MINERALNO BOGATSTVO SRBIJE - DEPOZITI, VRSTE MINERALOŠKIH POJAVA, RETKI ELEMENTI I MINERALI, OSOBINE, HEMIJSKA JEDINJENJA, DOBIJANJE I UPOTREBA (Drugi deo IZGLED ZEMLJINE KORE)

I.                   IZGLED ZEMLJINE KORE

 Izgled unutrašnje građe Zemlje prikazan je na sl. II.1.

 

Sl.II. 1 Izgled preseka Zemlje

Unutrašnji hemijski sastav zemljine kore  i jezgra Zemlje prikazan je na sl.II.2.

Sl. II.2. Unutrašnji hemijski sastav zemljine kore

Zemljina kora se sastoji iz okeanske i kontinentalne zemljine kore.

Okeanska zemljina kora izgrađuje čvrstu podlogu okeana debljine 10-12 km, a čine je uglavnom jedinjenja silicijuma i magnezijuma.

Kontinentalna zemljina kora je prosečne debljine oko 35 km, a njeni najširi delovi iznose oko 70 km.

Sastav zemljine kore je heterogen, jer se sastoji pretežno od granita, jedinjenja silicijuma i aluminijuma, dok ostatak čine tzv. „Nekompatibilni elementi“ - elementi koji imaju takve jonske naboje da ne dozvoljavaju njihovim jonima da se lako izmenjuju i uključuju u glavne kristalizovane faze omotača  (cezijum, rubidijum, kalijum, barijum, olovo, lantan, cerijum, uran, torijum, tantal, niobijum i fosfor). Većinski sadržaj od 98,2 % hemijskog sastava zemljine kore čine 8 elemenata - vidi Tabelu II.1.

Tabela II.1. Većinski sadržaj elemenata u zemljinoj kori

element			Sadržaj %
Redosled u periodnom sistemu elemenata	Naziv Hemijskog elementa	Hemijski simbol
8	kiseonik	O	47
14	silicijum	Si	28
13	aluminijum	Al	8
26	gvožđe	Fe	4,5
20	kalcijum	Ca	3,5
11	natrijum	Na	2,5
19	kalijum	K	2,5
12	magnezijum	Mg	2,2
Ukupno			98,2

Ostatak od 1,8 % čine svi ostali hemijski elementi, među njima i tzv. „retki elementi“, čiji je sadržaj ≤10^-2 % mas. Samo na nekim mestima prirodni procesi su koncentrisali dovoljno retkih elemenata za isplativu eksploataciju.

Termin „retki” znači da ti elementi jednostavno nisu koncentrisani na jednom mestu. U Tabeli II.2. prikazani su sadržaji retkih elemenata u zemljinoj kori.

Tabela II.2. Sadržaj retkih elemenata u zemljinoj kori

Redosled u periodnom sistemu elemenata	Naziv Hemijskog elementa	Hemijski simbol
3	Litijum	Li	6x10-3
4	Berilijum	Be	5x10-4
5	Bor	B	10-3
6	Ugljenik	C	9x10-2
9	Fluor	F	6x10-2
15	Fosfor	P	9x10-2
16	Sumpor	S	5x10-2
21	Skandijum	Sc	5x10-4
23	Vanadijum	V	10-2
25	Mangan	Mn	9x10-2
27	Kobalt	Co	3x10-3
28	Nikl	Ni	10-2
29	Bakar	Cu	10-2
30	Cink	Zn	12x10-3
31	Galijum	Ga	14x10-4
32	Germanijum	Ge	6 x 10−4
33	Arsen	As	6 x 10−4
34	Selen	Se	8x10-5
35	Brom	Br	6 x 10−4
37	Rubidijum	Rb	3x10-2
38	Stroncijum	Sr	10-2
39	Itrijum	Y	3x10-3
40	Cirkonijum	Zr	16x10-3
41	Niobijum	Nb	18x10-4
42	Molibden	Mo	10-3
43	Tehnicijum	Tc	5x10-16
45	Rodijum	Rh	10-7
46	Paladijum	Pd	10-6
47	Srebro	Ag	10-7
48	Kadmijum	Cd	3x10-5
49	Indijum	In	10-5
50	Kalaj	Sn	3x10-3
51	Antimon	Sb	7x10-5
52	Telur	Te	10-6
53	Jod	I	6x10-6
55	Cezijum	Cz	65x10-7
56	Barijum	Ba	3x10-2
57*	Lantan*	La*	2x10-3
58	Cerijum	Ce	46x10-4
59	Prazeodijum	Pr	10-4 – 10-5
66	Disprozijum	Dy	4x10-4
67	Holmijum	Ho	10-4
68	Erbijum	Er	2x10-4
69	Tulijum	Tm	2x10-5
70	Iterbijum	Yb	3x10-3
71	Lutecijum	Lu	7x10-5
72	Hafnijum	Hf	49x10-5
73	Tantal	Ta	17x10-7
74	Volfram	W	6x10-3
75	Renijum	Re	10-7
76	Osmijum	Os	10-6
77	Iridijum	Ir	10-7
78	Platina	Pt	5x10-7
79	Zlato	Au	5x10-7
80	Živa	Hg	4x10-5
81	Talijum	Tl	3x10-5
82	Olovo	Pb	2x10-3
83	Bizmut	Bi	2x10-5
84	Polonijum	Po	2x10-14
85	Astat	At	3x10-24
87	Francijum	Fr	10-21
88	Radijum	Ra	10-10
89	Aktinijum	Ac	6x10-14
90	Torijum	Th	12x10-6
91**	Protaktinijum**	Pa**	Vidi pod ♀
92	Uranijum	U	3x10-4
93	Neptunijum	Np	4x10-17
94	Plutonijum	Pu	2x10-19

* U Mendeljejevom periodnom sistemu elemenata „retke zemlje” ili lantanoidi su grupa od 17 elemenata sa sličnim karakteristikama, ali različitim od drugih metala. Te osobine su ih i učinile danas traženim jer su nezaobilazni u izradi delova za mobilne telefone, tablet kompjutere, video igre, 3D televizore, kao i važne vojne opreme. To su u stvari skupi minerali neophodni u izradi delova za savremene elektronske uređaje, uključujući i baterije za električna vozila. 

** Protaktinijum nastaje raspadom izotopa urana, i to:

²³⁴U

-zastupljenost u prirodi: 0,006 %,

-raspad: alfa,

-vreme poluraspada: 245.500 godina,

-raspada se na: ²³⁰Th

²³⁵U

-zastupljenost u prirodi: 0,72 %,

-raspad: alfa, fisiabilan,

-vreme poluraspada: 7,04 x 10⁸ godina,

-raspada se na: ²³¹Th

²³⁸U

-zastupljenost u prirodi: 99,275 %,

-raspad: alfa,

-vreme poluraspada: 4,468 x 10⁹ godina,

-raspada se na: ²³⁴Th

Nenad Radulović

IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Dvadeseti deo - IZVODLJIVOST PRERADE OTPADNIH VODA IZ POGONA RTB-a BOR)

II.5. IZVODLJIVOST PRERADE OTPADNIH VODA IZ POGONA RTB-a BOR

            Proces proizvodnje bakra u RTB-u Bor nužno zahteva upotrebu velikih količina industrijske vode. To znači da za svaku prerađenu tonu rude bakra treba utrošiti oko 3m³ vode. Upotrebom vode u procesu proizvodnje bakra ta je voda izložena raznim vrstama zagađenja, počev od procesa luženja siromašnih ruda bakra i procesa cementacije, preko koncentrisanja bakra radi dobijanja bakarnog koncentrata, procesa otprašivanja i pranja gasova u Topionici i Fabrici sumporne kiseline do finalne proizvodnje bakra i plemenitih metala u Elektrolizi i Fabrici plemenitih metala. Dakle, tokom proizvodnje bakra nastaju velike količine otpadnih voda, koje pored bakra sadrže i druge nečistoće.   Takođe, otkopavanje i obogaćivanje rude bakra uslovljava i stvaranje velikih količina rudničkih voda, koje takođe zagađuju životnu sredinu.

Sve te vode sadže izvesne količine neiskorišćenog bakra i plemenitih metala, ali takođe i arsen, selen, antimon, telur, olovo, cink, kadmijum, hrom, nikl, galijum, volfram itd. što ugrožava i životnu sredinu, naročito ako te vode sadrže neke od navedenih elemenata iznad graničnih vrednosti emisija.

Prema Zakonu o zaštiti životne sredine (Sl. Gl. RS br. 135/04), Zakonu o vodama (Sl. Gl. RS br. 30/2010) i IPPC (Council Directive 96/61/EEC)  granična vrednost emisije jeste masa izražena u obliku određenih specifičnih parametara, koncentracije i/ili nivoa pojedinačne emisije, koju nije dozvoljeno preći u toku jednog ili više vremenskih perioda, u skladu sa posebnim propisom.

Granične vrednosti emisije pojedinih elemenata u otpadnim vodama na nivou pogona pre mešanja sa drugim vrstama otpadnih voda prikazane su u tabeli II.5.1. Pojam “pre mešanja sa drugim vrstama otpadnih voda” uveden je radi sprečavanja zloupotreba putem razblaživanja emisije zagađujućih elemenata pomoću mešanja sa čistijim vodama.

Tabela II.5.1. Granične vrednosti emisije elemenata u otpadnim vodama na nivou pogona (za dvočasovni uzorak)

Elementi	Granična vrednost (mg/l)
Bakar	0,5
Arsen	0,1
Barijum	2
Olovo	0,5
Kadmijum	0,2
Hrom	0,1
Kobalt	1
Nikl	0,5
Cink	2
Gvožđe	3
Aluminijum	3
Fluoridi	50
Azot iz nitrata	5
Azot iz amonijaka	100
Ugljovodonici (III)	5
Fosfor	2
Hlor	0,5
Cijanidi	0,2
Živa	0,05
Selen	1
Srebro	0,1
Sulfidi	1
Kalaj	2

Problem zagađenih voda u proizvodnji bakra i plemenitih metala ne nastaje samo zbog tehnoloških procesa otkopavanja i prerade rude bakra. U zagađenju voda učestvuje i zagađena atmosfera nastala ispuštanjem u životnu sredinu prekomernih količina gasovitih, tečnih i čvrstih otpadnih materija iz pogona RTB-a Bor. Tipičan primer su tzv. “Kisele kiše”, koje nastaju rastvaranjem oksida sumpora iz dimnih gasova u kišnim kapima, a njihovo taloženje iz atmosfere je u funkciji rastojanja od njihovog izvora u pravcima definisanih “Ružom vetrova”. Ovde treba istaći da ova vrsta zagađenja nastaje i emisijom zagađujućih materija iz motora sa unutrašnjim sagorevanjem, kao i iz dimnjaka peći na čvrsta goriva (pre svega Toplane Bor).

            Činjenica je da se sve zagađujuće materije u vodama na području grada Bora slivaju najviše u korito Borske reke, koja je povremeno toliko zagađena da u njoj više ne postoje nikakvi oblici živih bića, a analogna je i sudbina Kriveljske reke, koja je takođe prekomerno zagađena – sl. II.5.1.  Od zagađenih tokova Borske i Kriveljske reke nastaje Bela Reka, koja se uliva u Timok kod sela Vražogrnac.

 

  

            Analizom rečnih sedimenata Borske i Kriveljske reke na sadržaj teških metala utvrđene su koncentracije bakra oko 30 puta veće od graničnih vrednosti emisije. Zagađenje rečnih slivova sa bakrom iz pogona RTB-a Bor je vrlo neujednačeno, ali uglavnom drastično iznad graničnih vrednosti emisije.

Na sl. II.5.2. prikazan je sliv Kriveljske i Borske reke sa lokacijama nastajanja otpadnih voda. Ovde treba napomenuti da se otpadne vode iz rudnika Cerovo ulivaju u reku Cerovo, a otpadne vode sa deponije raskrivke površinskog kopa Veliki Krivelj u Saraka potok. I reka Cerovo i Saraka potok su pritoke Kriveljske reke.

           

Deo rudničkih voda Jame Bor, vode iz flotacijskog jalovišta Bor, kao i komunalne otpadne vode grada Bora sliivaju se u Borsku reku.

            Izgled otpadnih voda sa lokaliteta Ekološke brane Cerovo prikazan je na sl.  II.5.3.

Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta površinskog kopa Cerovo prikazan je na sl. II.5.4.

            Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta Cerova reka prikazan je na sl. II.5.5.

            Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta Cerova reka II prikazan je na sl. II.5.6.

            Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta Saraka potok prikazan je na sl. II.5.7.

            Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta jezera Robule prikazan je na sl. II.5.8.

            Izgled otpadnih voda  sa lokaliteta Kriveljska reka prikazan je na sl. II.5.9.

   

U tabeli  II.5.2. prikazani su podaci o količinama zagađenih voda bakrom iz pojedinih pogona RTB-a, njihove vrednosti pH, kao i sadržaj bakra u jednom  litru te vode.

Tabela II.5.2. Podaci o količinama zagađenih otpadnih voda iz pojedinih pogona RTB-a Bor

Pogon	Količina otpadne vode (m3/dan)	pH vrednost	Koncentracija Cu (mg/l)
Fabrika CuSO4	1-9,81	0,03-03	4210-8850
Elektroliza Cu	10-45	1,1-1,7	149-2426
Fabrika zlata	2-25	0,4-1,1	58-1600
Fabrika H2SO4	132,7-169,6	1,5-4,0	7,2-274
Cerovo - Kop	~ 1507	6,54 – 7,01	130-150
Cerovo – Ekološka brana	~  274	7,60 – 8,21	130-150
Cerova Reka I	~ 8	3,67 – 4,02	1500
Cerova Reka II	~ 8	3,65 – 3,89	1200
Flotacijsko jalovište 1A	~ 194	4,9	38,6
Flotacijsko jalovište 3A	Nije izmereno	4,9	53
Saraka potok	Nije izmereno	3,9 - 7	6,15
Kop V. Krivelj	~ 3781	3 - 5	53
Kriveljska reka		6,09	25,57
Jama Bor	~ 6301		~ 200

            Zagađenost otpadnih voda bakrom i kiselim vodama na nivou pojedinih pogona RTB-a Bor prikazana je na Grafikonu II.5.1.

Grafikon II.5.1. Zagađenost otpadnih voda bakrom i kiselim vodama na nivou pojedinih pogona RTB-a Bor

            Iz tabele  II.5.2. i dijagrama II.5.1. vidi se da je najveća zagađenost na nivou pogona kiselim vodama. Najveći zagađivači kiselim vodama su sledeći pogoni: Fabrika CuSO₄ (pH = 0,03-0,3), Elektroliza bakra (pH = 1,1-1,7), Fabrika zlata (pH = 0,4-1,1), Fabrika H₂SO₄ (pH = 1,5-4), Cerova Reka I (pH = 3,67- 4,02), Cerova Reka II (pH = 3,65-3,89), Flotacijsko jalovište 1A (pH = 4,9), Flotacijsko jalovište 3A (pH = 4,9), Saraka Potok ((pH = 3,9-7)) i Kop Veliki Krivelj (pH = 3-5), a po analogiji svakako i Jama Bor, iako nisam našao tačne zvanične podatke.

            Najveće količine otpadnih voda ispuštaju sledeći pogoni: Jama Bor (Q = 6301 m³/dan), Kop Veliki Krivelj (Q = 3781m³/dan), Cerovo Kop (Q = 1507 m³/dan), Cerovo Brana (Q = 274 m³/dan), Flotacijsko jalovište 1A (Q = 194 m³/dan), Fabrika H₂SO₄ (Q = 132,7 – 169,6 m³/dan), Elektroliza bakra (Q = 10 - 45 m³/dan), Fabrika zlata (Q = 2 -25 m³/dan), Fabrika CuSO₄ (Q = 1-9,81 m³/dan), Cerova Reka I (Q = 8 m³/dan) i Cerova Reka II (Q = 8 m³/dan), dok za Flotacijsko jalovište 3A nisam uspeo da nađem podatke.

            Najveće koncentracije neiskorišćenog bakra ispuštaju sledeći pogoni: Fabrika CuSO₄ (C_Cu = 4210-8850 mg/l), Elektroliza bakra (C_Cu = 149-2426 mg/l), Fabrika zlata (C_Cu = 58-1600 mg/l), Cerova Reka I (C_Cu = 1500 mg/l), Cerova Reka II (C_Cu = 1200 mg/l), Cerovo Kop (C_Cu = 130-150 mg/l), Cerovo Brana (C_Cu = 130-150 mg/l), Fabrika H₂SO₄ (C_Cu = 7,2 - 274 mg/l) i Jama Bor (C_Cu = 200 mg/l). 

            Spajanjem Borske i Kriveljske reke dolazi do izvesnog razblaženja u pogledu sadržaja nekih od zagađujućih elemenata, tako da su analize sadržaja Bele reke (ispod spajanja Borske i Kriveljske reke) utvrdile samo prekomerni sadržaj bakra i gvožđa, dok su sadržaji ostalih teških metala (olovo, cink, hrom, nikl, selen arsen), kao i kiselost ovim razblaženjem svedeni u mnogo prihvatljivije granice.

Upravo na ovom primeru jasno je zašto je zakonodavac predvideo granične vrednosti emisije zagađujućih elemenata na nivou pogona, jer radi se o zagađenju teškim elementima, koji predstavljaju tzv. “Kumulativne otrove”. Kumulativni otrovi su materije, koje se unošenjem u organizam živih bića, zbog sporog izlučivanja, gomilaju do kritičnih granica, tako da njihove koncentracije i u dozvoljenim granicama u dužem vremenskom periodu pretstavljaju veliku opasnost za biološki svet.  

Uporedni rezultati zagađenosti otpadnih voda iz Borske i Kriveljske reke i efekat razblaženja zagađenosti nakon spajanja Borske i Kriveljske reke prikazani su u tabeli  II.5.3., odnosno na grafikonu II.5.2.

Tabela II.5.3. Efekat razblaženja spajanjem Borske i Kriveljske reke

Reka	Boja	Susp. Mat. mg/l	pH	Cu mg/l	Pb mg/l	Zn mg/l	Cr mg/l	Ni mg/l	Se mg/l	As mg/l	Fe mg/l
Borska Reka	Tamno siva	194,0	5,40	8,7	0,32	2,8	<0,1	0,2	0,25	0,27	11,8
Kriveljska Reka	Svetlo braon	294,0	5,01	12,5	<0,1	0,4	<0,1	<0,1	<0,2	<0,1	2,4
Bela Reka	Svetlo braon	199,0	4,99	12,2	<0,1	1,7	<0,1	0,15	<0,2	<0,1	4,9

Grafikon II.5.2. Efekat razblaženja spajanjem Borske i Kriveljske reke

            Iz tabele II.5.3. mogao bi se izvesti zaključak da RTB Bor, izuzev bakra i gvožđa, u životnu sredinu ne ispušta teške metale iznad graničnih vrednosti emisije.  Međutim, analize na nivou pogona RTB-a pokazuju da metalurške otpadne vode sadrže oko 1,5 mg/l olova (GVI je 0,5 mg/l), da kadmijuma ima u količini od 0,35 mg/l u drenažnom jezeru Cerova (GVI je 0,2 mg/l), arsena u količini od 0,19 – 6,6 mg/l često ima u Jamskim vodama, Borskoj reci i metalurškim otpadnim vodama (GVI je 0,1 mg/l), selena ima u količini od 18,6 mg/l u metalurškim otpadnim vodama, u Borskoj reci 0,25 mg/l, u drenažnim vodama 0,23 mg/l, a GVI je 1 mg/l.

            I pored efekta razblaženja u odnosu na GVI Borska Reka, Kriveljska Reka i Bela Reka ne ispunjavaju uslove ni za IV klasu voda, što znači da se takva voda ne može koristiti ni za industrijske potrebe, te kao takva predstavlja težak hendikep za životnu sredinu u slivnom području tih reka, kao i u toku reke Timok, pa i samog Dunava, pogotovo ako se zna da i Borska i Kriveljska reka, uzvodno od mesta eksploatacije i prerade rude bakra, imaju kvalitet vode između I i II klase, što znači da se u tom delu mogu koristiti za napajanje domaćih životinja, navodnjavanje itd.

            Na osnovu navedenog nameće se zaključak da je neophodna hitna intervencija radi prečišćavanja otpadnih voda iz pogona RTB-a Bor. Zbog relativno visokog sadržaja bakra to prečišćavanje bi imalo i svoj ekonomski, a ne samo značaj zaštite životne sredine. U tom pogledu u RTB - u Bor su u ranijem periodu vršeni pokušaji sa nedovoljnim uspehom i uglavnom više iz ekonomskih nego iz razloga zaštite životne sredine. Tako naprimer, samo deo rudničkih voda iz Jame Bor, kao i vode sa kopa Cerovo se prečišćavaju, dok se sve ostale rudničke i otpadne vode sa sadržajem bakra i drugih teških metala ispuštaju u Borsku ili Kriveljsku reku, što je nedopustivo ni sa ekonomskog ni sa stanovišta zaštite životne sredine.

            Nakon nagomilavanja navedenih ekoloških problema RTB Bor je sa nemačkom firmom „BDH Consalting Group“ ugovorio izgradnju Fabrike za prečišćavanje industrijskih i komunalnih voda Borske reke, ali to nije dovoljno, jer se takva potreba nameće i za kriveljsku reku. U tabeli II.5.4. prikazani su učinci uobičajenih metoda prečišćavanja otpadnih voda, nakon čega bi te vode ispunjavale zakonske uslove za ispuštanje u životnu sredinu, odnosno rečne tokove.

Tabela II.5.4. Procentualni učinak metoda prečišćavanja otpadnih voda

Komponente	Mehaničko čišćenje	Hemijska obrada	Elektrodijaliza	Jonska izmena	Reversna Osmoza
Suvi ostatak	5	30	85	80	85
Sus. materije	60	50	95	80	95
Bakar	3	80	30	80	95
Olovo	3	95	30	80	95
Hrom	3	60	30	80	85
Selen	3	80	30	99	85
Arsen	2	80	30	80	85
Srebro	5	95	30	85	85
Kadmijum	3	85	30	80	85

            Iz Tabele II.5.4. vidi se da bi za prečišćavanje otpadnih voda iz RTB-a Bor najefikasnija bila primena metode reversne osmose na nivou pojedinih pogona.

Nenad Radulović