Main objective of this paper is feasibility of alumina cement production on the Republic of Srpska resources basis. As is known calcium-alumina cement is type of mineral hydraulic binder. As basic resources of CAC production are used bauxite and calcite. There are two main production processes: the fusion, Al2O3 less than 50% and the sintering process, Al2O3 higher than 50%. Republic of Srpska has two main bauxite deposits: Milici and Srebrenice mines and alumina factory in Zvornik. There are a couple calcite deposits with possible CAC technology requirements. Also the nearest CAC factory is in Istria, Republic of Croatia

Lazić, D.

Obrenović, Z.

Ostojić, G.

Perušić, M.

JOURNAL OF ENGINEERING & PROCESSING MANAGEMENT

Croatian

M. Perušić

D. Lazić

Z. Obrenović

G. Ostojić

Directory of Open Access Journals

QUALITY ANALYSIS OF BASIC RESOURCES FROM THE ASPECT OF FEASIBLITY OF ALUMINA CEMENT PRODUCTION

Main objective of this paper is feasibility of alumina cement production on the Republic of Srpska resources basis. As is known calcium-alumina cement is type of mineral hydraulic binder. As basic resources of CAC production are used bauxite and calcite. There are two main production processes: the fusion, Al2O3&nbsp;less than 50% and the sintering process, Al2O3&nbsp;higher than 50%. Republic of Srpska has two main bauxite deposits: Milici and Srebrenice mines and alumina factory in Zvornik. There are a couple calcite deposits with possible CAC technology requirements. Also the nearest CAC factory is in Istria, Republic of Croatia

Journal of Engineering & Processing Management (EPM)

______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  55   Volume 1, No. 1, 2009 UDK 666.948 Struĉni rad ANALIZA KVALITETA OSNOVNIH SIROVINA SA ASPEKTA MOGUĆNOSTI PROIZVODNJE ALUMINATNOG CEMENTA QUALITY ANALYSIS OF BASIC RESOURCES FROM THE ASPECT OF FEASIBLITY OF ALUMINA CEMENT PRODUCTION M.Perušić1, D.Lazić1, Z.Obrenović2, G.Ostojić2  1Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki fakultet Zvornik, RS, BiH 2Fabrika „Birač“ Zvornik, RS, BiH  Izvod Predmet rada je analiza mogućnosti proizvodnje aluminatnog cementa na bazi sirovina u Republici Srpskoj. Kao što je poznato kalcijum-aluminatni cement (CAC) je vrsta mineralnog hidrauličnog veziva. Kao osnovne sirovine za proizvodnju  aluminatnog cementa  koriste  se  krečnjak  i  boksit,  a  kao  korektivna  sirovina koristi se čisti aluminijum oksid. U proizvodnji aluminatnog cementa postoje dva osnovna tehnološka postupka: topljenjem, za sadrţaj Al2O3 manji od 50% i sinterovanjem, za sadrţaj Al2O3 veći od 50%. U Republici Srpskoj postoje dva osnovna leţišta boksita: Milići i Srebrenica kao i fabričko postrojenje za proizvodnju industrijske alumine. Takođe postoje više nalazišta krečnjeka koji mogu zadovoljiti određene tehnološke zahtjeve za proizvodnju aluminatnog cementa. Najbliţe fabričko postrojenje za proizvodnju ove vrste veziva nalazi se u Istri, Republika Hrvatska. Ključne riječi: boksit, cement, krečnjak.  Abstract Main objective of this paper is feasibility of alumina cement production on the Republic of Srpska resources basis. As is known calcium-alumina cement is type of mineral hydraulic binder. As basic resources of CAC production are used bauxite and calcite. There are two main production processes: the fusion, Al2O3 less than 50% and the sintering process, Al2O3 higher than 50%. Republic of Srpska has two main bauxite deposits: Milici and Srebrenice mines and alumina factory in Zvornik.  There are a couple calcite deposits with possible CAC technology requirements. Also the nearest CAC factory is in Istria, Republic of Croatia. Key words: bauxite, cement, calcite.        1. UVOD  Aluminatni cementi su vrsta mineralnih hidrauliĉnih vezivnih materijala. Kao osnovne sirovine za proizvodnju  ovog  cementa  koriste  se  boksit i kreĉnjak, a kao korektivna sirovina koristi se ĉisti aluminijum-oksid (alumina) [1,2]. Zbog brzog procesa hidratacije kalcijum-aluminatni  ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  56   Volume 1, No. 1, 2009 cementi  imaju  visoke  poĉetne ĉvrstoće. Najveće povećanje ĉvrstoće se postiţe u periodu od 3-9 sati nakon miješanja sa vodom. Tokom ovog perioda ĉvrstoća pri pritisku se moţe povećati ĉak i za više od 30 MPa po satu. Dalji razvoj ĉvrstoće kalcijum-aluminatnih cemenata zavisi od temperature sredine. Ako je tempertura manja od 200C, ĉvrstoća će se i dalje postepeno povećavati, a u sluĉaju  temperataura većih od 380C  ĉvrstoća poĉinje naglo da opada. Pored ĉvrstoće aluminatni cementi imaju i sledeće karakteristike:  U zavisnosti od agregata znaĉajnu termiĉku otpornost i visoke temperature topljenja ĉak do 2000 C ,  Znaĉajno egzoternmu reakciju hidratacije,  Otpor na dejstvo sulfata (sulfatne i morske vode),  Hemijska  otpornost  na  slabije  kiseline  (pH>4)  i  ĉistu  vodu i dr.  2. TEHNOLOŠKI POSTUPCI PROIZVODNJE ALUMINATNOG CEMENTA  Aluminatni cementi se proizvode po dva tehnološka postupka: topljenjem i sinterovanjem sirovinske smješe. Izbor postupka zavisi uglavnom od hemijskog sastava boksita i tipa primjenjenog toplotnog agregata. Na primjer, kod korištenja boksita bogatog ţeljezom ne moţe biti primijenjen metod sinterovanja zbog blizine temperatura sinterovanja i topljenja šarţe, što dovodi do rastapanja dijela materijala u peći i njenog oštećenja. Postupak topljenja. Postupci dobijanja aluminatnog cementa topljenjem se mogu podeliti na dvije grupe. Prva grupa ukljuĉuje postupak, kod koga se ostvaruje topljenje sirovinske smješe sa delimiĉnom redukcijom oksida ţeljeza. Druga sa praktiĉno potpunom njegovom redukcijom sa istovremenim dobijanje mljevenog gvoţĊa i aluminatne šljake.    Slika 1. Proizvodnja aluminatnog cementa topljenjem  Smješa kreĉnjaka se ubaci u uspravni odjeljak peći u obliku slova “L”. Sirovine se prethodno zagrijavaju i kalcinišu, a zatim prenose u horizontalni dio peći, gdje se tope i homogenizuju. Stopljeni proizvod se konstantno povlaĉi putem pokretne trake sa lopaticama, gdje se hladi i ĉvrsne ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  57   Volume 1, No. 1, 2009 kao visoki klinker, a zatim razbija u komade. Proizvodnja aluminatnog cementa postupkom topljenja ima veću primjenu, od njegove proizvodnje postupkom sinterovanja. To je uzrokovano prisustvom u većini boksita oksida ţeljeza i drugih lako topivih primjesa, koji pribliţavaju temperaturu topljenja šarţe temperaturi njenog sinterovanja. Postupak sinterovanja. Sinterovanjem nastaje klinker na raĉun reakcije u ĉvrstoj fazi, bez potpunog topljenje cijele sirovinske smješe. Npr. u MaĊarskoj se dobija aluminatni cement po postupku iz smješe boksita i kreĉnjaka na temperaturi od 1250°C. Ţarenjem smješe od tehniĉke glinice i kreĉnjaka na 1450°C proizvode se visokoaluminatni cementi u Rusiji. U pogledu kvaliteta, sirovinama, koje se koriste za dobijanje aluminatnog cementa po ovom postupku, postavljaju se nešto viši zahtjevi.  Slika 2. Postupak proizvodnje aluminatnog cementa sinterovanjem Naroĉito se ovi zahtjevi odnose na sadrţaj SiO2, Fe2O3, MgO pošto se u njihovom prisustvu smanjuje interval sinterovanja. Stvorena lako topiva jedinjenja dovode do stvaranja naslaga, kamenĉića i prstenova u peći, što oteţava proces stvaranja klinkera i iskorištenje peći [3,4].  3. EKSPERIMENTALNI DIO Za eksperimentalna istraţivanja karakteristika polaznih sirovina korišteni su uzorci boksita Milići (BEM-1), Srebrenica (BEM-2) i smješe više uzoraka kreĉnjaka (CA-1). Za termo-analitiĉka odreĊivanja korištena je termijska analiza (TG, DTG, DTA) na ureĊaju tipa Derivatograph 1500 MOM Budapest. X-ray difrakciona (XRD) analiza polaznih uzoraka izvršena je na automatskom difraktometru praha PHILIPS PW-1710, CuK zraĉenje. Za ostala kvantitativna odreĊivana korištene su standarde analitiĉke metode analize. Osnovne sirovine za proizvodnju aluminatnog cementa su boksit i kreĉnjak u pribliţnom odnosu (1:1).  Na osnovu poznatih teorijskih i eksperimentalnih rezultata, za proizvodnju aluminatnog cementa moguća je upotreba kaolina, crvenog mulja i nekih drugih materijala kao sirovine. MeĊutim, mali sadrţaj oksida aluminijuma, povećan sadrţaj SiO2 i drugih oksida u tim materijalima zadaju znaĉajne tehnološke probleme u pogledu finalnog kvaliteta cementa.  ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  58   Volume 1, No. 1, 2009 4. REZULTATI I DISKUSIJA Analitiĉkim putem je odreĊena hemijska analiza uzorka boksita BEM-1, BEM-2, CA-1. Rezultati hemijske analize uzoraka prikazani su u tabelama od 1-2. Tabela 1. Hemijska analiza uzorka boksita BEM-1 i BEM-2   Tabela 2. Hemijska analiza uzorka krečnjaka CA-1  Rezultati x-ray difrakcione analize uzorka boksita BEM-1, BEM-2 i uzorka kreĉnjaka  prikazani su na slikama od 3-5.  Position [°2Theta]10 20 30 40 50Counts0100400900   KB  K  He    K At    Rt     B  He     He   B    He        B B  B      B He   B   B   CaDifraktogram uzorka boksit Milici  kontrolni uzorak - deponija 04.04.2006.B- bemitK- kaolinitHe- hematitAt- anatasRt- rutilCa- kalcit B551 Slika 3. Difraktogram uzorka boksita BEM-1     Komponenta  Al2O3 SiO2 MSi Fe2O3 TiO2 CaO g.ţ Ukup. BEM-1 51.36 5.87 8.75 27.92 2.47 0.25 11.58 99.45 BEM-2 55.42 6.34 8.14 23.56 2.60 0.11 11.56 99.59 Komponenta (mas. %) Al2O3 SiO2 Fe2O3 MgO CaO g.ţ Nerastv.ost. <0.005 0.21 <0.005 0.50 54.95 43.38 0.62 ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  59   Volume 1, No. 1, 2009  Position [°2Theta]10 20 30 40 50Counts0100400Difraktogram uzorka boksit SrebrenicaKBKHeKAtBHeHeBHe BAtBBBHe HeBB- bemitHe- hematitK- kaolinitAt- anatas B2126 Slika 4. Difraktogram uzorka boksita BEM-2  Position [°2Theta]10 20 30 40 50Counts040016003600CaCaCaCa Ca CaDifraktrogram uzorka krecnjakaCaCaCaCaCaCaCa- kalcit B2129 Slika 5. Difraktogram uzorka krečnjaka CA-1 Rezultati termijske analize (TG, DTA, DTG) uzoraka boksita i kreĉnjaka prikazni su na slikama od 6-8.  ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  60   Volume 1, No. 1, 2009  Slika 6. DTA-TG-DTG snimak uzorka boksita BEM-1   Slika 7. DTA-TG-DTG snimak uzorka boksita BEM-1  Slika 8. DTA-TG-DTG snimak uzorka krečnjaka CA-1 ______________________________________________________________________________________ Journal of Engineering & Processing Management|  61   Volume 1, No. 1, 2009 Sa slike 3, na osnovu rezultata XRD analize zakljuĉuje se da je ispitivani uzorak boksita BEM-1 bemitnog tipa. Pored bemita, registrovane su sledeće faze: hematit, kaolinit, anatas, rutil i kalcit. TakoĊe, da se uoĉiti endotermni pik na DTA krivoj, sa temperaturnim maksimumom na 531.4 °C, koji je uzrokovan dehidratacijom bemita i kaolinita, slika 6. Na slici 4., je takoĊe identifikovan boksit bemitnog tipa. Pored bemita, registrovane su sledeće faze: hematit, kaolinit i anatas.  Endotermni pik  na DTA krivoj, sa temperaturnim maksimumom na 542.4°C prouzrokovan je takoĊe, dehidratacijom bemita i kaolinita, slika 7. Na slici 5, XRD analiza potvrĊuje prisustvo kreĉnjaka-CaCO3 dok je prisustvo drugih mineralnih formi gotovo nevidljivo zbog intenziteta osnovne forme, te se prvenstveno moramo osloniti na kvantitativnu hemijsku analizu uzorka kreĉnjaka CA-1. Na DTA krivoj ispitivanog uzorka uoĉava se endoterman pik sa temperaturnim maksimumom na 905.6 °C koji je prouzrokaovan disocijacijom CaCO3 i izdvajanjem CO2. Gubitak mase u toku termiĉkog tretmana uzorka iznosi 42.58 %. Prema ovoj vrijednosti gubitka mase, a obzirom da se ne odvija nikakva druga reakcija koja bi dovela do smanjenja mase, u uzorku bi moglo biti oko  54.19 % CaO, odnosno 96.77 % CaCO3, što pribliţo i odgovara analitiĉkim rezultatima hemijske kvantitativne analize.  5. ZAKLJUĈAK Prema iskustvu iz prakse i većini literaturnih navoda, za proizvodnju aluminatnog cementa koeficijent kvaliteta boksita-MSi (Al2O3/SiO2) treba biti oko 7, sadrţaj Al2O3 min. 53%, sadrţaj SiO2 max. 7% i Fe2O3 25%. Od kreĉnjaka se zahtijeva visoka hemijska ĉistoća (sadrţaj CaCO3 preko 95%). Osim toga, za kreĉnjak, koji se primenjuje za proizvodnju aluminatnog cementa, ne postavljaju se nikakvi posebni zahtjevi, osim ograniĉenja sadrţaja SiO2 do 1,5% i MgO do 2%. Na osnovu rezultata analize osnovnih sirovina, moţemo zakljuĉiti da bi proizvodnja aluminatnog cementa u Republici Srpskoj, u kojoj se nalaze osnovni sirovinski resursi boksit i kreĉnjak, bila moguća. Svaka eventualna investicija u ovom pogledu zahijevala bi dodatna istraţivanja na bazi studija izvodljivosti u kojoj je potrebno obraditi pitanja vezana za trţište, energiju, transport i druge aspekte investicionih ulaganja [5,6].  LITERATURA [1] R.Vraĉar, Ţ.Ţivković, Ekstraktivna metalurgija aluminjuma, Nauĉna  knjiga, Beograd 1993. [2] M. Perusic, V. Micic, Z. Obrenovic, Ţ. Zivkovic, Analysis of Crystallization Process Kinetic-Al2O3, 39th International October Conference, Sokobanja, 2007. [3] R. Rebić, Magistarski rad, Tehnološki fakultet, Zvornik, 2005. [4] M. O’Driscoll, Alumina Cement, Industrial Minerals, (2000)35. [5] H.G. van Oss, A.C. Padovani, Journal of Industrial Ecology, 7, 1(2003)93. [6] M.Ataei, The Journal of South African Instititute of Mining and Metallurgy,105(2005)507.    

English

QUALITY ANALYSIS OF BASIC RESOURCES FROM THE ASPECT OF FEASIBLITY OF ALUMINA CEMENT PRODUCTION

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Directory of Open Access Journals

Journal of Engineering & Processing Management (EPM)