OSVAJANJE PROIZVODNJE NEVARNIEIH ALATA TOPLIM KOVANJEM OD SPECIJALNIH BRONZI 77

BAKAR 35 (2010) 2 COPPER

UDK: 622.361:549.73(045)=861

STRUNI RAD

Oblast: Priprema mineralnih sirovina

POBOLJANJE KVALITETA PRIRODNE GLINE U PRAVCU IZDVAJANJA FINE GRANULOMETRIJSKE STRUKTURE SA

POVEANIM SADRAJEM Al2O3

QUALITY IMPROVEMENT OF NATURAL CLAY BY SEPARATION FROM FINE GRANULOMETRIC STRUCTURE WITH HIGH CONTENT

OF Al2O3

Daniela Uroevi1, Vojka Gardi1, Saa Ivanovi1, Ljubia Mii1, Miroslava Maksimovi1

1Institut za rudarstvo i metalurgiju u Boru

Izvod

U cilju to veeg oslanjanja na domae sirovine, to je sigurno najracionalniji pristup obezbeenja potreba postojeih industrijskih kapaciteta, krenulo se sa laboratorijskim ispitivanjima poboljanja kvaliteta prirodne gline, dopremljene sa lokaliteta Duanovac, kod Negotina.

Imajui u vidu zastupljenost minerala gline u veoma finim frakcijama, ispod 20 mikrona, u eksperimentima se teilo ka iznalaenju mogunosti za poveanje udela (masenih uea) istih, odnosno poveanja sadraja Al2O3, a time i dobijanja visokog kvaliteta prirodne gline, koja kao takva moe nai iroku primenu u svim granama industrije.

U cilju iznalaenja pravca kojim treba usmeriti dalja laboratorijska istraivanja i ispitivanja, u radu je izvedena kraa serija eksperimenata izdvajanja finih frakcija, metodom sedimentacije i dekantacije (taloenja).

Kljune rei: glina, poveanje kvaliteta, sedimentacija i dekantacija, industrijska primena

Abstract

Experimental tests were performed with the aim of improving the quality of the natural clay from the site Duanovac, near Negotin. Also, the aim was to provide the clay for the existing in-dustrial needs from domestic raw materials. The quality of clay is defined chemical composition and particle size. The experiments were performed with the aim of increasing the ratio of fine clay fractions with simultaneous increase Al2O3 content. By sedimentation method obtained the clay with the following characteristics: content of the main component, Al2O3, is 18.07%, content

1 E-mail: daniela.urosevic@irmbor.co.rs

78 D. Uroevi, V. Gardi, S. Ivanovi, Lj. Mii, M. Maksimovi

of Fe2O3 is 6.98% and limits the use of clay in many industries. Further research should be con-ducted to find ways and technologies to increase the content of Al2O3 over 30%, to reduce the content of Fe2O3 to a minimum 0.6% and to reduce the content of CaO to 0.8%. This clay gets a higher utility value. SiO2 content should be maintained at current levels.

Keywords: clay, increase of quality, sedimentation and decantation, use in industry

UVOD

Gline predstavljaju kompleksnu grupu vie minerala. Komercijalno su najznaajniji sledei minerali glina:

Kaolinit: Al2O3x2SiO2x2H2O Haloizit: Al2O3x2SiO2x2H2O Ilit: kompleks hidratisanih silikata Al, Mg, Fe i Na Montmorilonit: kompleks hidratisanih silikata Al, Mg i Na Osnovna podela glina je na:

1. Kaolinsko-ilitske; i 2. Bentonitske gline.

Gline se najvie koriste u industriji vatrostalnog materijala, opekarskoj in-dustriji, industriji porcelana i fine keramike, hemijskoj, farmaceutskoj industriji, za isplaku.

Kaolinitsko-ilitske gline nalaze primenu u keramikoj industriji, industriji papira, hemijskoj industriji.

to se tie bentonita njegova najvanija fiziko-hemijska svojstva su ka-pacitet katjonske izmene, jonska selektivnost, molekulska sorpcija, irenje i skupljanje, zadravanje velike koliine vode, visoka kohezija i adhezija, mala veliina estica i velika specifina povrina. U prirodi se najee javlja Ca-bentonit, to znai da je Ca++ jon dominantan u izmenjljivom poloaju.

Na-bentonit se ree sree u prirodi i nalazi svoju primenu: - za poveanje plastinosti i vrstoe u sirovom i suvom stanju, - pravljenja livakih kalupa od kvarcnog peska, i - u proizvodnji mineralnih vodenih boja; kao aditiv u proizvodnji pasta za

poliranje.

ZAHTEVI ZA KVALITETOM

Po osnovu industrijske primene glina, definisani su i zahtevi za kvalitetom, a odnose se na: mineralni sastav, sadraj Al2O3 i SiO2, sadraj neistoa, pH vrednost, hemijska stabilnost, bubrenje, vatrootpornost, krupnoa estica, belina.

POBOLJANJE KVALITETA PRIRODNE GLINE U PRAVCU IZDVAJANJA FINE GRANULOMETRIJSKE STRUKTURE SA POVEANIM SADRAJEM Al2O3 79

U tabeli 1 data su osnovna i sekundarna svojstva glina koja su od znaaja za industrijsku primenu istih. Tabela 1. Osnovna i sekundarna svojstva glina

Osnovna svojstva Sekundarna svojstva Hemijski sastav gline Granulo sastav

Gustina Adsorbcioni kapacitet gline Tvrdoa Nasipna gustina

Povrinska svojstva Abrazivnost Boja Ponaanje kod taloenja

Kvaljivost Reoloka svojstva

U zavisnosti od primene i zahteva korisnika, gline moraju da poseduju odre-ena svojstva:

Za proizvodnju hartije zahteva se: visok stepen beline, 80-90% klase ispod 0,002 mm, niska abrazivnost.

U industriji boja se zahteva: visok stepen beline, veliki udeo najfinijih es-tica, dobra disperziona svojstva.

U industriji plastike zahtevi su samo u pogledu krupnoe estica. Industrija keramike prvenstveno zahteva da se glina lako oblikuje. Industrija vatrostalnog materijala, za proizvodnju fine i grube opeke,

zahteva visok sadraj aluminijum oksida. Po osnovu hemijskog sadraja pojedinih elemenata, takoe postoje izvesna

ogranienja u zavisnosti od namene i upotrebe odgovarajue gline: Za keramiku industriju dozvoljeni sadraji su: Fe2O3 do 1,5%, gubici

arenjem do 12%, Al2O3 minimum 31%, SiO2 maksimum 55%, CaO najvie 1%.

Opekarska glina i njen kvalitet nisu standardizovani, ali postoje zahtevi koje treba ispuniti, a odnose se na: temperaturu arenja od 900-1000oC, ne sme da sadri krupna zrna krenjaka, gipsa, pirita.

Kaolinske gline koje se koriste u keramikoj industriji treba da ispune sledee zahteve: Fe2O3 najvie 0,6-1,5% , TiO2 najvie 0,6-1,2%, CaO najvie 0,8%, Al2O3 preko 30%.

EKSPERIMENTALNI DEO

Metodom sedimentacije i dekantacije, izvreno je izdvajanje finih frakcija ispod 20 mikrona. Ova metoda se zasniva na razliitim brzinama slobodnog padanja (taloenja) estica razliite krupnoe u suspenziji, to znai da se posle

80 D. Uroevi, V. Gardi, S. Ivanovi, Lj. Mii, M. Maksimovi

izvesnog vremena krupne estice taloe na dno menzure, a sitnije zbog manje brzine padanja, nalazie se u suspenziji. Odlivanjem (dekantacijom) vri se izdvajanje ovih sitnijih estica. Postupak izdvajanja finih frakcija odlivanjem, u naem sluaju frakcije -20 mikrona, se ponavlja sve do dobijanja bistrog preliva, ime je izdvajanje zavreno.

Standardnom metodom uzorkovanja u laboratoriji za pripremu mineralnih sirovina i ispitivanja, za potrebe laboratorijskih istraivanja i ispitivanja, uzet je reprezentativni uzorak ute gline, sa lokaliteta Duanovac, oznake D4 10-11,5 m, hemijskog sastava prikazanog u tabeli 2. Tabela 2. Hemijski sastav uzorka ute gline D-4 10-11,5 m

Hemijski sastav Sadraj (%)

Al2O3 15,36 TiO2 0,84 SiO2 49,10 Fe2O3 5,75 CaO 6,58

Neke od fizikih karakteristike uzorka gline: gubitak arenjem, vlanost i pH vrednost ute gline dati su u tabeli 3. Tabela 3: Fiziko-hemijske karakteristike uzorka ute gline D-4 10-11,5m

Gubitak arenjem(%) 11,8 Vlanost (%) 20

pH vrednost gline*

7,75 nakon 0 min (potencijal -0,76 mV) 7,87 nakon 5 min

(potencijal -0,80 mV) 7,91 nakon 35 min (potencijal -0,83 mV)

8,00 nakon 24 h (potencijal -0,85 mV)

Temperatura peenja 0C 950

*pH vrednost gline odreena je merenjem pH vrednosti suspenzije dobijene rastvaranjem 20 g gline u 20 g vode (pH vode 7,42)

POBOLJANJE KVALITETA PRIRODNE GLINE U PRAVCU IZDVAJANJA FINE GRANULOMETRIJSKE STRUKTURE SA POVEANIM SADRAJEM Al2O3 81

EKSPERIMENT I

U ai zapremine 1,5 litar napravljena je suspenzija gline i vode, ija je pH vrednost 7,78. Metodom sedimentacije i dekantacije, izvreno je nakon 15 min taloenja, razdvajanje faza, na vrstu, (TI)-talog, koja je nakon suenja poslata na hemijsku analizu u ciju utvrivanja osnovnih elemenata, datih u tabeli 4 i tene faze (suspenzije sa finim esticama gline) koja odlazi u drugi stepen sedimentacije i dekantacije sa vremenom taloenja od 30 min.

Nakon drugog stepena sedimentacije i dekantacije, istaloena vrsta faza (TII), se nakon suenja alje na hemijsku analizu (tabela 4), dok tena faza (suspenzija sa finim esticama gline), odlazi u trei stepen separacije i dekantacije, sa vremenom taloenja od 60 min.

Postupak se ponavlja uz izdvajanje vrste faze (TIII) i suspenzije sa finim esticama gline koja se nakon filtriranja i suenja alje na hemijsku analizu. Rezultati hemijskih analiza su prikazani u tabeli 4. Tabela 4. Hemijski sastav faza izdvojenih metodom sedimentacije i dekantacije

SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3Naziv uzorka %

TI 72,10 2,86 12,70 3,39 TII 63,62 3,49 15,47 5,16 TIII 63,14 4,05 14,92 4,87 TFS 51,88 4,99 18,07 6,98

Sadraj frakcije -20 mikrona u fazama je sledei: Talog TII ( 10% frakcije -20m) Talog TIII (30% frakcije -20m) Suspenzija nakon filtriranja i suenja TFS (90% frakcije -20m).

Maseni udeo faza u odnosu na poetnu masu uzorka gline prikazan je u tabeli 5.

82 D. Uroevi, V. Gardi, S. Ivanovi, Lj. Mii, M. Maksimovi

Tabela 5. Maseni udeo faza u odnosu na poetnu masu uzorka ute gline

Oznaka frakcije Udeo frakcije u poetnom uzorku gline (%) +0,045 mm 23,22

TI 15,73 TII 11,24 TIII 3,25 TFS 46,56

Analizom ostvarenih rezultata (tabela 4 i 5), nakon trostepene sedimentacije i dekantacije, poveano je maseno uee frakcije ispod 20 m (46,56%), sa sadrajem glavne komponente Al2O3 od 18,07%, to je i bio cilj. Sa druge strane povean sadraj Fe2O3, ograniava primenu ove gline u mnogim granama industrije. S tim u vezi, dalja istraivanja treba sprovesti na iznalaenju naina i tehnologije za poveanje sadraja Al2O3 preko 30%, smanjenje Fe2O3 do minimum 0,6%, smanjenje CaO do 0,8%, ime ova glina dobija veu upotrebnu vrednost. Sadraj SiO2 treba odravati na sadanjem nivou.

Glina sa postojeim hemijskim sastavom nalazi primenu u proizvodnji lonaca i kupela.

EKSPERIMENT II

Za potrebe primene sirove gline u proizvodnji laboratorijskog posua (lonaca i kupela) izveden je eksperiment sa ciljem poveanja prirodne pH vrednosti gline od 7,83 do vrednosti 8,0-8,5.

Za podeavanje pH vrednosti korien je otpadni pepeo iz filtera Energane Bor.

Prirodna pH vrednost gline iznosila je 7,83. Dodavanjem prve koliine pepela od 0,2 g, pH vrednost gline dostigla je vrednost 8,0. Naknadno je dodato jo 0,2 g (ukupno 0,4 g) pepela. Nakon homogenizacije dobijene suspenzije odmerena pH vrednost je iznosila 8,4.

Proraunate koliine pepela potrebne po 1 kg gline za podeavanje pH vrednosti prikazane su u tabeli 6.

POBOLJANJE KVALITETA PRIRODNE GLINE U PRAVCU IZDVAJANJA FINE GRANULOMETRIJSKE STRUKTURE SA POVEANIM SADRAJEM Al2O3 83

Tabela 6. Proraunata koliina pepela potrebna po 1 kg gline za podeavanje pH vrednosti

Masa pepela(g) pH vrednost Optimalni odnos glina: pepeo

10 8,0 100 : 1 20 8,4 100 :2

ZAKLJUAK

Glina sa lokaliteta Duanovac prema analizi hemijskog sastava i pojedinih karakteristika glina, svrstava se u grnarsko-opekarske gline. Sigurno je to, da ova glina ima previsok sadraj eleza i karbonata (posmatrano kroz visok sadraj CaO) i da je pored obaveznog odstranjivanja vika eleza neophodno dalje njeno opoivanje.

Spada u gline ilitsko-smetitske prirode i kao takva nije pogodna za izradu vatrostalnog posua za kupelaciju. Pri izradi vatrostalnog posua za kupelaciju od gline sa lokaliteta Duanovac primetna je njena peskovitost, teko oblikovanje i mali stepen sabijanja pri presovanju, lepljenje meavine za alat, mrka braon boja lonaca nakon peenja gotovog proizvoda (posledica je visokog procenta Fe) i prilina ispucalost proizvoda (usled niske vatrostalnosti i neadekvatnog hemijskog sastava gline).

Ista moe nai primenu u opekarskoj industriji, uz prethodne "tretmane", smanjenja vika eleza, a samim tim i poveanja glavne komponente Al2O3, ili kao dodatak u spravljenju meavina gline sa lokaliteta Duanovac (18%) i kvalitetnih glina iz Aranelovakog basena. Ova meavina je koriena za spravljanje amotnih lonaca za topljenje i kupelaciju srednjeg kvaliteta. Tanije na 1t meavine za izradu amotnog vatrostalnog posua mogue je dodati max. 180 kg gline Duanovac. Sve preko ovog procenta drastino je pogoravalo kvalitet proizvoda i dovodilo do njihovog pucanja.

Do ovog zakljuka se dolo eksperimentima sprovedenim u Sektoru za laboratorijska ispitivanja, Instituta za rudarstvo i metalurgiju u Boru.

Po osnovu ostvarenih rezultata, evidentno je da su neophodna dalja i detaljna istraivanja poveanja kvaliteta gline sa lokaliteta Duanovac. S tim u vezi zapoeta geoloka istraivanja na navedenom lokalitetu koja su u poetnoj fazi treba dovriti, a ujedno sa tim i utvrditi optimalne tehnoloke postupke oplemenjivanja gline.

84 D. Uroevi, V. Gardi, S. Ivanovi, Lj. Mii, M. Maksimovi

LITERATURA

[1] Elaborat o izvrenim geolokim istraivanjima leita opekarsko ciglarskih glina na podruju sela Duanovac kod Negotina u 2008-2009 godini, Institut za rudarstvo i metalurgiju Bor

[2] Izvetaj o ispitivanju uzorka gline, Institut IMS, 2009.