koji su bili izloženi
dejstvu depresora. Delujući na površinu minerala, aktivator mu vraća sposobnost
da se ne kvasi vodom.
Plavi kamen – upotrebljava se za sfalerit,
Natrijum-sulfid – upotrebljava se za
aktiviranje obojenih metala (ceruzita),
Sumporna kiselina – upotrebljava se pri
flotaciji oksidnih piritnih ruda.
Regulatori sredine
Regulatori sredine se
primenjuju pri flotaciji za:
Regulisanje pH pulpe,
Uklanjanje iz pulpe nepoželjnih jona,
Regulaciju procesa dispergovanja i koagulacije
taloga.
U savremenim flotacijama,
u većini slučajeva, upotrebljava se bazična sredina sa pH od 8,5 do 9. Ona
omogućava smanjenje utroška penuša i kolektora. Kao regulator sredine koristi
se kreč (CaO) i soda (Na2CO3).
Podela
flotacijskih mašina
Flotacijske mašine dele
se u dva osnovna tipa:
-agitacijske ili impelerske mašine u kojima se
pripijanje vazdušnih mehurića na kolektirane čestice vrši taloženjem u vodi
rastvorenog vazduha usled razlike pritiska u zoni impelera gde ulazi vazduh
(sl. 29),
Sl. 29. Impelerska mašina
-mašine tipa kulminarnih mjehurića koji se
neprestano i kulminarno kroz pulpu dižu iznad nivoa pulpe (flotacijske mašine
sa stubom mehurića - pneumatske) – sl. 30.
Sl. 30. Pneumatska mašina
Potrebni
radni parametri u procesu flotacije
Za
uspešnu opewraciju flotiranja mineralnih sirovina potrebno je ostvariti sledeće
uslove:
-Neprekidnost procesa,
-Optimalna disperzija
vazduha u pulpi,
-Ravnomerna raspodela
mehurića kroz celu zapreminu pulpe u mašini,
-Lako i potpuno
izdvajanje mineralizovanih mehurića u vidu pene,
-Lako i potpuno
izdvajanje penušavog proizvoda iz mašine,
-Lako i potpuno
pražnjenje jalovine,
-Minimalna potrošnja
energije za disperziju vazduha.
Literatura
2. Slobodan Janković - Metalogenetske epohe i
rudonosna ležišta područja Jugoslavije
3. Slobodan Janković - Ležišta metaličnih
mineralnih sirovina
4. Rudarsko–geološki fakultet, Beograd, 1990 - Teorijski
osnovi pripreme mineralnih sirovina
Nenad
Radulović
Нема коментара:
Постави коментар