IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Trinaesti deo - IZVODLJIVOST PRERADE FLOTACIJSKE JALOVINE)

II.3. IZVODLJIVOST PRERADE FLOTACIJSKE JALOVINE

  Flotacijska jalovina je otpadni materjal iz proizvodnje bakra, koji je prošao sve faze usitnjavanja i klasiranja, a preko 50 % tog materjala sastoji se od čestica ispod 75 µm. Zbog relativno niskog prosečnog sadržaja bakra u rudi (0,3-0,4 %), tokom procesa koncentrisanja bakra u koncentratu (sa oko 20 % bakra), pri prosečnom iskorišćenju od oko 88 %, stvaraju se ogromne količine flotacijske jalovine.  Primera radi, samo na flotacijskom jalovištu Bor-Cerovo od 1995. do 1997. nastala jalovina iznosi oko 14.000.000 tona. Procena je da je u deponijama četiri flotacijskih jalovišta skladirano oko 600.000.000 t flotacijske jalovine u kojoj je zarobljeno oko 70 t zlata i oko 300 t srebra, što samo po tom osnovu vredi 500.000.000 dolara. Do sada je u okolini Bora skladirano oko 207.000.000 t flotacijske jalovine, od čega oko 120.000.000 tona jalovine ima na flotacijskim jalovištima flotacije V. Krivelj.

Zbog problema sa obezbeđenjem novih prostora za skladiranje flotacijske jalovine u uslovima sve strožijih ekoloških propisa, mnoge svetske kompanije iznalaze nove načine da se oslobode tog tehnološkog balasta. Zbog toga su sve brojniji primeri da se vrše dodatne prerade flotacijske jalovine radi dobijanja bakra, srebra, zlata, pirita, i čitave palete građevinskog materjala, a ostatak nakon tih prerada upotrebi kao građevinski materjal za nasipavanje trasa modernih puteva. 

Takođe, zbog svakodnevnog priliva novih količina flotacijsake jalovine i problema nalaženja pogodnih lokacija za odlaganje te flotacijske jalovine, nameće se potreba da se ta flotacijska jalovina tretira na nov način. U svetu se taj problem rešava tako što se oko 98 % nove količine flotacijske jalovine pre odlaganja pretvaraju u pastu, čime se postižu znatne uštede na prostoru i troškovima skladiranja. Izgled uređaja za proizvodnju flotacijske jalovine u obliku paste prikazan je na sl. II.3.1.

Prednosti odlaganja flotacijske jalovine u obliku paste su sledeće:

-smanjenje zapremine deponovane flotacijske jalovine,

-povraćaj u proces velikih količina vode,

- potpuno zapunjenje prostora za odlaganje, kao i mogućnost zapunjavanja napuštenih rudarskih prostora,

-mogućnost odlaganja na kosim površinama,

-mogućnost transporta pomoću pumpi,

-nema problema sa zaglavljivanjem materjala u cevima,

-minimalan prostor za instaliranje opreme,

-za oko 10 % niži troškovi proizvodnje i odlaganja paste,

-manji rizik od isticanja flotacijske jalovine iz jalovišta,

-smanjenje rizika od zagađenja životne sredine.

Da bi se odredila izvodljivost i način prerade flotacijske jalovine treba poći od njenog hemijskog sastava. Prema raspoloživim podacima, iz dostupne literature sa Interneta, prosečan hemijsko – mineraloški sastav flotacijske jalovine iz pogona RTB-a u Boru prikazan je u tabeli II.3.1. i II.3.2.

Tabela II.3.1: Hemijski sastav flotacijske jalovine

Hemijski sastav flotacijske jalovine	Količina
SiO2	58,03 %
Al2O3	12.04 %
Gvožđe	8,86  %
Sumpor	9,87  %
Sulfidni bakar	0,12 %
Oksidni bakar	0,03 %
Bakar ukupno	0,16 %
Srebro	2,14 gr/t
Zlato	0,3 gr/t

Tabela II.3.2. Mineraloški sastav flotacijske jalovine

Mineraloški sastav flotacijske jalovine	Količina
Minerali jalovine	80,63 %
Pirit	14,27 %
Kovelin	0,03 %
Enargit	0,01 %
Halkozin	0,01 %
Kuprit	0,01 %
Ostalo	4,88 %
Bornit	U tragu
Azurit	U tragu

  Rezultati brojnih istraživanja pokazali su da je izvodljivo dobijanje bakra iz flotacijske jalovine hidrometalurškim postupcima uz iskorišćenje na metalu od oko 60% za sat vremena, odnosno oko 90% za 32 sata luženja, što je ilustrativno prikazano na Slici II.3.2.

Kako se vidi sa slike II.3.1. za vreme trajanja procesa od 26 sati, u laboratorijskim uslovima su postignuta izluženja bakra od preko 70%, odnosno oko 88% za 32 sata luženja, nakon čega je predložena šema hidrometalurškog postupka dobijanja bakra iz flotacijske jalovine – slika II.3.3.

Sem toga, izvodljiva je i neutralizacija izlaznih efluenata iz procesa reprocesiranja flotacijske jalovine, pre njihovog deponovanja. Ilustrativno je ovaj postupak prikazan na slici II.3.4.

Na osnovu navedenog, postupak prerade flotacijske jalovine se može vršiti kombinacijom sledećih postupaka:

·  hidrometalurški postupak dobijanja bakra iz flotacijske jalovine, prikazan na sl. II.3.3.,

·  deponovanje flotacijske jalovine u prostor napuštenog površinskog kopa u vidu paste, koja se proizvodi na način prikazan na sl. II.3.1.,

·  uvođenje procesa pretkoncentracije (flotacijska koncentracija) i neutralizacije izlaznih efluenata prikazan na sl. II.3.4.

Predloženom kombinacijom postupaka mogao bi da se obezbedi i samofinansirajući postupak za raščišćavanje korita borske reke (u delu koji je zapunjen flotacijskom jalovinom), uz ostvarivanje pozitivnih ekonomskih rezultata. Zbog sve strožih ekoloških zahteva ovakvo rešenje će se u bliskoj budućnosti nametnuti kao neminovnost, a napredak tehnologije će pomoći u ostvarenju tog projekta.

Do sada razvijene tehnologije, pomoću kojih je moguće reciklirati samo bakar iz flotacijske jalovine, potvrđene su u laboratorijskim uslovima, ali takve tehnologije nemaju pouzdanu ekonomsku opravdanost, mada je je najveći stepen izluženja bakra (oko 90%) postignut pri sledećim parametrima: odnos čvrsto : tečnom = 1:4, temperatura luženja oko 50 ⁰ C, a luženje je vršeno sa 1M sumpornom kiselinom oko 40 minuta, vreme sulfatizacije je oko 1 čas pri temperaturi od oko 250 ⁰ C. U smislu ekonomske neopravdanosti prerade flotacijske jalovine samo radi dobijanja bakra obeshrabrujući je i podatak da se u RTB-u Bor po toni katodnog bakra proizvede oko 515 t flotacijske jalovine, dok je svetski prosek oko 120 t. Ali i pored navedenog, povećana tražnja bakra na svetskom tržištu usloviće i porast cene bakra, što će onda moći da finansira i proizvodnju bakra iz siromašnijih ruda, pa i iz flotacijske jalovine.  Tehnološka šema jedne od takvih alternativnih tehnologija prikazana je na sl. II.3.5.

 

U zavisnosti od od mineraloškog sastava, flotacijska jalovina se  može koristiti i kao dodatak u betonskoj mešavini ili delom kao supstitut pri proizvodnji Portland cementa.  Pored zahteva granulosastava, mogućnost primene flotacijske jalovine u industriji cementa, kao supstituta za određeni deo cementa, određuje se preko sume sadržaja tri oksida (CaO+SiO₂+FeO), u poređenju sa prirodnim pucolanom ASTM C 618-92a. Ova vrednost poredi stepen reaktivnosti različitih pucolana prema klasi C letećeg pepela i neophodno je da bude što veća - obično preko 70%. Ove komponente uslovljavaju kvalitet cementa odnosno vezivna svojstva cementa. U cilju korišćenja flotacijske jalovine u ove svrhe neophodno je, prema utvrđivanju sadržaja ovih komponenti, izvršiti određenu pripremu, uz eventualnu korekciju sadržaja (CaO, SiO₂, FeO), kako bi se sadržaji ovih komponenti doveli do potrebnih vrednosti.

  Zbog toga, eventualna lokacija za izgradnju cementare, koja bi kao sirovinu koristila i flotacijsku jalovinu iz pogona RTB-a Bor, mogla bi biti na tromeđi Slatina – Zagrađe – Donja Bela Reka, zato što se taj prostor ne nalazi u neposrednoj blizini većih naselja i velikih površina obradivog zemljišta, ali se nalazi u blizini pruge sa kružnim saobraćajnim tokom (Niš – Bor – Majdanpek – Požarevac – Beograd – Niš, a jedan krak dužine oko 50 km. pomenutu prugu spaja i sa lukom u Prahovu).

Pomenuta lokacija se nalazi u blizini rudnika kvarca (Donja Bela Reka) i rudnika krečnjaka (Zagrađe), u blizini elektroenergetskog prenosnika - dalekovod Đerdap – Bor, a u Boru i okolini ima dovoljno kvalifikovane radne snage, koja je osposobljena za rad sa specifičnim proizvodnim agregatima (peći, elektrofilteri, kotlovi).

Izgradnjom cementare na navedenom prostoru obezbedio bi se njen dug proizvodni vek samo na osnovu sirovinske baze gomilane u prethodnih 100 godina, ne računajući nov svakodnevni sirovinski priliv iz pogona RTB-a u iznosu od najmanje 15.000 tona flotacijske jalovine, a u zimskom periodu i šljake i pepela iz Toplane Bor.  

  Flotacijska jalovina se može koristi i za dobijanje raznih opekarskih proizvoda . Isto tako postoji dosta primera gde se flotacijska jalovina koristi i kao građevinski materijal za izgradnju autoputeva.

Eventualna mogućnost korišćenja flotacijske jalovine RTB-a Bor za izgradnju puteva bila bi izvodljiva u slučaju ostvarenja ideje o izgradnji Multimodelarnog saobraćajnog koridora „Istok“ – sl. II.3.6. 

Po ovom projektu navedenim auto putem bi, bio povezan Požarevac sa Negotinom i tromeđom Srbije, Bugarske i Rumunije. Ovaj put bi imao ogroman značaj za Istočnu Srbiju, ali i za celu Evropu.

Takođe, realna i izvodljiva mogućnost bilo bi korišćenje flotacijske jalovine za proizvodnju staklokeramike.

Naime, staklokeramika je razvijena 1957.godine. To je polikristalni materijal dobijen kontrolisanom devitrifikacijom stakla odabranog sastava. Nakon oblikovanja predmet je u stanju običnog stakla. Da bi se provela kontrolisana devitrifikacija potrebno je u staklu stvoriti veliki broj centara kristalizacije, 1012-1015 po cm³, jednoliko raspodeljenih po celoj zapremini predmeta. Pod centrima kristalizacije podrazumevamo mesta na kojima počinje rast kristala. Kažemo da tu nastaju kristalni nukleusi, pa taj prvi korak nazivamo nukleacija. Nukleacija se može pri odgovarajućoj temperaturi dogoditi spontano. Takvu nukleaciju nazivamo homogenom. Nukleacija se može izazvati i veštački, tako što se staklu dodaju oksidi kao što su TiO₂, P₄O₁₀ i ZrO₂. Ovi su oksidi pri visokoj tempraturi rastvorljivi u istopljenom staklu, ali se izlučuju pri nižoj temperaturi. To je heterogena nukleacija.Kod proizvodnje staklokeramičkih predmeta staklo se proizvede uobičajenim postupkom, tj. topljenjem sa dodacima, koji pomažu stvaranje centara kristalizacije. Otopina se formira u željeni oblik, a predmeti se zatim zagrevaju pri temepraturi na kojoj je najveća brzina nukleacije. Zatim se staklo zagreje na višu temepraturu, pri kojoj je brzina rasta kristala maksimalna. Pri toj se temperaturi staklo održava tako dugo dok većina materijala iskristališe u obliku sitnih kristalića različitog sastava i strukture (različite faze). Budući da je broj centara kristalizacije veliki, nastali kristalići su vrlo malih dimenzija, reda veličine 0,1 - 1 µm. Preobražaj stakla u keramiku prikazan je na sl. II.3.7.

Komercijalno najvažniji staklokeramički sastavi su smeše oksida Li₂O, Al₂O₃ i SiO₂, a kao sredstva za nukleaciju dodaju se TiO₂ i P₂O₅. Kao glavna kristalna faza u takvoj staklokeramici su litijumovi silikati, Li₂SiO₃ i Li₂Si₂O₅. U staklokeramikama, koje sadrže MgO ili ZnO javljaju se faze različitog sastava, npr. Li₂MgSiO₄, Zn₂SiO₄, MgSiO₃, Mg₂SiO₄₃[AlSi₃O₁₀F₂], koji nastaje prilikom  termičke obrade staklokeramike.

Proizvodnja staklokeramike od flotacijske jalovine bi imala ekonomsko opravdanje zbog činjenice da se može koristiti u raznim oblastima i za razne primene. Tako naprimer, staklokeramika  otporna na termički šok upotrebljava se za izradu kuhinjskog posuđa, koje već ima ugrađen električni grejač, ili za izradu grejnih ploča modernih električnih šporeta (šporeti sa ravnom pločom). Zbog otpornosti na termički šok i stabilnost pri visokoj temperaturi, od staklokeramike se izrađuju i konusni vrhovi raketa. Zatim, staklokeramika se koristi u proizvodnji štampanih kola u elektronskoj industriji. Od staklokeramike se izrađuju implatanti, kojima se zamenjuju delovi ljudskih kostiju. Organizam puno bolje prihvata implatante od staklokeramike nego od metala, jer se sastav staklokeramike može podesiti, tako da najbolje imitira prirodnu kost. Pogodnim izborom sastava može se napraviti staklokeramika, koja ima negativni termički koeficijent rastezanja, tj. takav materijal, koji zagrevanjem smanjuje zapreminu. Staklokeramika iz koje nastaju veštački minerali grupe tinjaca može se obraditi u željenu formu na mašinama za obradu metala (npr. strugovi, glodalice, bušilice). Staklokeramika za mašinsku obradu sastoji se od natrijumovog flogopita – NaMg. Tehnološka šema izvodljivosti proizvodnje staklokeramike od flotacijske jalovine prikazana je na sl. II.3.8.

 

Iz Tabele II.3.2. (Mineraloški sastav flotacijske jalovine) vidi se da flotacijska jalovina, između ostalog, sadrži i oko 14,27 % pirita, što znači da se flotacijska jalovina može iskoristiti i za proizvodnju koncentrata pirita, jer je pirit sve traženija strateška sirovina za proizvodnju sumporne kiseline, gvožđa i čelika. Izgled skladsišta pirita prikazan je na sl. II.3.9.

Iz svega navedenog, vidi se da postoji izvodljiva i finansijski opravdana mogućnost da se flotacijska jalovina iz pogona RTB-a Bor iskoristi bez ostatka, tako što bi se prvo vršila njena reflotacija radi dobijanja koncentrata pirita, zatim bi se vršilo luženje radi izdvajanja preostalog metalnog sadržaja, ostatak bi se mogao iskoristiti za proizvodnju cementa i staklokeramike, a otpadni deo bi se mogao koristiti za proizvodnju raznih građevinskih materjala, dok bi se ostatak otpadnog dela flotacijske jalovine mogao iskoristiti za nasipavanje puteva ili za proizvodnju paste za zapunjavanje napuštenih rudarskih prostora. Izvodljivost Održive tehnološke šeme prerade flotacijske jalovine bez ostatka prikazana je na sl. II.3.10.

Nenad Radulović