Keramičke i vatrostalne sirovine Bosne i Hercegovine

Ceramic and refracrory resiources Bosnia and Herzegovina

1D. Baraković, 2P. C. Katanić, 3R- Tomić, 4A. Baraković

1„Granex“ d.o.o. Gračanica, Bosna i Hercegovina, 2„Sočkovac“ a.d. Sočkovac, Bosna i Hercegovina, 3RITE Ugljevik a.d., Bosna i Hercegovina, 4 RGGF, Univerzitet u Tuzli, Bosna i Hercegovina

Izvod

Mineralne sirovine kao prirodni resursi, čine okosnicu razvoja nacionalne ekonomije svake zemlje, a njihovu valorizaciju treba svrstati u njene strateške planove razvoja. Keramička, vatrostalna, i srodne industrijske grane privrede su danas nezamislive bez adekvatnog snabdijevanja sirovinama, analize sirovinske baze, njihove pripreme i prerade, tehnologije oplemenjivanja, moguće primjene i valorizacije.

Reaktiviranje i razvoj keramičke, vatrostalne i opekarske industrije u Bosni i Hercegovini i regionu je ovisan od sirovinske baze kaolina i keramičkih glina, posebno onih sa niskim sadržajem željeza, koje u osnovi sadrže mineral kaolinit i koje nakon termičkog tretmana zadržavaju bijelu boju.

Osnovni cilj ovog rada je prikaz mogućnosti dobijanja oplemenjenog kaolina iz ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini i njegova šira industrijska valorizacija.

Ključne riječi: kaolinski koncentrati, vatrostalstvo, kaolini, feldspati, liskuni, kvarc, desilikacija

Abstract

Mineral resources as natural resources are the backbone of the development of the national economy of each country, and their assessment should be included in the strategic development plans. Ceramics, refractory, industrial and related industries is unthinkable today without an adequate supply of raw materials, their analysis, preparation and processing technology, evaluation and possible implementation.

Reactivation and development of ceramic, refractory and brick industry in Bosnia and Herzegovina and the region is dependent on the raw material and ceramic base kaolin clay, especially those with low iron content, that basically contain mineral kaolinite which if it is heat treated retain the white color.

The main objective of this work is to show the possibility of obtaining enriched kaolin deposits in Bosnia and Hercegovina and their further industrial valorization.

Key words: kaolin concentrates, fireproof, kaolin, feldspast, liskuns, qvarz, desilication

1. Kaolinske sirovine u Bosni i Hercegovini

Najznačajnija ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini locirana su u nekoliko rudnih rejona i to: u rudnom rejonu Motajice: ležišta ,,Grebski i Kameni potok“, ,,Đidovi“ i „Filipovića Kosa“ kod Bosanskog Kobaša na planini Motajici, zatim u rudnom rejonu Srebrenica-Bratunac u ležištima „Smoljave-Zagoni“, „Tegare“, „Borići“ kao i nekoliko lokaliteta sa pojavama kaolinita kao što su: „Bjelavac“, „Sikirići“, „Vukosavljevići“, „Crni Guber“ i „Jadar“ kod Srebrenice i Bratunca i u rudnom rejonu Sočkovac ležište „Sočkovac“ kod Gračanice, (Slika1.).

2. Postanak ležišta i pojava kaolinskih sirovina u BiH

Postanak kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini vezan je za dio zone neoalpske (kenozojske) autonomne aktivizacije, odnosno za neogene i kvartarne endogene pokrete i egzogene procese tj. za postmagmatsku aktivnost višefaznog neogenog vulkanizma čija je aktivnost bila najsnažnija u oligomiocenu, sa smirivanjem u pliocenu i prestankom u kvartaru, i za sedimentogenezu u neogenim jezerima i lagunama. Kaolinske sirovine su produkt hidrotermalne dezintegracije i desilifikacije, odnosno fizičko-hemijskog raspadanja (kaolinizacije) različitih magmatskih stijena koje u svom sastavu sadrže feldspate i liskune: granita (Motajica), dacita i andezita (Srebrenica-Bratunac) ili ultrabazita (Sočkovac), dok je mineral kaolinit nastao razlaganjem alumosilikata iz pomenutih stijena ili taloženjem iz rastvora, pri čemu se razlikuju primarni i sekundarni kaolini:

a) Rezidualna (primarna) ležišta kaolina u rudnom rejonu Motajice su vezana za koru raspadanja granitskog masiva, imaju složenu (kompleksnu) genezu, koja se odvijala u više faza i sa različitim stepenom kaolinizacije,

b) Hidrotermalna ležišta kaolina rudnog rejona „Srebrenica-Bratunac“, pretstavljaju primarna (reliktna-„in-situ“) ležišta kaolina nastala hidrotermalnom izmjenom magmatskih dacito-andezitskih stijena,

c) Ležišta kaolina rudnog rejona Sočkovac kod Gračanice su genetski vezana za tercijarne hidrotermalne procese transformacije Ozrenskih ultrabazita (serpentinita i peridotita) i hlorit-filitične škriljce. Primarne stijene su transformisane u masne i polumasne, bijele i svijetlosive kaolinske gline sa znatnim stepenom kaolinizacije.

U svim prirodnim resursima, (ležištima kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini), stepen kaolinizacije je relativno nizak, a procesi desilifikacije i hidratacije feldspata nisu u potpunosti završeni. Imajući u vidu složene procese postanka ležišta kaolina u Bosni i Hercegovini, njihov kompleksan litološki sastav, odnos korisnih i štetnih komponenti, postojeće proizvodne i prerađivačke kapacitete, nužno je imati kompleksan pristup tokom njihovog istraživanja, prerade, oplemenjivanja i upotrebe, pri čemu bi se pored kaolinita, kao najkvalitetnijeg minerala kaolinitskih sirovina, koristili i feldspatikvarc i liskuni, ukoliko se dovedu do primjenjivog stepena čistoće.

3. Moguća primjena u odnosu na kvalitativne parametre

Kaolini se u industriji upotrebljavaju kao prirodna sirovina (rovna ruda) i kao oplemenjeni (komercijalni), čiji se sastav podešava zahtjevima industrije koji se ogledaju u čistoći, homogenosti sastava, širini intervala pečenja, vatrostalnosti, bjelini proizvoda, granulometrijskom sastavu, mehaničkim primjesama i dr. Kvalitet i primjenu ovih sirovina u različitim granama industrije, određuje hemijski i mineraloški sastav prirodne kaolinske sirovine u ležištima, a što je prikazano u tabeli 1.

Prirodni kaolini, prikazani u tabeli 1. imaju veoma kompleksan sastav, nizak sadržaj Al2Oi relativno visok sadržaj Fe2O3, što bez oplemenjavanja limitira njihovu primjenu u oblasti keramičke industrije.

3.1. Kvalitativni parametri oplemenjenih kaolinskih koncentrata

Oplemenjeni kaolini imaju široku primjenu i veliku potražnju, zbog čega bi dalja istraživanja trebalo usmjeriti na tehnologije njihovog oplemenjivanja i izdvajanja iz rovne rude u hidroseparatorima. Tretitanjem kompozitnih uzoraka kaolinskih sirovina iz ležišta rudnih rejona Motajice, Srebrenice-Bratunca i Sočkovca u više relevantnih institucija, dobijeni su oplemenjeni kaolini, sa frakcijama ispod 15 mikrona, čije su kvalitativne karakteristike prikazane u tabeli 2.

Koncentrat oplemenjenog kaolina iz ležišta rudnog rejona Motajice, sa potencijalnim rezervama preko 100 miliona tona, se može koristititi u proizvodnji fine keramike. Nakon tretmana oplemenjivanja iz rovne mase se dobijaju četiri proizvoda (kaolin, feldspat, liskun i kvarc) i jalovina. Koncentrat kaolina iz lelišta Motajičkog masiva, poslije visoko gradijentne magnetne separacije koja je rađena kako na sirovom tako i na pečenom uzorku (1250oC), ima karakteristike prikazane u tabeli 3.

Racionalni mineralni sastav motajičkog kaolinskog koncentrata nakon magnetne separacije, dobijen računski iz hemijske analize je: Na – feldspat = 14,04 %; K – feldspat = 14,18 %; kaolinit = 66,45 %; kvarc = 2,34 %; ostale primjese = 2,92 %, što sve ukupno daje: 99,93 %.

Osnovni tehnološki parametri za obradu Motajičkog kaolinskog koncentrata, nakon magnetnog tretmana su: pH 10 % suspenzije = 7,8; potrebna voda za obradu = 41,45 %; skupljanje sušenjem = 4,60 %; skupljanje pečenjem na 1250oC = 7,85 %; čvrstoća na lom u sirovom stanju = 101,00 N/cm2; upijanje vode poslije pečenja na 1250oC = 8,49 %.

Koncentrat Motajičkog kaolina dobijen oplemenjivanjem kaolinisanog granita, sadrži smješu kalijskog i natrijskog feldspata, zbog čega ima nižu temperaturu sinterovanja, a prema sadržaju kaolinita u frakciji ispod 10 mikrona, potencijalno predstavlja veoma kvalitetnu sirovinu za finu keramiku i keramičku industriju, mada je krupnozrniji od ostalih kaolinskih uzoraka iz drugih ležišta, zbog čega pokazuje manju čvrstoću, te ga je bolje koristiti u kombinaciji sa sitnozrnim kaolinima.

Koncentrati oplemenjenih i izdvojenih kaolina iz rovne rude u hidroseparatorima u ležištima: kaoliniziranih dacita „Smoljave“ iz rudnog rejona Srebrenica-Bratunac, sa potencijalnim rezervama preko 5 miliona tona i kaolinskih glina ležišta „Sočkovac“ kod Gračanice iz rudnog rejona Sočkovac, sa potencijalnim rezervama preko 6,2 milion tona, nakon laboratorijskih tretmana imaju karakteristike, koje su upredno prikazane u tabelama 2, 4, 5.

Iz granulometrijskog sastava, (Tabela 4.), uočava se da koncentrati kaolina iz prikazanih ležišta imaju različiti maseni sadržaj istih frakcija, što je svakako posljedica različitog stepena kaolinizacije polaznih materijala, odnosno različitog sastava kaolinisanih stijena i to u prvom slučaju sanidinskog dacita, a u drugom sericitno-filitičnih škriljaca. Učešće frakcije ispod 10 mikrona (- 0,010 mm), kod oplemenjenih kaolina iz ležišta „Sočkovac“ je mnogo veće nego kod kaolina iz ležita „Smoljave“, usljed čega je procenat iskorištenja rovne mase kod kaolina „Sočkovac“ 40,04 %, a kod ležišta „Smoljave“ 23,50 %.

Hemijski sastav kaoliniskih koncentrata, za frakcije ispod 10 mikrona (- 0,010 mm) prikazan je u tabeli 2, iz koje se uočava da je sadržaj Al2O3, kod kaolinitskog koncentrata iz ležišta „Smoljave“ veći nego kod ležišta drugih rudnih rejona, dok je nasuprot tome sadržaj SiO2 manji, što mu daje povećan kvalitet i širi spektar upotrebe.

Racionalni sastav oplemenjenog koncentrata kaolina frakcije ispod 10 mikrona kod ležišta „Smoljave“, dobijen računski iz hemijskih analiza, pokazuje sadržaj minerala kaolinita od 72,30 %; sanidina 12,00 %; kvarca 10,20 %; dok su ostale primese sadržane u iznosu od 5,50 %.

Osnovni tehnološki parametri oplemenjenih kaoliniskih koncentrata, dobijenih razmuljivanjem sa deflokulantima, hidrociklonskom koncentracijom i izbjeljivanjem frakcije ispod 10 mikrona (0,010 mm), iz ležišta kaolinisanih dacita „Smoljave“ iz rudnog rejona Srebrenica-Bratunac i ležišta kaolina „Sočkovac“, nakon sprovedenih poluindustrijskih i laboratorijskih tretmana, prikazani su tabeli 5.

3.2. Analiza rezultata kvalitativnih parametara kaolinisanih koncentrata

Oplemenjeni kaolinisani koncentrati iz ležišta rudnih rejona Bosne i Hercegovine se odlikuju povećanim sadržajem Al2O3, nižim sadržajem Fe2O3 i smanjenim sadržajem štetnih komponenti (drugih oksida), u odnosu na njihov sirovinski sastav. Kao takvi, mogu naći primjenu u oblasti keramičke i vatrostalne industrije, (proizvodnja fine keramike, uz dodatni tretman i porculana, sanitarija, dekorativne keramike, elektroporculana, punioca). Ograničenja vezana za njihovu potencijalnu primjenu sasoje se u sledećem: i) sadržaj Fe2O3 u kaolinskim koncentratima iz ležišta „Motajice“ i „Sočkovac“ je veći nego što zahtijeva industrija fine keramike, pa je nužno njihovo dalje prečišćavanje i to tretiranjem na visokogradijentnom mokro-magnetskom separatoru visokog intenziteta, pri magnetnoj indukciji od 1,4 T, gdje se sadržaj jedinjenja gvožđa i titana može smanjiti do zadovoljavajuće granice. Sadržaj Fe2O3 kog kaolinskog koncentrata iz ležišta „Smoljave“ odgovara zahtjevima za primjenu u industriji fine keramike; ii) sadržaj minerala kaolinita varira od 66,45 % kod kaolinskog koncentrata „Motajice“ do 72,30 % kod kaolinskog koncentrata „Smoljave“, dok razliku do 100 % sastava, čine feldspati (natrijski i kalijski), sanidin i kvarc u frakcijama ispod 10 mikrona. Daljim prečišćavanjima selektivnom flokulacijom ovi bi se kaolini mogli dovesti do višeg kvaliteta, mada to nije nužno, obzirom da sve komponente (kaolin, feldspat, sanidin i kvarc) čine sastav masa koje se koriste za proizvodnju fine keramike i elektroporculana; iii) Oplemenjeni kaolinski koncentrati iz ležišta kaolinisanih granita rudnog rejona „Motajice“, frakcije ispod 10 mikrona, sadrže pored dominatnog udjela kaolinita i smjesu kalijskog i natrijskog feldspata. Oplemenjeni kaolinski koncentrati iz ležišta kaolinisanih sanidinskih dacita i andezita rudnog rejona „Srebrenica-Bratunac“, pored izrazito dominatnog kaolina sadrže primjese minerala sanidina i kvarca, dok oplemenjeni koncentrat kaolinisanih sericitsko-filitičnih škriljaca iz rudnog rejona „Sočkovac“ pored kaolinita pokazuju povećani sadržajk kvarca, zbog čega ovi kaolinski koncentrati imaju nižu temperaturu sinterovanja.

Imajući u vidu navedene nedostatke u hemijskim i faznim karakteristikama oplemenjenih kaolinskih koncentrata iz ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini, nakon sprovedenih industrijskih i poluindustrijskih ispitivanja, potvrđeno je da se oni ipak mogu koristiti kao sastavni delovi kompozita za porculansku masu, masu za sanitarnu keramiku koja bi se pekla na 1280oC, kao i za druge vrste primjene u keramičkoj i vatrostalnoj industriji.

Zaključak

U Bosni i Hercegovini se nalaze brojna ležišta i pojave kaolinskih sirovina lociranih u nekoliko rudnih rejona koji pripadaju dijelu zone autonomne neoalpske (kenozojske) aktivizacije, u kojima proces kaolinizacije nije u potpunosti završen, sa geološkim rezervama od više milona tona, pri čemu je u svrhu šireg spektra valorizacije, nužno vršiti njihovo oplemenjavanje i prečišćavanje, do frakcija ispod 10 mikrona.

Kvalitativne karakteristike oplemenjenih kaolinskih koncentrata iz ležišta kaolinskih sirovina u Bosni i Hercegovini, u sitnozrnim frakcijama imaju povećan sadržaj minerala kaolinita i niži sadržaj jedinjenja gvožđa i drugih štetnih komponenti. Nakon termičkog tretmana kaolini zadržavaju bijelu boju, zadovoljavajući osnovne zahtjeve i kriterijume koji su neophodni za primene u različitim granama keramičke industrije.

Literatura

[1] Baraković, A.,: 2004.: Geologija ležišta keramičkih glina Bosne i Hercegovine, RGGF, Tuzla, str.174.

[2] Baraković A., 1996.: Geološke i kvalitativno-kvantitativne karakteristike kaolinskih sirovina Bosne i Hercegovine sa definisanjem parametara njihove primjenjivosti u keramičkoj industriji. Doktorska disertacija, RGGF Univerziteta u Tuzli, 119, Tuzla.

[3] Engeltaler K., Tomašević M., Gajić M. & Đuričić M., 1983.: Dobijanje kaolina iz domaćih sirovina i njihove osobine, IV simpozijum keramičara Jugoslavije, Keramikaunion, 86-102, Kupari.

[4] Knežević V., 1976.: Mogućnost obezbjeđenja proizvodnih kapaciteta fabrike keramičkih pločica u Bratuncu vlastitim sirovinama, Zbornik radova sa Savjetovanja o problematici nemetala, Savez inženjera i tehničara rudarske, geološke i metalurške struke, „Soda so“ hemijski kombinat Tuzla, 95-110, Tuzla.

[5] Varićak D., 1966.: Petrološka studija motajičkog granitskog masiva, Geološki glasnik, Knjiga IX, Geološki zavod Sarajevo, 170, Sarajevo.

[6] Ramović M., 1976.: Kaolin područja Motajice, Mineralne sirovine Bosne i Hercegovine, Ležišta nemetala, 419-426, Sarajevo.

[7] Ilić S., 1953.: Motajički kaolin, Glasnik hemijskog društva NRBiH, br. 7, Sarajevo.

[8] ITNMS, 1990.: Izvještaj poluindustrijskih tehnoloških ispitivanja bijele keramičke gline „Sočkovac“ kod Gračanice, Institut za pripremu mineralnih sirovina, Beograd. FSD „Sočkovac“ a.d. Sočkovac

[9] Kubat I., 1974.: Mineralne sirovine Istočne Bosne, Magistarski rad, Geološki glasnik br. 18, Sarajevo.

[10] Trubelja F., 1972.: Kaolinizirani sanidinski dacit u blizini Bratunca (okolina Srebrenice) u Bosni, VII

savjetovanje geologa Jugoslavije, Zagreb.