Pojedinosti o Blogu

29
dec
2015
Posted By: 0Komentar(i)

NAJNOVIJA ISTRAŽIVANJA – MINERAL BUDUĆNOSTI

PIROFILIT-MINERAL BUDUĆNOSTI ZA PRIMENU U POLJOPRIVREDI

Muhamed Harbinja1, Atif Hodžić1, Azem Kaljanac1, Faik Selman1, Dragan Radulović2, Ljubiša Andrić2, Jovica Stojanović2, Marija Petrović2

aAD HARBI d.o.o., Tvornička 3, 71210 Sarajevo, Bosnia and Herzegovina

Institute for Technology of Nuclear and other Mineral Raw Materials, 11000 Belgrade, Serbia

ABSTRACT

Često se ponavljaju fraze da je rudarstvo niskoakumulativna djelatnost, da su visoki troškovi proizvodnje i niske cjene gotovih proizvoda što rudarstvo stavlja u neravnopravan položaj sa drugim, mnogo manje zahtjevnim djelatnostima. Ono što mi često ističemo jeste da uposlenici u oblasti rudarstva, veoma često, mnogo više vode računa o troškovima proizvodnje nego ostvarenoj dobiti i to traje veoma dugo. Istovremeno, mogućnosti se ne koriste u dovoljnoj mjeri.

Nemetalične mineralne sirovine, kao što je pirofilit (Al2Si4O10(OH)2), zauzimaju značajno mjesto u privrednom razvoju, bilo da služe kao finalni proizvodi ili kao sirovine kod proizvodnje u prerađivačkoj i drugim industrijskim granama. Po raspoloživim količinama, pirofilit, predstavlja jednu od najznačajnijih domaćih prirodnih nemetaličnih mineralnih sirovina u BiH (18.000.000t). Skoro da ne postoje privredne grane koje ne koriste pirofilit, odnosno koriste ga u većini industrija, građevinarstvu, poljoprivredi, a u poslednje vreme i sve više u tehnologijama za zaštitu životne sredine. Postojanje potencijalne sirovinske baze, odnosno postojanje pirofilita sa značajnim količinama, pruža široke mogućnosti razvoja proizvodnje sa bogatim asortimanom proizvoda.

U ovom radu želimo da ukažemo na mogućnosti perspektive prerade i primene visokokvalitetnih koncentrata pirofilita do dobijanja novih, materijala sa dodatom vrijednošću, sa posebnim osvrtom u poljoprivredi.

Ključne reči: geologija, ležišta, rudarstvo, pirofilit, poljoprivreda, materijali.

 

1. UVOD

Poslednjih godina u najrazvijenijim zemljama, količina i vrednost dobijenih materijala na bazi nemetaličnih minealnih sirovina je tri do pet puta veća od vrijednosti proizvoda na bazi metaličnih minerala. Savremena visokotehnološka civilizacija je zbog toga veoma zavisna od stabilne i adekvatne snabdevenosti nemetaličnih mineralnih sirovina, jer su one neophodne za proizvodnju materijala koji kao materijalne komponente omogućuju proizvodnju u većini industrijskih delatnosti i poljoprivredi.

Za različite domene procesne primene u sintezi različitih materijala (definisane strukture i svojstava), isti nemetalični minerali moraju imati različita svojstva. Kako svojstva nemetaličnih minealnih sirovina zavise od kristalohemijske strukture, a struktura se može modifikovati određenom tehnološkom preradom – proizilazi da se prirodne sirovine i same nemetalične mineralne sirovine, moraju veoma ozbiljno tehnološki tretirati.

Naime, za već danas prepoznatljivo sofisticirano korišćenje domaćih ograničenih resursa kvalitetnih nemetaličnih mineralnih sirovina – realna procena njihove raspoloživosti mora se imati u vidu da kod pojedinih nemetaličnih mineralnih sirovina, za njihovu raznovrsnu primjenu, nije bitna samo osnovna hemijska komponenta koju oni sadrže, već njihove posebne mineraloške i kristalografske karakteristike, koje određuju njihovu strukturu i u krajnjem, njihova procesna svojstva za proizvodnju različitih materijala.

Prema ovome, procjena resursne i eksploаtabilne raspoloživosti domaćih nemetaličnih mineralnih sirovina se mora, prije ostalog, procjenjivati i utvrđivati po stepenu mogućnosti njihove primjene. U razvijenim tržišnim privredama faktori rizika u industriji proizvodnje i prerade nemetalčnih mineralnih sirovina se sagledavaju isključivo u domenu marketinga. Ovdje se, pod marketingom, ne uzimaju aktivnosti koje često podrazumevamo u našoj praksi: oglašavanje, promocija, deljenje uzoraka, i sl. Savremeni marketing u ovoj oblasti je tehnološko-tehničko-komercijalno prilagođavanje proizvodnje nemetaličnih mineralnih sirovina zahtevu tržišta (procesnom domenu). U slučaju konkretnog minerala nije problem u identifikaicji (vrsta, rezerve, način dobijanja, gruba priprema) jer se ovakvim nivoom podataka, uz minimalnu preradu, mineral može prodati, ali po niskoj ceni i uz zanemarljiv profit. Za savremeno i visokoprofitabilno korišćenje raspoloživih (i podvlačimo – neobnovljivih) mineralnih resursa (na primer, u hemijskoj i keramičkoj industriji, farmaceutici i kozmetici, metalurgiji i građevinarstvu, razvoju mnogih materijala za poljoprivredu) neophodna je primena viših nivoa tehnološke pripreme odnosno prerade.

Nikada se prirodne nemetalične mineralne sirovine ne mogu direktno koristiti u kontrolisanoj (savremenoj – sofisticiranoj) interakciji: sinteza materijala za namenske upotrebne funkcije ↔ definisana svojstva ulazne sirovinske komponente. Zbog ovoga, u savremenoj naučnoistraživačkoj proceduri osnovnih i razvojnih istraživanja postavljaju se racionalne osnove za razvoj tehnoloških operacija i procesa kojima se vrši priprema i prerada prirodnih nemetaličnih mineralnih sirovina do poluproizvoda – proizvoda potrebnih karakteristika. Karakteristike ovih proizvoda nemetličnih mineralnih sirovin definišu i obezbeđuju njihovu upotrebnu funkciju, kao sirovinske komponente u sintezi materijala namenskih upotrebnih funkcija.

 

2. PRIMENA PIROFILITA

Na teritoriji BiH postoji veliki broj u geološkom smislu istraženih ležišta prirodnih nemetaličnih sirovina, koje mogu da se koriste u poljoprivrednoj proizvodnji za poboljšanje osobina zemljišta (melioraciju) i obogaćivanje biogenim elementima (fertilizaciju) kako u konvencionalnoj (postojećoj) poljoprivrednoj proizvodnji, tako i po proceduri organske poljoprivrede ruralnih prostora. U ovom smislu prirodne nemetalične mineralne sirovine su: krečnjaci, dolomiti, zeoliti, bentoniti, dijatomejska zemlja, pirofilit, stene sa povećanim sadržajem korisnih mikroelemenata.

Neke od prirodnih nemetaličnih mineralnih sirovina u bliskoj prošlosti počele su da se koriste u poboljšanju osobina degradiranih poljoprivrednih zemljišta ruralnih prostora, a pre svega to su: krečnjaci, zeoliti i treseti. Međutim, poslednjih godina istraživanja ležišta pirofilita sa njihovim prirodnim svojstvima mogu se upotrebiti u poljoprivrednoj proizvodnji (stočna hrana, đubriva, zaštita bilja, voćarstvo, vinogradarstvo, povrtlarstvo, cvećarstvo, lekovito bilje, šumarstvo, plastenička proizvodnja) kao i ruralnih prostora za:

– poboljšanje nekih od osobina degradiranih površina poljoprivrednog zemljišta (meliorativna upotreba) i

– nadoknadu biogenih i neophodnih mineralnih materija potrebnih biljkama (fertilizaciona upotreba) za uspešno   razviće, rast i ostvarivanje maksimalnih prinosa zadovoljavajućeg kvaliteta gajenih biljaka.

Upotrebom prirodne nemetalične mineralne sirovine (pirofilit) u poljoprivrednoj proizvodnji stvoriće se niz pozitivnih uticaja:

  • – stvara se pretpostavka za otpočinjanje poljoprivredne biljne proizvodnje (a ona je osnova i za stočarsku proizvodnju) po principima organske poljoprivrede, što ima za posledicu dobijanje poljoprivrednih proizvoda visoke biološke (eko) vrednosti, traženih kako na našem, tako i na tržištima razvijenih zemalja;
  • – realno se stvara mogućnost da spoljnotrgovinski bilans bude pozitivan, a time i realne pretpostavke za povećana finansijska ulaganja u poljoprivrednu proizvodnju;
  • – oslobađa se država od uvoza nekih sirovina (fosfata) za proizvodnju mineralnih đubriva, kao i uvoza energenata (prirodnog gasa) za proizvodnju nekih mineralnih đubriva;
  • – povećaće se zaposlenost radne snage u eksploataciji pirofilita, namenjenih proljprivrednoj proizvodnji;
  • – povećaće se racionalno korišćenje površina degradiranog poljoprivrednog zemljišta u poljoprivrednoj proizvodnji;
  • – obezbediće se, pored proizvodnje biološki vrednije (eko) hrane poštujući principe organske poljoprivrede i potpuna zaštita životne sredine.

Iznete prednosti pirofilita kao prirodne nemtalične minerapne sirovine dovoljni su razlozi o potrebi provere njihovih vrednosti da bi bile korišćene u biljnoj poljoprivrednoj proizvodnji, posebno sledeći principe organske poljoprivrede, kao i u drugim industrijskim granama kao što su: keramička hemijska, građevinska, industrija boja i lakova, proizvodnja hidro-izolacionih materijala, industrija papira, farmaceutska i kozmetička industrija, proizvodnja plastičnih masa i gume, proizvodnja vatrostalnih materijala, prehrambena industrija, zaštita vodosistema i otpadnih voda, dekontaminacija i detoksikacija zagađenih površina, stabilizacija kiselih zemljišta i dr.

 

3. REZULTATI I DISKUSIJA REZULTATA EKSPERIMENTALNIH ISTRAŽIVANJA

Sva eksperimentalna istraživanja suve mikronizacije pirofilita (Al2Si4O10(OH)2) vršena su na rovnom uzorku, primenom savremenih metoda za određivanje svih neophodnih fizičko-hemijskih i mineraloških karakteristika mikroniziranih proizvoda pirofilita, kao i za praćenje relevantnih procesnih parametara.

Ležište pirofilitnog škriljca Parsovići, Konjic, smešteno je oko 25 km SZ od Konjica, povezano je asfaltom na magistralni put Sarajevo — Mostar, dužine 14 km. Ležište Parsovići nalazi se na brdsko planinskom području koje predstavlja JZ ogranak, a nadmorska visina područja, na kome se nalazi ležište pirofilita, kreće se između 350 i 600 metara, kao što je prikazano na slici 1. Utvrđene geološke rezerve pirofilitnog škriljca na ležištu „Parsovići“- Konjic iznose 38.400.000 tona, overene eksploatacione rezerve iznose 18.000.000 tona.

Polazni uzorak je homogeniziran i iz njega su metodom šah polja izdvojeni uzorci za određivanje: higroskopne vlage, hemijskog sastava rude, DTA-TG analize, FTIR-analize, određivanje kapaciteta katjonske izmene (KKI), XRD-analize. Pored toga urađena je i kvalitativna mineraloška analiza na polarizacionom mikroskopu u propuštenoj svetlosti uzorka rude po klasama krupnoće i petro preparata, semi kvantitativana hemijska analiza polaznog uzorka rude-rudni preparat na SEM-u.

3.1 Fizička, hemjska i mineraloška svojstva uzorka

Granulometrijski sastav rude pirofilita određivan je na dva uzorka rovne rude pirofilita. Prvi uzorak rude predstavljao rovni uzorak rude usitnjen na klasu krupnoće -5,0+0,00 mm, a drugi je dobijen usitnjavanjem na valjkastoj drobilici na ggk -2,00 mm. Prilikom granulometrijske analize kod oba uzorka pirofilita, svi otsevi sita pri prosejavanju zajedno sa prosevom poslednjeg sita su izmereni, podaci su sređeni i prikazani u obliku Tabele 1.

Na osnovu granulometrijskog sastava oba uzorka rude pirofilita, može se zaključiti bez obzira na mineralni sastav da se ruda sastoji od drastično različitih mineralnih sirovina po tvrdoći. U prvom slučaju kod klase krupnoće -5+0,00 mm, koja je nastala usitnjavanjem na valjkastoj drobilici, gro sirovine (64,64 %) je finiji od -0,1 mm. Kako je usitnjavanje izvedeno na valjkastoj drobilici, kod koje je razmak valjaka 5mm, i koja ne daje mnogo sitneži kao neke druge vrste drobilica (konusne i kružne), to možemo zaključiti da sa ovoliko velikim udelom sitne klase u sirovini se nalaze izuzetno meki minerali, ali i zbog prisustva krupnijih frakcija da postoje minerali koji imaju veliku tvrdoću. Sličan zaključak važi i za klasu -2+0,00mm, koja je takođe dobijena na valjkastoj drobilici, i kod nje granulo-sastav pokazuje izuzetno veliki sadržaj najfinije klase -0,037+0,00mm (54,04%), odnosno skoro isti sadržaj klase -0,1+0,00 u ovom uzorku (65,51%), kao kod krupnijeg uzorka gde je iznosio 64,64%.

Hemijska karakterizacija, tj. utvrđivanje hemijskog sastava polaznog uzorka rude pirofilita vršeno je standardnom analitičkom metodom, a rezultati analize su prikazani u Tabeli 2.

Takodje je na svim uzorcima odredjena i pH vrednost. Na dva uzorka rude pirofilita u destilovanoj vodi, (10g u 100ml, posle uravnoteženja rastvora od t=4h) određivana je pH vrednost rastvora i utvrđeno je da je kod oba uzorka bila 9,00. Merenje je obavljeno Pehametrom CONSORT C830P, koji meri pH vrednost na dve decimalne jedinice.

 

Na rovnom i mikroniziranom uzorku rude pirofilita određivana je gruba i higroskopna vlaga, standardnim metodama određivanja, pri čemu izmerena gruba vlaga polaznog uzorka iznosi Hg=0.60 %, a vrednost higroskopne vlage mikroniziranog uzorka je Wh=0,53 %.

Kvalitativna mineraloška analiza uzorka urađena je na polarizacionom mikroskopu za propuštenu svetlost sa kvalitativnom identifikacijom prisutnih minerala. Uvećanje objektiva je od 3,2 do 50x.

Rezultati ispitivanja mikroskopske analize rovnog uzorka pirofilita su pokazali da su minerali kvarca i pirofilita najzastupljeniji u uzorku, dok su karbonati manje zastupljeni. Kvarc je uglavnom bistar i donekle kaolinisan. Pirofilit obiluje čvrstim inkluzijama. Ove inkluzije su u vidu opakih, odnosno neprovidnih minerala. Feldspati i liskuni se javljaju u tragu. Rezultati mikrofotografije analiziranog uzorka, prikazani su na slikama 2 i 3.

Pregledom pod rudnim mikroskopom po klasama krupnoće uzoraka pirofilita klase krupnoće -5,0 + 0,00 mm i -2,00+0,00 mm primetan porast sadržaja pirofilita kako se smanjuje krupnoća kod oba uzorka, a sa porastom sadržaja pirofilita u najfinijim klasama dolazi do pada sadržaja silikata. Ovo je logično jer je pirofilit daleko mekši (tvrdina po Mohsu 1-1,5, u odnosu na najzastupljenije silikatne minerale i kvarc kod kojih je tvrdina po Mohsu 5,5-7).

 

Rendgenska difrakciona analiza korišćena je za određivanje i praćenje faznog sastava uzorka. Uzorak je analiziran na rendgenskom difraktometru marke “PHILIPS”, model PW-1710. Mineralni sastav analiziranog uzorka je sledeći: kvarc, pirofilit, kalcit, dolomit, kaolinit. Pirofilit je najzastupljeniji mineral (≈ 50%), dok su kvarc (≈ 30%) i karbonati (kalcit oko10% i dolomit ≤ 5 %) manje zastupljeni. Kaolinit je prisutan u tragu. Difraktogram ispitivanog uzorka prikazan je na slici 4

Semi-kvantitativna hemijska analiza na skenirajućem elektronskom mikroskopu (SEM-u) obavljena je na rudnom preparatu rovnog uzorka pirofilita, (vidi sliku 5.). Na osnovu hemijskih analiza dobijenih takčastom metodom utvrđeno je da su nečistoće, odnosno inkluzije: rutil (analize 3 i 4 rovnog uzorka pirofilita, fluoroapatit (analiza 5 rovnog uzorka pirofilita). Analize 1 i 2 rovnog uzorka pirofilita (tabela 3), predstavljaju srednji hemijski sastav dobijen merenjem površine analiziranog uzorka. Na osnovu ovih analiza može da se zaključi da se dobijeni rezultati vrlo dobro slažu sa rezultatima rendgenske analize.

Na mikroniziranom uzorku rude pirofilita urađene su: termijske analize i to diferencijalno termijska analiza (DTA) i termo gravimetrijska analiza (TG). Na istom uzorku snimljen je infracrveni spektar na infracrvenom spektrofotometru sa Furijevom transformacijom (FTIR), kao i sadržaj promenljivih katjona (KKI).

Rezultati termijske analize uzorka pirofilita prikazani su na slici 6.

Na DTA dijagramu ispitivanog uzorka rude pirofilita, u temperaturskom intervalu od 25-400oC primećuje se endotermni pik slabog intenziteta sa minimumom na 126oC koji potiče od gubitka vlage i fizički vezane vode. Ovaj proces praćen je gubitkom mase od 0.93 % na TG dijagramu. U drugom temperaturskom intervalu, od 400 do 1000oC, na DTA dijagramu se primećuju dva endotermna pika, širok endotermni pik sa minimumom na 560oC kao i pik na 778 oC. Kako su uzorku prisutni pirofilit i kaolinit a dehidrokisliacija i gubitak strukturne vode kod ovih minerala (endotermni pik na DTA krivama) se dešava na temperaturama izmedju 530 i 580 oC, nije moguće utvrditi od kojeg minerala potiče pik na 560oC.

 

S obzirom da je rendgenskom analizom utvrđeno prisustvo minerala kalcita u ispitivanom uzorku, endotermni pik sa minimumom na 778 cm-1 se može pripisati oksidaciji karbonata. Zbog kontinualnog gubitka mase u temperaturskom intervalu od 400 do 1000oC nije bilo moguće odrediti tačan gubitak mase koji potiče od svakog od ova dva procesa. Zato je naveden ukupan gubitak mase koji za ovaj temperaturski interval iznosi 8.85 %.

Rezultati FTIR analize uzorka pirofilita prikazani su na slici 7.

U spektru ispitivanog uzorka jasno se mogu identifikovati spektralne linije karakteristične za mineral pirofilit. Oštra i uska spektralna linaja na 3673 cm-1 potiče od istežuće vibracije Al2OH grupe u pirofilitu. Široka spektralna linija na 3440 kao i spektralna linija malog intenziteta na 1620 cm-1 potiču od prisustva fizički adsorbovane vode u uzorku i vibracija OH grupe. Spektralne linije u opsegu od ~1120 do 950 cm-1 potiču od karakterističnih Si(Al)-O istežućih vibracija, dok trake na 538 i 480 cm-1 potiču od savijajućih Si(Al)-O vibracija. Trake na 837 i 880 cm-1 potiču od vibracija izvan ravni OH grupe. Pored spektralnih linija karakterističnih za mineral pirofilit, u spektru ispitivanog uzorka se mogu identifikovati i spektralne linije karakteristične za mineral kalcita. Tako traka na 1444 cm-1 potiče od asimetrične valentne vibracije ( 3) CO3 grupe, koja je dvostruko degenerisana ( 3a i  3b), dok traka na 695 cm-1 potiče od njene savijajuće vibracije u ravni. Takođe, u spektru ispitivanog uzorka se primećuju i dve spektralne linije na 795 i 772 cm-1 koje potiču od istežućih vibracija Si-O grupe i karakteristične su za kvarc.

 

Rezultati određivanja sadržaja i vrste izmenljivih katjona mikroniziranog uzorka pirofilita  prikazani su tabeli 4.

Rendgenskom analizom pokazano da se u ispitivanom uzorku prisutni sledeći minerali: kvarc, kaolinit, kalcit i dolomit i pirofilit. S obzirom da kvarc i pirofilit ne sadrže izmenljive katjone, izmenljivi katjoni koji su prisutni u ispitivanom uzorku potiču najverovatnije od minerala kalcita i dolomita (Ca i Mg) i kaolinita (Na, K).

 

 

ZAKLJUČAK

Iz eksperimentalno postignutih rezultata postignutih u “Institutu za tehnologiju nuklearnih i drugih mineralnih sirovina-ITNMS” iz Beograda, koji je u saradnji privatnom firmom ”AD HARBI d.o.o.”-Sarajevo, kao i sa poznatim i priznatim stručnjacima iz poljoprivredne struke sagledao mogućnost uključivanja pirofilita u poljoprivrednoj proizvodnji, bilo za melioraciju ili fetilizaciju ili istovremeno i melioraciju i feltilizaciju poljoprivrednog zemljišta. Ovo pre svega sa stanovišta stvaranja pretpostavki za otpočinjanje proizvodnje poljoprivrednih proizvoda, koje zahtevaju principi organske poljoprivrede, gde se ne isključuje njihova upotreba i u konvencionalnoj poljoprivrednoj proizvodnji.

Da bi se pirofilit mogao primenjivati u poljoprivrednoj proizvodnji, neophodno je prethodno proveriti njegovu aktivnost u poljskim demonstracionim ogledima i na osnovu tih provera dati iscrpna objašnjenja.

Primenom pirofilita u poljoprivrednoj proizvodnji stvoriće se niz pozitivnih uticaja:

–           stvara se pretpostavka za otpočinjanje poljoprivredne biljne proizvodnje (a ona je osnova i za     stočarsku proizvodnju) po principima organske poljoprivrede, što ima za posledicu dobijanje        poljoprivrednih proizvoda visoke biološke (eko) vrednosti, traženih kako na našem, tako i na     tržištima razvijenih zemalja;

–           realno se stvara mogućnost da spoljnotrgovinski bilans bude pozitivan, a time i realne    pretpostavke za povećana finansijska ulaganja u poljoprivrednu proizvodnju;

–           oslobađa se država od uvoza nekih sirovina za proizvodnju mineralnih đubriva;

–           povećaće se zaposlenost u eksploataciji profilita, namenjenih poljoprivrednoj proizvodnji;

–           povećaće se racionalno korišćenje površina degradiranog poljoprivrednog zemljišta u    poljoprivrednoj proizvodnji;

–           obezbediće se, pored proizvodnje biološki vrednije (eko) hrane poštujući principe organske       poljoprivrede i potpuna zaštita životne sredine.

Iznete prednosti prirodnih pirofilita dovoljni su razlozi o potrebi provere njihovih vrednosti da bi bile korišćene u biljnoj poljoprivrednoj proizvodnji, posebno sledeći principe organske poljoprivrede.

 

ZAHVALNOST

We wish to express our deepest gratitude to Muhamedu Harbinji, general menager AD HARBI-Sarajevo-Bosnia and Herzegovina, for writing of this paper.

This investigation was supported by the Ministry of Education and the Science and Technological Development of the Republic of Serbia and it was conducted under the Project: 34006 and 34013.

 

LITERATURA

[1] Geološki Elaborat o proračunu rezervi i kvaliteta pirofilitnog škriljca u ležištu “Parsovići – Konjic”, RO Rudarsko-geološki Institut i Fakultet Tuzla Oour Rudarsko-geološki fakultet, 1984.godina

[2] Geološki Elaborat o klasifikaciji, kategorizaciji i proračunu rezervi pirofilitskog škriljca u ležištu “Parsovići” kod Konjica, Sarajevo 2003. godina

[3] Epstein, E. and Bloom, A. (2005). Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspectives. 2nd ed. Sinauer Associates, Sunderland, Maryland

[4] Studija Preliminarnih ispitivanja na preradi rude pirofilita-Konjic, Arhiva ITNMS Beograd, 1983.godina.

[5] Studija o ispitivanju rovne rude pirofilitskog škriljca ležište „Parsovići“ Konjic (Bosna i Hercegovina), Arhiva ITNMS Beograd, 2017. Godina

[6] http://www.minerals.net/mineral/pyrophyllite.aspx

[7] http://webmineral.com/data/Pyrophyllite.shtml#.WctKzsaZGUk

[8] https://www.mindat.org/min-3323.html

Komentariši

Vaša email adresa neće biti objavljena.

EnglishBosnia