IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Dvanaesti deo - IZVODLJIVOST PRERADE TOPIONIČKE ŠLJAKE)

II.2. IZVODLJIVOST PRERADE TOPIONIČKE ŠLJAKE

Tokom jednovekovne proizvodnje finalnih proizvoda RTB-a Bor, kao nužnost primenjenih tehnologija, nagomilale su se količine tehnološkog otpada u vidu šljake u kojoj su ostale zarobljene i velike količine neiskorišćenih retkih i drugih korisnih elemenata, kao što su bakar, plemeniti metali, gvožđe itd. Deluje paradoksalno činjenica da se danas bakar dobija iz rude, koja sadrži prosečno 0,25 – 0,35 % bakra, i 0,4 - 8 gr/t plemenitih metala, a iz procesa topljenja odlazi, kao tehnološki otpad, usijana šljaka sa temperaturom oko 1.200 ⁰ C i sadržajem bakra preko 0,8 %, sa 7,5 gr/t srebra, 0,4 gr/t zlata i preko 37  % gvožđa – videti tabelu II.2.1. 

Tabela II.2.1: Hemijski sastav bakarne šljake

Hemijski sastav šljake	Količina
SiO2	34,76 %
Al2O3	5,38 %
Oksidno gvožđe kao Fe3O4	9,68 %
Oksidno gvožđe kao Fe2O3	3,02 %
Gvožđe ukupno	38,45 %
Sumpor	2,03 %
Kalcijum	3,21 %
Magnezijum	0,62 %
Elementarni bakar	0,38 %
Sulfidni bakar	0,30
Oksidni bakar	0,16 %
Bakar ukupno	0,84%
Srebro	7,5 gr/t
Zlato	0,4 gr/t

  

Za protekli period na deponiji je skladirano oko 16,5 miliona tona šljake, u kojoj se nalaze korisni metali u optimalnoj vrednosti od preko 970 miliona dolara, a ne treba zaboraviti da se na deponiju šljake dnevno izlivaju nove količine šljake od 700-1000 tona

U periodu do 70-tih godina prošlog veka ta se šljaka koristila za nasipavanje puteva na teritoriji borske opštine. Međutim, kada je 1968 godine prestala sa radom pruga uzanog koloseka Bor - Zaječar, nakon uklanjanja koloseka, a radi izgradnje kraćeg puta do sela Metovnica, trasa bivše pruge je umesto rizlom bila nasuta otpadnom šljakom. Tim povodom je radio “Glas Amerike” objavio da je Opština Bor izgradila najskuplju deonicu makadamskog puta na svetu po jednom kilometru, zbog toga, što je u kolovoz ugrađena velika količina bakra i zlata. Možda je upravo takva vest bila povod da se u RTB-u Bor shvati prava vrednost tog tehnološkog otpada, nakon čega se prestalo sa njegovim korišćenjem za nasipavanje puteva.   

            Pošto je utvrđeno da šljaka iz pogona RTB-a Bor predstavlja bogatu sirovinsku bazu za dobijanje korisnih elemenata, potrebno je razmotriti tehnološke mogućnosti za njihovo izdvajanje. Teoretski gledano najbolji način za selektivno izdvajanje korisnih elemenata iz šljake bila bi primena tehnologije fuzijske plazme, koja se može koristiti i za dobijanje energije i za dobijanje čistih metala.   

            Fuzijske plazme su vreli jonizovani gasovi na temperaturama od 50 do 200 miliona stepeni, zbog čega se svaka supstanca može dobiti u svom atomskom obliku. Ova tehnologija je još u eksperimentalnoj fazi, tako što se izvodljivost njene primene vrši pomoću mnogih uređaja i postupaka radi ovladavanja tehnologijom fuzije (tokamak naprave, stellaratori, „Elmo Bumpy Torus“ - Neravni prsten „Elmo“, „z-pinch“, i dr.).

            Znači, fuzija je proces koji stvara visoke temperature, koje mogu da oslobode atomsko jezgro od elektrona sa negativnim nabojem, kao i da razbiju molekularne veze u hemijskim jedinjenjima minerala, tako da nastane gas visokog naboja, zvani plazma, iz koga se selektivno mogu izdvojiti svi prisutni elementi u elementarnom stanju. Poznate su dve osnovne metode kontrole fuzije: magnetno ograničenje i inercijalno ograničenje.

Magnetno ograničenje. Kod ove metode magnetna polja se koriste da „drže“ fuzijsku plazmu na mestu. Najobičniji uređaj magnetnog reaktora zove se tokamak, po ruskim rečima za prstenastu komoru. Fuzijsku plazmu ograničuje na prstenasti prostor jako magnetno polje, koje stvara splet prstenastih i „poloidnih“ magnetnih polja (prvo se odnosi na duži hod oko prstena a drugo na kraći). Rezultirajuće magnetno polje tera čestice fuzije na spiralni hod oko polja magnetnih silnica (Slika II.2.1.).

Inercijalno ograničenje. Kod inercijalnog ograničenja, poznatog i kao laserska fuzija, laseri ili snopovi elektrona se fokusiraju na malu kuglicu fuzijskog goriva, rasplamsavajući je u sitnu kontrolisanu fuzijsku eksploziju (Slika II.2.2.). Izraz „inercijalni“ odnosi se na činjenicu da atomi moraju koristiti svoju vlastitu inerciju da se ne razlete pre nego se stope.

            Tehnologija fuzije ima primenu i za dobijanje korisnih elemenata iz čvrstog otpada pomoću tzv. “Fuzijske baklje” (Slika II.2.3.). 

 

Kompletan proces se sastoji od drobljenja, sušenja i klasiranja polazne sirovine, koja se ubrizgava u plazmu fuzijske baklje da bi organske materije sagorele, a neorganske disocirale i na kraju jonizovale. Krajnji proizvod je plazma, koja napušta područje III “Fuzijske baklje”, koja zatim na nižim temperaturama, elektromagnetskim postupkom, oslobađa sastavne elemente u elementarnom obliku. Zbog rada “Fuzijske baklje” na visokim temperaturama bio bi izvodljiv i povraćaj uložene energije za proizvodnju plazme. 

Pošto je tehnologija “Fuzijske baklje”, zbog visoke cene još uvek daleko od izvodljivosti primene u Srbiji, sem za izdvajanje elemenata iz čvrstog komunalnog otpada, u konkretnom slučaju za dobijanje bakra iz šljake, kao jedna od izvodljivih mogućnosti je primena tehnologije, po kojoj se šljaka višestepeno usitnjuje (poželjno je usitnjavanje ispod 75 µm), a zatim flotira radi dobijanja koncentrata bakra. Prilikom rada flotacije samo sa šljakom, utvrđeno je da gustina topioničke šljake iznosi oko 3.500 kg/m³, tj da je ta gustina za oko 500-700 kg/m³ veća od prosečne gustine rude bakra, zbog čega je brzina sedimentacije čestica šljake veća od brzine sedimentacije rude bakra, što negativno utiče na % iskorišćenja bakra iz šljake prilikom flotiranja.

Takođe, utvrđeno je da šljaka ima duplo veću otpornost na usitnjavanje u odnosu na rudu bakra, što povećava troškove prerade šljake u odnosu na rudu bakra (odnos potrošnje el. energije je 31 kWh/t kod šljake i 10 – 15 kWh/t za rudu bakra), a poznato je da se bolje iskorišćenje prilikom procesa obogaćivanja postiže ukoliko je prosečna veličina usitnjenih čestica ispod 75 µm.

Zbog navedenih negativnih razlika između troškova prerade šljake i bakarne rude eksperimentalno je utvrđeno da se poboljšanje osobina šljake tokom njene prerade može ostvariti ako se ona pomeša sa flotacijskom jalovinom u količini 9:1 (90 % šljake i 10 % flotacijske jalovine). Hemijski sastav flotacijske jalovine prikazan je u tabeli II.2.2.

Tabela II.2.2: Hemijski sastav flotacijske jalovine

Hemijski sastav flotacijske jalovine	Količina
SiO2	58,030 %
Al2O3	12.040 %
Gvožđe	8,860  %
Sumpor	9,870  %
Sulfidni bakar	0,122 %
Oksidni bakar	0,033 %
Bakar ukupno	0,155 %
Srebro	2,140 gr/t
Zlato	0,300 gr/t

Iz Tabele II.2.2 vidi se da flotacijska jalovina ima prosečan sadržaj SiO₂ 58,03 %, Al₂O₃ 12,04 %, sumpora 9,87 %, gvožđa od 8,86 %, bakra 0,155 %, srebra 2,14 gr/t i zlata 0,3 gr/t, što je kao i šljaku  čini vrednom sirovinom za dodatnu preradu.  Analizom je utvrđeno da flotacijska jalovina ima prosečnu gustinu od 2.844 kg/m³. Razlika između gustine šljake (3.500 kg/m³) i gustine flotacijske jalovine (2.844 kg/m³), potiče zbog razlika u njihovim hemijskim sastavima, jer u šljaci dominantno učešće imaju fero-silikati većih gustina (oko 3.700-3.900 kg/m³), a u flotacijskoj jalovini najveće učešće imaju alumo-silikati (oko 2.500-2.600 kg/m³).

Pošto uspeh flotacijskog procesa zahteva održavanje čvrste faze pulpe u disperznom stanju, eksperimentalno je utvđeno da navedena mešavina šljake i flotacijske jalovine u odnosu 9:1 ispunjava potrebne uslove za uspešnu flotacijsku preradu, čime se ostvaruje veće iskorišćenje na metalu i potrošnji energije za oko 15 %,  što na kraju dovodi do smanjenja ukupnih troškova prerade za 10-15 %. Tehnološka šema prerade mešavine topioničke šljake i flotacijske jalovine prikazana je na sl. II.2.4. 

Eksperimentalno je utvrđeno da flotiranjem navedene mešavine tehnološko iskorišćenje bakra ne prelazi 75 %, zbog čega je poželjna dodatna prerada flotacijske jalovine iz tog procesa, tako što se vrši njeno luženje sa sumpornom kiselinom, čime se ostvaruje povećanje ukupnog iskorišćenja bakra za oko 11,25 %, što znači da ukupno iskorišćenje na bakru iznosi 86,25 %.

            Druga izvodljiva mogućnost prerade bakarne šljake podrazumeva operacije usitnjavanja, mafnetne i gravitacione separacije uz mogućnost vazdušnog transporta između tehnoloških uređaja.

Naime, dosadašnja tehnologija prerade bakra u RTB-u Bor je šljaku tretirala kao nužni otpadni materjal za neku eventualnu perspektivnu dodatnu preradu, pri čemu se nije vodilo dovoljno računa da se ta perspektivna prerada olakša, tako što bi se šljaka odlagala u granulisanom obliku, već se šljaka jednostavno izlivala na deponiju – sl.  II.2.5. 

            Investicija u opremu za granulisanje šljake pre ili prilikom njenog skladiranja na deponiju obezbedila bi niže troškove njenog kasnijeg usitnjavanja i transporta, kao i bolje iskorišćenje na metalu, jer bi se usitnjavanje svelo na manji broj operacija, uz jednostavniji i jeftiniji transport, a pri čemu bi iskorišćenje prisutnih metala bilo u zadovoljavajućem finansijskom obimu, ako se uzme u obzir da bi se izbegao proces flotiranja šljake.

Granulisanje šljake prilikom njenog izlivanja na deponiju izvodljivo je, tako što se u mlaz usijane šljake ubacuje mlaz vode ili vazduha pod pritiskom, zbog čega se šljaka usled naglog hlađenja razdvaja na sitne kapi – kuglice, a pored toga zagrejani vazduh ili voda se mogu iskoristiti za proizvodnju toplotne energije pogodne za zagrevanje drugih tehnoloških medija, čija radna temperatura ne prelazi 100 ⁰ C (naprimer za zagrevanje elektrolita za elektrolitičku rafinaciju bakra, proizvodnju tople vode, za grejanje objekata itd.).

Ovde treba napomenuti da granulacija šljake pomoću vazduha predstavlja ekonomičnije i ekološki povoljnije rešenje, zbog uštede vode, zbog finije granulacije, zbog eleminacije emitovanja sumpornih gasova, zbog boljeg iskorišćenja toplotne energije i jeftinijeg pneumatskog transporta granulisane šljake. Tehnološka šema izvodljivosti granulisanja šljake prikazana je na sl. II.2.6.

            Da bi se popravila efikasnost procesa mlevenja šljake na veličinu čestica ispod 75 µm, izvodljivo je da se postupak pražnjenja mlinova, takođe vrši pomoću fluida (vazduh ili voda). I pri ovom postupku jeftinije je upotrebiti vazduh pod malim pritiskom, što obezbeđuje efikasno pražnjenje mlina od sitnih čestica, a to ujedno smanjuje troškove. Umesto višestepenog mlevenja, izvodljivo je vršiti istovremeno paralelno mlevenje sa istim brojem mlinova, jer se tako efekat višestepenog mlevenja u jednoj liniji približno izjednačuje sa efektom jednostepenog mlevenja sa istim brojem mlinova u nekoliko linija. Zahvaljujući ovom postupku, izvodljivo je da se samlevena šljaka, pre otprašivanja podvrgne magnetnoj separaciji sa automatskim pražnjenjem pokretnog magneta (naizmenično pražnjenje leve i desne strane pokretnog magneta), radi izdvajanja (koncentrisanja) magnetičnih čestica (gvožđa, kobalta, nikla, koji bi se u vidu mešanog koncentrata mogli prerađivati u železari u Smederevu) – vidi sl. II.2.7.  

            Nakon magnetne separacije ostatak samlevene šljake izvodljivo je podvrgnuti gravitacionoj separaciji u nekom od medijuma (vazduh ili voda) radi izdvajanja (koncentrisanja) plemenitihmetala i koncetrisanja teških obojenih metala (bakar, olovo, cink). Ekonomski je povoljnija gravitaciona separacija pomoću vazduha. Na sl. II.8. prikazana je izvodljivost gravitacione separacije pomoću vazduha.

Dobijene pojedinačne frakcije nakon gravitacione separacije pomoću vazduha izvodljivo je podvrgnuti daljim postupcima prerade u zavisnosti od njihovog sastava i koncentracija korisnih elemenata, radi dobijanja plemenitih metala, dobijanja bakra, kao i dobijanja pojedinih industrijskih materjala, kao što su kvarcni pesak i glina, a navedeni industrijski materjali mogu se zatim upotrebiti za dobijanje cementa, staklo-keramike i čitave palete građevinskih materjala (cevi, blokova, cigle, crepa itd.), što znači da je valorizacija topioničke šljake ovim postupkom izvodljiva bez ostatka (bez nove flotacijske jalovine). Tehnološka šema navedene prerade šljake prikazana je na sl. II.9.  

 Nenad Radulović