Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet
Mészkőbányászati és technológiai meddő vizsgálata az Omya Hungária Kft. üzemében Szakdolgozat
Készítette: Mosonyi Hedvig Tekla Nyersanyagelőkészítési szakirány
Konzulensek: Belső konzulens: Dr. Mucsi Gábor egyetemi docens, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Külső konzulens: Dr. Nagy Lajos okl. bányamérnök, ügyvezető igazgató Omya Hungária Mészkőfeldolgozó Kft.
Miskolc, 2013.11.25.
Tartalomjegyzék 1.
Bevezetés ....................................................................................................................1
2.
Irodalom .....................................................................................................................2 2.1. Mészkő ...................................................................................................................2 2.2. Mészkő feldolgozó üzem általában .........................................................................4
3.
Az Omya Hungária Kft. ..............................................................................................8 3.1. Történeti áttekintés .................................................................................................8 3.2. A bányatelek földrajzi helyzete, geológiája, hidrogeológiája és ásványvagyona .... 10 3.3. Alkalmazott technológia ....................................................................................... 12 3.3.1. Jövesztés ......................................................................................................... 12 3.3.2. Rakodás, szállítás ............................................................................................ 13 3.3.3. Meddőleválasztás, előtörés .............................................................................. 13 3.3.4. Az őrlőüzem ................................................................................................... 14 3.4. Termékek ............................................................................................................. 16
4.
Mintavételezés .......................................................................................................... 17
5.
Anyagtulajdonságok mérési módszerei ...................................................................... 20 5.1. Izzítási veszteség, CaCO3 meghatározása.............................................................. 20 5.2.Sűrűség meghatározása .......................................................................................... 21 5.3.Nedvességtartalom meghatározása ......................................................................... 22
6.
Kísérleti terv ............................................................................................................. 22 6.1. Alapanyag vizsgálat .............................................................................................. 23 6.2. Részletes alapanyag vizsgálat ............................................................................... 23 6.3. Technológiai vizsgálat .......................................................................................... 25
7.
Kísérleti eredmények ................................................................................................ 26 7.1. Alapanyag vizsgálat .............................................................................................. 26 7.1.1. Szemcseméret eloszlás és sűrűségfüggvény ..................................................... 26 7.1.2. Izzítási veszteség ............................................................................................. 28 7.1.3. Sűrűség mérés ................................................................................................. 31 7.1.4. Nedvességtartalom .......................................................................................... 33 7.1.5. Izzítási veszteség frakciónként ......................................................................... 35 7.2. Technológiai vizsgálat .......................................................................................... 42 7.2.1. Technológiai meddő ........................................................................................ 43 7.2.2. Bányászati meddő............................................................................................ 45 I
8.
Javaslat ..................................................................................................................... 48 8.1. Technológiai meddő ............................................................................................. 50 8.2. Bányászati meddő ................................................................................................. 50 8.3. Berendezések ........................................................................................................ 51
9.
Összefoglalás ............................................................................................................ 53
10. Summary.................................................................................................................... 55 11. Köszönetnyilvánítás ................................................................................................... 57 Irodalomjegyzék .............................................................................................................. 58 Melléklet............................................................................................................................ i I.A mintavételi pontok panoráma képei ......................................................................... i I.1. Technológiai meddőhányó mintavételi pontjai ...................................................... i I.2. A bányászati meddőhányó mintavételi pontjai ...................................................... ii II. Eloszlás, - és sűrűségfüggvény.............................................................................. iii II.1. Technológia meddő minták eloszlás,- és sűrűségfüggvénye ............................... iii II.2. Bányászati meddő minták eloszlás,- és sűrűségfüggvénye .................................. iv III. Mosás utáni állapot .................................................................................................v III.1. Technológiai meddő ...........................................................................................v III.2. Bányászati meddő............................................................................................. vi
II
1. Bevezetés
Az 1993. évi XLVIII. bányatörvény alapján, bányajáradékot kell fizetni a hatósági engedély alapján kitermelt minden nemű ásványi nyersanyag után. Az Omya Hungária Kft. felnémeti üzemében lerobbantott anyagmennyiség bizonyos hányada nem értékesíthető haszonanyagként, mert szennyezett, viszont szükséges a lerobbantása, kitermelése, hogy hozzáférhetővé váljon a feldolgozni kívánt nyersanyag. Elhelyezése külön erre a célra kialakított meddőhányón történik, mely előbb-utóbb a rendszeres használatának köszönhetően telítetté válik, így további meddőhányók nyitását teszi szükségessé vagy egy olyan technológia kidolgozását,
ami
lehetővé
teszi a
meddőhányón jelenlévő
haszonanyagok kinyerése, ugyanis a tisztítást és feldolgozást követően újra kereskedelmi forgalomba hozható így jelentve hasznot a cég számára. A megtisztított mészkőnek köszönhetően ugyanis kevesebb robbantás is elegendő lenne, ebből kifolyólag kevesebb bányajáradékot kellene fizetni és közel azonos minőségű mészkő jutna be az előkészítő üzembe. A meddőhányón jelenlévő mészkő mennyiség minden képpen egyfajta rejtett tartalékot jelent, melynél minőségi különbség csak abban mutatkozik, hogy agyaggal van szennyezve. Szakdolgozatom célja, hogy a fent említettek ismeretében, megismerjem, a bányászati illetve az előkésztési technológia során keletkező meddő anyagok összetételét és a kapott eredmények ismeretében javaslatot tegyek egy a bánya számára megfelelő tisztítási technológiára.
1
2. Irodalom 2.1.
Mészkő
Az üledékes kőzetek a fizikai, kémiai és biológiai folyamatok hatására képződött üledékekből diagenezis során keletkeznek a fölkéreg felszín közeli részén, illetve a felszínen. Ide sorolható a magmás és metamorf kőzetek felszíni átalakulásából, vegyi kicsapódás útján vagy élő szervezetek maradványaiból képződött kőzetek is. Genetikai osztályozásuk szerint 3 főcsoportra bontható: törmelékes, szerves, vegyi vagy biogén üledékek. A vegyi és biogén üledékek nagyrészt vízi környezetben képződnek, mely során az oldatnak az adott komponensre nézve telített állapotba kell kerülnie. Ez bekövetkezhet, ha az oldat hőmérséklete megváltozik, egy másik oldattal keveredik vagy a parciális nyomása megváltozik. A kicsapódást illetve a kiválást kémiai és biológiai folyamatok is befolyásolhatják. A kémiai folyamat során a sós tengervíz bepárlódása majd só kicsapódás figyelhető meg, míg a biológiai folyamatnál a tengervízből kiválik a kalcium-karbonát pl. a mészalgák szövetébe vagy a korallokba. Későbbi fázisai még a tömörödés, a diagenezis, cementáció. Osztályozása a kőzetalkotó ásványok szerint történik. A legfontosabb vegyi üledékes kőzetek a karbonátok, a só kőzetek, a kovaüledékek illetve a foszfátos és egyéb üledékek. A karbonátoknak 2 nagy csoportja van a mészkő és a dolomit. Meghatározott üledékképződési közegben képződnek 100°C alatti tengeri és tavi környezetben, mészvázú élőlények váztöredékeinek felhalmozódásával vagy vegyi kicsapódással, ekkor a mészkiválás folyamata játssza a döntő szerepet. Jelenleg körülbelül 200 karbonát ásvány előfordulása ismert. A legtöbb kőzethez képest a karbonátos kőzetek csapadékvízben is oldódnak, majd a vízből kiválnak, ezt a folyamatot karsztosodásnak nevezik, melyben az oldódás szerepe a legnagyobb. Ennek köszönhetően jellegzetes karsztos felszínformákat és mélykarsztokat alkotnak. Az emberiség számára nagy gazdasági jelentőséggel a vízmentes karbonátok 3 csoportja bír, mégpedig a kalcit-, az aragonit- és a dolomit-csoport. A karbonátos ásványok legfontosabb és legelterjedtebb képviselői a kalcit (CaCO3), a dolomit (CaMg(CaCO3)2), a magnezit (MgCO3) és sziderit (FeCO3) [25] [27]. A legfontosabb karbonátos kőzet a mészkő, a dolomit, a márga és a márvány. Gyakorlati szempontból az építőipar számára igen nagy jelentőséggel bírnak, ugyanis 2
elengedhetetlen nyersanyagnak számítanak sokrétű felhasználásuknak köszönhetően, mint például cementgyártás, mészégetés, de használható építő és díszítőkőként is. Emellett a világ olaj és gázkészleteinek gyűjtő kőzetének több mint a 40 % -a a homokszemcsékből alakult homokkő vagy kalcium-karbonátból képződött mészkő alkotja. A karbonátokban található számtalan ércásvány, amelyek keletkezhetnek magmás kőzettel vagy metamorf kőzettel érintkezve A mészkő egy kémiai vagy biokémiai üledékes kőzet, melynek a fő kőzetalkotója 90 %-ban a kalcium-karbonát, ami leginkább kalcit (CaCO3) és kisebb mennyiségben aragonit (CaCO3). A tengeri keletkezésű mészkövek lehetnek tömött, finomkristályos mészkövek, melyek platformokon vagy a part közvetlen közelében képződtek. A nagy mennyiségű ősmaradványokat tartalmazó, bioklasztos, laza mészkövek sekély illetve meleg tengeri viszonyok között ülepedtek le. A földkéreg 10 %-át alkotja és megtalálható szinte minden területen. Három egymással összefüggő tényező nagy hatással volt a mészkőképződésre szerte a világban, még pedig az éghajlat, a földmozgások és a tengerszint. A tiszta mészkő eredetileg fehér vagy világosszürke üledékes kőzet, mely a tengerek mélyén alakult ki az elhalt parányi állatok meszes vázából, a kagylók és a csigák mésztartalmú házából. Az állatok elpusztulása után a tengervízben kivált a mész, mely lassan felhalmozódva és összetömörödve mészkővé alakult. A fiatalabb mészkövekben még szabad szemmel is láthatók az egyes állatok maradványai. A vörös, sárga, zöld, fekete szín attól függően változik, hogy a kristályrácsaiba milyen mennyiségben található vas, mangán idegen ion, illetve a szemcsék közé került e nem karbonátos alkotó, mint például kvarc, kova, agyag és szerves anyag. A kalcium-karbonát már reakcióba lép az 5-10 %-os híg sósavval is, mely során jelentős CO2 képződés figyelhető meg. A többi karbonátos ásvány kevésbé vagy egyáltalán nem reagál a sósavval, míg a kevert összetételű mészkövek esetében különböző műszeres vizsgálatok elvégzésére van szükség [13] [24] [26]. A mészkövek sok féle képpen osztályozhatóak, de leginkább a genetikai alapon történőt használják. Szövetszerkezete széles skálán mozog. Négy féle képpen sorolható be a felépítése és szerkezete alapján. A mészkő minden egyes kristályának a mérete 4 és 1000 µm között mozog. A kalcit és a dolomit trigonális, az aragonit rombikos felépítésű. Sűrűsége 2,72
[8] [20].
3
Egyes mészkövek 95 %-nál is magasabb mészkő tartalommal rendelkeznek, de a különböző iparágak termékeinek előállításához, más mészkőtartalom is elegendő [11]. Mészkőtartalmuk alapján az alábbi osztályokba sorolhatóak: Kategória
CaCO3 tartalom [%]
Nagy tisztaságú
98
Tiszta
97,0-98,5
Közepes tisztaságú
93,5-97,0
Alacsony tisztaságú
85,0-93,5
Szennyezett
85,0
1. táblázat Osztályozás mészkő tartalom szerint [7] A festék, töltőanyagok, műanyagok gyártásához 80-82 % -os; papírbevonatokhoz 85-93 %os; általános kémiai felhasználásra 98-99 %-os; mezőgazdasági célokra 85 %-os; acélgyártáshoz 98 %-os; kalcium cianamid gyártásához (műtrágya/gyomirtó) 97-98 %-os; az üvegipar 94,5-98,5 %-nál nagyobb; a füstgáz kéntelenítésére (FGD) 90-95 %-os; a cukor finomításához 96 %-os mészkőtartalommal rendelkező nyersanyag szükséges [12] [13].
2.2.
Mészkő feldolgozó üzem általában
A nyersanyagelőkészítés célja, hogy a kibányászott nyersanyagot adott termékek alapanyagául előkészítsék. Ehhez több feldolgozási lépcső szükséges, melyek az alábbiak lehetnek:- törés, őrlés, - osztályozás - dúsítás - víztelenítés beleértve a szárítást - raktározás, csomagolás és szállítás A különböző szakaszok nem feltétlenül követik egymást ebben a sorrendben. Gyakran előfordul, hogy két törés és őrlés között, egy osztályozási, víztelenítés és egy szárítási szakasz lép be, mely a nyersanyagelőkészítési folyamat különböző pontjain is fellelhetőek. Ha összehasonlítjuk a kalcium-karbonát előkészítését más ásvánnyal vagy ércekkel, akkor észrevehető, hogy az egyes lépések alapvetően nem különböznek a szokásos eljárástól. Az előkészítés lépéseit, a használt eszközöket és gépeket két tényező határozza 4
meg. Egyrészt az olyan nyersanyag sajátosságok, mint a nedvességtartalom, a keménység, a szemcseméret és a kísérő ásványok. Másrészt a termék jellemzői közül a fehérség és a szemcseméret eloszlás a lényeges. A feldolgozási fázisokat minden képpen a nyersanyag minőségéhez, a végtermékhez és a felhasználói iparághoz szükséges igazítani. Az üzemhez érdemes előre meghatározni egy anyagmérleget, hogy meg lehessen becsülni a különböző előkészítési lépcsők alapján kapott kőzetek mennyiségét illetve, hogy ezek milyen utat tesznek meg az üzemen belül. Ez által lehetőségünk van megbecsülni, mindegyik anyagáram mennyiségét és méreteloszlását, mely segítségünkre van az előkészítő üzem egyes elemeinek megfelelő méretezésében [7]. A törők kiválasztásánál fontos szerepet játszik a kőzet tulajdonsága, a töret szemcsemérete illetve szemcseméret eloszlása. Gyakran előfordul, hogy a törést 2-3 lépcsőben végzik a különböző törők tervezési korlátai miatt. Ugyanis az elsődleges törőknek képesnek kell lennie a bányából érkező kőzet aprítására, amelyek olykor 1-2 m-es nagyságúak is lehetnek. A legtöbb helyen pofás törőt alkalmaznak erre a feladatra. A létrejövő szemcséket egy szitával elválasztják, és további feldolgozásig egy köztes tárolóba helyezik el. A nyersanyagelőkészítés további feldolgozását illetően érdemes különbséget tenni a szerint, hogy száraz vagy nedves az anyagunk [10]. Mind a két esetben az előtörést követően, az előkészítési eljárás kezdődhet a kibányászott erősen szennyezett kőzetek megtisztításával, mely során megszabadítják a mészkő felszínét a rá rakódott homoktól, agyagtól és talajtól. A tisztítás nélkül, nagyban lecsökkenne a megőrölt nyersanyag mészkő tartalma illetve a fehérsége, ezért sok kőtörő üzemben található mosó berendezés az előkészítési sorba, hogy eltávolítható legyen ez a szennyeződés, így biztosítva a megfelelő osztályozást illetve az agyag eltávolítását. Ennek ellenére vannak mészkő bányák, amelyek nem tartják szükségesnek a mosást, csak abban az indokolt esetben, ha kémiai tisztaságú mészkövet kell előállítaniuk, de ilyenkor a durvább szemcseosztályok mosása elengedhetetlen a szükséges tisztaság eléréséhez [7]. A legtöbb esetben mosókészülékeket: mosódobokat, gyúrókaros berendezéseket úgy nevezetett log washert és Excelsior-készülékeket, vibrációs szitákat alkalmaznak a agyagszennyeződés eltávolítására, mely finom iszapként marad vissza. A mosás lényeg, hogy a kőzetek felülete olyan intenzív dörzsölésnek, áztatásnak legyen kitéve, hogy a felszínéről minden idegen anyag a vízbe kerüljön. A mosódobok szintes vagy közel szintes saját tengelyük körül körben forgó hengeres tartályok, amelyeknél a feladás az egyik, a tisztított anyag ürítése a másik végén történik, a köztes 5
szakaszban pedig az agyagszennyeződés ledörzsölődése. A tartály alsó részében bizonyos vastagságú mosóvíz található, melynek áramlási iránya a szilárd darabok haladási irányával megegyező vagy ellentétes lehet. A log washer (tengelyes mosó) egyfajta mechanikai osztályozó. Egy vagy két fémkarral felszerelt lejtős fenekű tartályban van elhelyezve, melyben a karok a tengelyen spirális mentén a tengelyhez képest bizonyos dőléssel rendelkeznek. A tengely forgatása közben a karok a kőzetdarabokat folyamatosan gyúrja, dörzsöli, tördeli miközben a tengely felső vége felé szállítódnak. A ledörzsölt agyag, iszap a túlfolyással fog távozni. Az Excelsior mosó egy szintes fenekű tartály ebben történik meg a kőzetek szennyezőanyagának feltárása, melyet a mosóvíz felett található szintes tengelyre spirálisan felerősített meggörbített gyúró dörzsölő karokkal történik. A végső tisztítást, egy válaszfalakkal több részre osztott tartályban történik, melyből a mosott kőzetek kiemelése szitás vályúkkal ellátott elevátorok segítségével történik, az agyag pedig az ellenárammal távozik. Olyan helyeken, ahol az előkészítés folyamatba a mosás is beletartozik, szükség van a víztelenítő, ülepítő és szűrő berendezésekre. A durva szemcsés anyagok esetében megfelelő berendezés a víztelenítő tartály, víztelenítő szalag elevátor, víztelenítő szita, centrifuga. A víztelenítő tartályban a nehézségi erő hatására távozik a víz. A víztelenítő szalagok, elevátorok csuklós kiképzésűek. A finomszemcsés anyag csúcskádba való leülepedése után a lyukasztott lemezből álló csuklós szalagra feladott anyag tetejére kerül vissza, azon pontra ahol a szalag már kiemelkedett a vízből. Az iszap átömléssel távozik és egy derítőmedencébe kerül. A víztelenítő szita általában erélyesen rázott berendezés, mely a finomszemcsés anyagok víztelenítésére, leválasztására alkalmazható. A készülékhez gyakran friss vízpermetezést is alkalmaznak a szemcsére tapadó anyag eltávolításának céljából; egyrészt alacsonyabb nedvességtartalom érhető el, másrészt az elválasztási szemcseméretnél finomabb szemek nagyobb része visszamarad a víztelenített termékben. A centrifugák szintes vagy függőleges elrendezésű saját tengelye körül nagy sebességgel körben forgó dobok, amelyek fala tömör vagy lyukas kiképzésű. A visszamaradó finom anyagok szűrése szűrőberendezésekkel történik. A táskás vákumszűrő esetében a folyadékba szövettáskák merülnek, amelyek belsejéből elszívják a szűrletet és visszamarad a lepény a külső felületükön. Ha a lepény megfelelő vastagságú, akkor a vákumot megszüntetik és eltávolítják a rá rakódott üledéket. A nyomással működő táskás szűrők esetében, a zagyot sűrített levegő vagy szivattyú segítségével a zárt tartályba
6
elhelyezett táskák belsejébe kerül a szűrlet. Az agyagos meddő iszapok szűrésére az ásványelőkészítésben présszűrőket alkalmaznak. Ha intenzív mosás nem lehetséges, akkor száraz mosást kell alkalmazni. Egy forgó száraz dobban a szennyezett kőzetet a levegő áram megszárítja és az anyagos alkotók porrá őrlődnek benne. A dob tartalmát ilyenkor egy dúsító berendezésen engedik át, amely lehetővé teszi, hogy leválasszuk a finom anyagot úgy, hogy közben nem veszítünk túl sok mészkövet [6]. Az olyan helyeken ahol nem praktikus a mosás és ahol a feldolgozás következő lépéseiben vagy a végtermékben nem tolerálható a nedvesség ott szükség lehet szárításra., melyek 120-150°C közötti hőmérsékleten működnek A továbbiakban másodlagos és harmadlagos törésen mehet át a nyersanyag, mely során a feladott szemcseméret fokozatosan csökken a kúpos törőnek és a röpítő törőnek köszönhetően. Ezekkel a berendezésekkel nem lehet elérni a mikronos finomságú tartományt, ezért szükségessé válik a mészkő őrlése. Ha az őrlési folyamat száraz őrlő berendezésben történik, akkor a nedves terméket ki kell szárítani, abban az esetben, amikor a beadott anyag nem rendelkezik nagy nedvességtartalommal az őrlés és szárítás történhet ugyan azon malomban. Ennek elérésére az őrlési folyamat során keletkező hőt használják fel, mivel az őrlés során felhasznált energia szinte teljes mértékben hővé alakul. Őrlésre használható görgős malom és golyós malom. Utóbbi egy olyan dobmalom mely bárhová telepíthető, a nedvesen és szárazon való üzemeltetése során acélgolyókat használnak. A feldolgozási folyamat egyik legkritikusabb lépcsőjét a szitálás jelenti, ugyanis a széles skálából kiválasztható szita típusa és anyaga függ a végtermékkel szemben támasztott követelményektől. A legtöbb szitalap rozsdamentes acélból készül, így csökkentve a kifáradását és növelve a szita élettartamát. A feldolgozás után a termékeket tárolni kell az elszállítás előtt. A legtöbb zúzott kő terméket nyílt terekben vagy pedig nyílt tér és a töltőrész kombinációjában tárolják. Az előkészített anyag mennyisége és a végtermék változatossága azok a tényezők melyek a tároló rész tervezését befolyásolják. Ipari és mezőgazdasági felhasználású termékek tárolása zárt silókat igényel, hogy megvédje a nedvességtől és a szennyeződésektől. A tárolókhoz általában hozzátartozik egy porleválasztó berendezés, így a töltés során minimálisra csökken a por kibocsátás. melyekhez tartozhat még pneumatikus szállító berendezés így a leválasztott por, zárt körfolyamatban marad. A mészkő és dolomit előkészítési folyamatban egyre nagyobb részt vesznek ki a programozható kontrollerek és 7
számítógépek. Mivel az előkészítő üzemek egyre nagyobbá és komplexé válnak így a jobb előkészítési hatékonyság és jobb végtermék minőség eléréséhez nélkülözhetetlen eszköz a számítógép vezérelt rendszerek [7] [10] [20].
1. ábra A mészkőfeldolgozás egy lehetséges folyamatábrája [7]
3. Az Omya Hungária Kft. 3.1.
Történeti áttekintés
Az Omya Hungária Kft. bányaüzem helyileg Heves megye székhelyének, Eger külterületén lévő felnémeti városrészhez közel helyezkedik el. A bányászati tevékenység nem befolyásolja az idegenforgalmat, illetve nem károsítja a közelben található Bükki Nemzeti Park növény- és állatvilágát sem. A mészkő kitermelése és feldolgozása a Berva völgyben a XIX. század végén XX. század elején indult meg, a bánya 1949-ig az egri érsekség tulajdonában volt, ekkor a Felnémeti Kft. tulajdonában volt és évi 50.000 t kapacitással üzemelt egészen 1949. december 27-ig, amikor államosították az üzemet. Az 1950-es években kisebb fellendülést okozott a Berva-völgyi Finomszerelvénygyár építése, ekkor 200.000 t éves kapacitással üzemelt, igaz a kitermelt nyersanyag jelentős része a gyár építésére fordítódott. 1956. májusában újabb fellendülés történt, a kitermelés évi 380.000 t kapacitásra növekedett, 8
ugyanis a Vegyipari Minisztérium Ásványbányászati Igazgatóság utasítására új bányanyitással kapcsolatos beruházási javaslatot dolgozott ki, egy modern, gépesített, több szinten termelő bánya létesítésére az akkori vezetés. Az új bánya létesítéséhez elengedhetetlen volt a teljes terület geológiai feltérképezése, melynek eredményeként 200 Mt földtani és 65 Mt műre való ásványvagyon készletet határoztak meg. 1957-1959 között épült meg az új őrlőüzem, a növekvő mészkő, illetve mészkőőrlemények igénye miatt, illetve lehetővé téve azt, hogy 1960-ban elkezdjenek talajjavító őrleményt is gyártani. A Bervabérc + 380 mBf-as szintjén ma is működő bányát 1963-ban nyitották meg. 1949-1963-ig a Mátrai Ásványbánya kezelésében állt, majd 1963-1992-ig átkerült az Országos Érc- és Ásványbányák Mátrai Bánya és Előkészítő Mű Üzeméhez, ahol egészen 1992-ig bánya és őrlőüzemként működött, amikor is a svájci központú világkonszern, az Omya résztulajdonába került. Minőségi okok miatt a bányafalak magasságát csökkenteni kényszerültek. 1968-ban került sor először a mészkő előfordulások mélyfúrással történő megkutatására, melynek eredménye az lett, hogy további kutatófúrásokat végeztek a teljes megkutatottság érdekében, így a „Felsőtárkány - II mészkő” védőnevű bányatelek is az üzemelő cég bányászati tulajdonába került és a közelmúltban időszakos mészkőtermelés folyt itt. A bányaüzem 1992-től az Omya Eger Mészkőfeldolgozó Kft, majd az Omya Hungária Mészkőfeldolgozó Kft. tulajdona lett. 2000. március 5-én elkészült a cég eddigi legnagyobb beruházása, melyben a bánya mellé egy őrlőüzemet építettek egy malommal, ennek kiszolgálásához a bányában új törő- és szállító rendszert helyeztek üzembe. Majd 2005-ben a már meglévő technológiai sor mására újabb malom beépítésére került sor. A bánya éves kapacitása 1.000.000 tonnára, a gyáré 720.000 tonnára növekedett az utóbbi éveknek köszönhetően. Az Omya, a világ több mint 60 országában képviselteti magát, fő tevékenységi köre a mészkő, márvány, kréta bányászta és előkészítése, melyet a finomőrlés területén szerzett tapasztalatoknak köszönhetően bizonyos gyártási technológiákban széles körben tudnak töltőanyagként használni a minőség romlása nélkül, pl. a cellulóz helyettesítése a papírgyártásban. További felhasználási területei: díszítőkő ipar, erőműi füstgáztisztítás, építőipar, kohászat, környezetvédelem, talajjavítás, takarmányozás, útépítés, üvegipar és cukoripar segédanyagaként [20] .
9
3.2. A bányatelek földrajzi helyzete, geológiája, hidrogeológiája és ásványvagyona Az Eger III.-mészkő védőnevű bányatelek 39 törésponttal meghatározott poligon határolja, melynek bányászatára az OMYA Hungária Kft. jogosult. A bányatelket határoló pontok EOV koordinátáinak szélső értéke Minimális érték, m
Maximális érték, m
Y
748 007,58
751 034,00
X
291 769,58
294 385,00
Z
+215,00
+507,00
A bánya Eger északi részének külterületén a Bükk hegység délnyugati peremén, Felnémet és Felsőtárkány határában, az Öreg-hegy, a Berva-bérc, Hosszúgalyatető, Berva-oldal, Meleg-oldal, Malom-hegy és a Mészvölgy dűlők területén helyezkedik el a nagy mennyiségű mészkőtömeg a felszínen. A felnémet-felsőtárkányi mészkőterület nem önálló földtani egység, hanem a Bükk hegység délnyugati nyúlványa. A bánya jelentős része magasan fekszik, ugyanis a pliocén végén és a pleisztocén folyamán végbement mozgásoknak köszönhetően besüllyedések és kiemelkedések jöttek létre, így hozva létre markáns tájképi elemet. A bányatelek 2988 km2 kiterjedésű, melynek alaplapjának tengerszint feletti magassága + 250 mBf, míg a fedőlapjának tengerszint feletti magassága + 509 mBf. A Bükk DNy-i részét az úgynevezett „bervai mészkő” alkotja, ami a feltárások alapján 150 m-nél vastagabb sávban, vastagpados, meredek NY-ÉNY-i 30-50° dőlésű, ami a törmelékes összletet képző agyagpala és homokkő közé települt a középső triász időszakában. A bánya területe tektonikailag nézve erősen zavart. Az uralkodó csapás nyugatészaknyugati – kelet-délkeleti irányú, de a rétegek állása igen változatos és karsztosodás is megfigyelhető. A tektonikai hatásnak köszönhetően a mészkőréteget nagymértékben meggyűrte, feltördelte, felpikkelyezte, sok esetben át is buktatta. A jelentős holocénpleisztocén korú meddő mellékkőzeteket a mészkő mellé vagy közé helyezte. A vetőzónák, törésvonalak, karsztos üregek mentén az erőteljes karsztosodásnak köszönhetően nagy barlangok, barlangjáratok jöttek létre, melyekben meddős anyag
10
előfordulása figyelhető meg. Ezek néhol nagy mélységig hatolnak le, illetve némely tektonikai övek környezetében a mészkő kicsiny részekre esett szét. A tektonikai síkok mentén átszivárgó vizek az agyagos homok, homokos agyag, löszös fedő, bemosott törmelékkel szennyezik a mészkövet. A
bánya
területén
három
fő
mészkőtípussal
találkozhatunk,
melyekben
nagykristályos kalcit erek és telérek figyelhetők meg. A tektonikai hatás következtében összetört mészkövet hévizes kalcitkiválás cementálja. Legnagyobb mennyiségben a világos, kékesszürke, néhol fehér mikrokristályos szövetű mészkő van jelen, amely északkelet felé legyezőszerűen nyílik szét. További típusai még a sötétszürke, mikrokristályos mészkő, melynek kovasavtartalma az átlagosnál kisebb, illetve a világosszürke, breccsás szövetű mészkő, amely leginkább Felsőtárkány - Mészvölgy területére jellemző. A különböző típusú mészkövek azonos kémiai tulajdonsággal rendelkeznek, csak a szövetszerkezetükben és a szerves anyag tartalmukban találhatunk lényegesebb különbséget. Savban oldhatatlan rész
0,45-0,73 %
CaCO3
97,00-98,20
CaO
54,20-55,08
MgCO3
1,01-1,73
Fe2CO3
0,08-0,16
R2O3
0,34-0,58
Cu
0,003
Mn
0,00076
2. táblázat A felnémeti mészkő kémiai összetétele [9]
A Bükk-hegységre, így az egész bánya területére a karsztvízrendszer jellemző, amelyet részvízgyűjtő területekre osztanak. A közelben található Berva- és Mész-patak, a mészköves területet elérve elszivárognak a felszínről és beszivárognak a 180-250 m vastag karsztvíztároló kőzetekbe, így táplálva a karsztvizet. Az alsó bányaudvaron ez 40-50 m-re csökken, míg a + 200 mBf - +225 mBf szint között elérjük a nyugalmi karsztvízszintet. A megfelelő karsztvízbázis megtartása érdekében, mind a felszíni és a felszín alatti vízminőséget folyamatosan ellenőrzik, a telephely illetve a közvetlen közelben lévő 1 db monitoring rendszerrel és a 6db megfigyelő kúttal. 11
A jelenleg érvényes bányatelken belül 2001-ben készült az utolsó készletszámítás. A nyilvántartott földtani készletek, 35 %-os elmeddülési együtthatóval csökkentettek. A jóváhagyott termelési veszteség 12 %-os, mely a termelés és feldolgozás során létrejött technológiai veszteséget foglalja magába. Az elmeddülési értéket a mészkő repedéseiben, karsztos üregeiben, tektonikus réseiben fellelhető meddő (homok, agyag, agyagpala, törmelék) ellensúlyozása miatt veszik figyelembe. Nyilvántartásba az úgynevezett meddő nélküli „tiszta” mészkő kerül, még a pillérkészleteket is az elmeddülési értékkel csökkentett módon veszik figyelembe. Az ásványvagyon készlet. a +250 mBf szintig van számítva, viszont a bányatelek határozat alapján a bányászat csak a 300 mBf szintig engedélyezett a karsztvíz védelme miatt. Az ásványvagyon készletek teljes lefejtéséhez ezért a Vízügyi Igazgatóság hozzájárulása szükséges, addig az ásványvagyon +300 mBf szint alatti része hidrogeológiai védőpillérben van lekötve [19] [20]. Műrevaló
Pillérben
Termelési
Kitermelhető
[et]
lekötött [et]
veszteség [et]
[et]
148.205
116.071
17.262
23.928
102.143
C1
88.944
86.146
16.894
10.338
75.808
C2
125.622
2.387
906
287
2.100
Összesen
362.771
204.604
35.062
24.553
180.051
Kategória
Földtani [et]
B
3. táblázat A bányatelek ásványvagyona a pillérben lekötött készlettel együtt [21]
3.3. Alkalmazott technológia 3.3.1. Jövesztés A bánya területe az alábbi szintekre osztható. szint megnevezése
magassága
+360,0 mBf
20,0 m
+380,0 mBf
20,0 m
+400,0 mBf
20,0 m
+420,0 mBf
15,0 m
+435,0 mBf
15,0 m
+450,0 mBf
12,0 m
+462,0 mBf
13,0 m 12
+475,0 mBf
20,0-25 m
A mészkő jövesztése szintosztásos robbantással történik a +400,0 mBf szinttől a +475,0 mBf szintig. A fúrólyukak kialakításához Sandvik DX 800 típusú lánctalpas fúrógépet alkalmaznak. Egy szintmagasság 12-25 m közé tehető, amely 60°-70°-os dőlésű, ezt 90100 mm átmérőjű oszlopos fúrólyukak túlfúrásával hozzák létre, melynél szükség esetén talpfúrást is alkalmaznak, de ez erőteljesen függ a kőzet adottságaitól. A robbantás a fúrólyukakba töltött EMULEX indítótöltetben elhelyezett villamos gyutaccsal történik, amelyhez Austine típusú robbanóanyagot használnak. A lerobbantott falszakasz szemcseméret-eloszlása, a kőzet inhomogenitása miatt széles tartományon mozog, így szükséges a nagyobb tömbök esetleges utóaprítása. A batározást egy LIEBHERR 964 típusú lánctalpas hegybontó gép végzi acélgolyóval vagy hidraulikus kalapács. 3.3.2. Rakodás, szállítás A lerobbantott készlet rakodása a LIEBHERR 586
típusú gumikerekes
homlokrakodóval és a LIEBHERR 964 típusú lánctalpas hegybontóval történik. Az elsődleges feladat, hogy a készletet a + 380 mBf szinten található bedöntő garathoz, illetve a bányafaltól a meddő anyagot a hányóra szállítsa, ezt egy alvállalkozó: 4 db VOLVO R32-es típusú dömper végzi, melynek szállítókapacitása 32 t.
3.3.3. Meddőleválasztás, előtörés Az anyag bedöntő garatba történő kerülése után 2 db osztályozó síkkal ellátott IFE VL S 1400 x 3000 típusú meddőleválasztó vibrációs szitával történik az osztályozás. A felső szita + 200 mm nyílásméreténél nagyobb szemcsék egy 120 cm széles törőingával rendelkező egyingás pofástörőre kerül. Az alsó szitán átjutó szemcsék mérete kisebb mint + 35 mm, ezen szemcsefrakciót a továbbiakban meddőként fogom nevezni. A meddő elszállítása a 78 m3-es térfogatú tároló bunkerbe szállítószalaggal történik., melynek csapolása távirányítással szabályozható. míg a 35-200 mm-es frakció közvetlenül a tároló depóra kerül a 12 m hosszú szállítószalag és a 40 m hosszú felhordó szalag segítségével. A kúp alakú depó, tároló kapacitása kb. 100 kt. A meddőleválasztás, előtörés folyamata az 2. ábrán található. 13
2. ábra Meddőleválasztás, előtörés folyamata [22] 3.3.4. Az őrlőüzem A depó alatt található két cellás adagolóval történik az anyag feladása az alagútban található futószalagra, mely a +250 mBf-en található őrlőüzem legfelső szintjének beadó garatára érkezik. A 90 µm alatti frakció mellett darabos követ is értékesít két frakcióban 65-110 mm és 0-50 mm. Ezért a beérkező anyag két irányba mehet tovább a daraboskő osztályozóra vagy egy 20 m3-es közbenső tároló silóra, de e kettőnek a párhuzamos működése is lehetséges. A daraboskő elválasztása 3 síkszitával rendelkező vibrációs szitával történik, amelynek a +110 mm-es és az 50-65 mm-es szemcsemérettel rendelkező anyagok a közbenső tárolóba kerülnek, a két kereskedelmi frakció kihordó szalagokon keresztül jut el a +250 mBf szinten lévő depókra. Ha esetlegesen valamelyik frakcióra éppen nincsen igény akkor az őrlési vonalra kerül a termék. A közbenső tároló silóból az utótörést biztosító röpítő törőre kerül az anyag, amely biztosítja a 60 mm-nél kisebb szemcseméretet és közvetlenül a 2 db 500 m3-es silóba kerülést. A Pfeiffer 2800 C típusú görgős malom (3. ábra) feladása innen történik adagolók és szállítószalagok segítségével, nedvesebb anyag esetén földgázégővel előmelegíthető a levegő.
14
3. ábra Pfeiffer 2800C típusú görgős malom [22] A görgős malomnál található légosztályozónak köszönhetően zárt körfolyamatról beszélhetünk, így 90 µm alatti szemcsék kerülnek ki az őrlés végén, melynek leválasztását a fordulatszám befolyásolja. Az így előállított termék az üzem fő terméke, amely egy technológiai porszűrő rendszeren történő leválasztás után kerülnek a 2 db 2500 m3 késztermék silókba az értékesítésig. A malom feletti osztályozóról a malomba visszakerülő 90 µm-nél durvább szemcsézetű őrlemény egy támolygó szitasor beépítésével tovább osztályozható, így további termékek keletkeznek [21] [22]. Az őrlőmű termelési folyamata a 4. ábrán található
4. ábra Feldolgozóüzem folyamatábra [22] 15
Termékek
3.4.
Az OMYA Hungária Kft. mészkőőrlemény előállításával foglalkozik, amelyhez nem használnak segédanyagot. A termékei között csak szemcseméretben találhatunk különbséget, anyagi összetételük ugyanis megegyezik: CaCO3 min 95 %; MgCO3 max. 3 %; Fe2CO3 max.. 0,1 %; HCl oldhatatlan max. 3 %. Az elemzések alapján a CaCO3 tartalma 98,5-99,5 %, míg a fehérsége 80-88 % között mozog, térfogat tömege 2,7
.
Az őrlőmű fejlettségének köszönhetően több szemcseméret közül választhat a megrendelő, de leginkább a Mátrai Erőmű lignit égetése során keletkező nagy mennyiségű füstgáz kéntelenítéséhez szükséges 90 µm-es szemcseméret a legkeresettebb termék az üzemben. Az értékesített termékek listája: Termék megnevezése/szemcsemérete
Felhasználási terület Erőműi Gumi, festék ipar Üvegipar Takarmányozás Aszfaltozás Építőipari felhasználás Üvegipar Építőipari felhasználás Takarmányozás Takarmányozás Talajjavítás Építőipari felhasználás Takarmányozás Építőipari felhasználás
Malom őrlemény + 90 µm max. 10 %
Float 0,2-0,8 mm Talajjavító 0,0-0,250 mm Durva termék 0,8-2,0 mm Cukorkő 70 – 100 mm Útépítési kő 0 – 55 mm Útépítési kő B/ 0 – 55 mm M zúzottkő 0 – 20 mm
Cukoripari felhasználás Útépítés Útépítés Útépítés
4. táblázat Omya Hungária Kft. termék lista A mészkőpor szállítása ömlesztve, közúton illetve vasúton történik. A durva frakció ömlesztve szállítják, a 0,2-2 mm-es frakció zsákolt formában kerül árusításra [22].
16
4. Mintavételezés A lerobbantott nyersanyag keletkezésének három lehetősége Ha már a robbantás során lehet látni, hogy a lerobbantott termékben nagy mennyiségben van jelen az agyag akkor azonnal a meddőhányóra kerül. Második esetben az anyagot előbb átszitálják egy mobil rostán és az elválasztási szemcseméretnél kisebb a meddőhányóra, a nagyobb az előtörő beadó garatba kerül feltéve, ha nem annyira szennyezett. A harmadik esetben a lerobbantott termék dömperek segítségével, a bedöntő garatba kerül és még az előtörés előtt megtörténik a leválasztás a két sík szitalappal ellátott vibrációs szita segítségével, melynek az alsó <35 mm-es frakciója lesz a leválasztott meddő, de ez tovább értékesíthető útalapozás, útpadka készítéshez töltőanyagként.
5. ábra Meddő anyag keletkezésének lehetősége Így beszélhetünk bányászati és technológiai meddőről. A deponálásuk külön helyre történik, ezért mintavételezéskor mind a két helyről 5-5 db mintát vettem. A továbbiakban a technológiai folyamat során keletkező meddő mintákat 1.; 2.; 3.; 4.; 5., a bányászat során keletkezőt pedig 6.; 7.; 8.; 9.; 10. mintaként fogom jelölni. A mintavételi pontok az alábbiak voltak (6. és 7. ábra), melyek panoráma képei a i és ii mellékletben találhatóak.
17
6. ábra Technológiai meddő mintavételi pontjai [3]
7. ábra Bányászati meddőhányó mintavételi pontjai [3]
18
A vizsgált anyaghalmaz minőségi jellemzői meghatározhatók pl. szemcsés anyaghalmaz esetén az alkotóinak a szemcsemérete, szemcsesűrűség, szemcsealak, nedvességtartalom, izzítási veszteség melyekhez tényleges érték és mértékegység rendelhető. Matematikai elnevezése valószínűségi változó ugyanis a kiválasztott elem és a hozzá tartozó érték a véletlentől fog függni. Egy mérés durva becslést adna a várható értékre, ezért több helyről kell mintát venni és frakciókba rendezni, így becslést tudunk adni a sűrűség- és eloszlásfüggvényre. A mintavételezéskor igyekeztem odafigyelni, hogy a teljes anyaghalmaz minden egyes eleme azonos valószínűséggel kerüljön a mintába, melynek empirikus értékeiből adható becslés
a
teljes
anyagmennyiség
minőségi
jellemzőiről.
A
nyugvó
szemcsés
anyaghalmazból átrakás útján történt a mintavétel, így azonos valószínűséggel kerültek bele a kisebb és nagyobb szemcsék is. A mintavétel során az anyagot egy kúp alakú halmazba rendeztem, így a szemcsék szegregációja körszimmetrikus lett. A kialakult kúpok tetejét lapát segítségével lelapítottam majd átlós negyedelés módszert alkalmaztam, mely során négy egyenlő részre osztottam és a két ellentétes helyzetűt eltávolítottam, így képezve egy mintát. A mintavételezés során végig ezt a módszert alkalmaztam [2] [5]. A minták vizsgálatához szükséges x < 200 µm szemnagyságot több lépcsőben értem el. Először egy egyingás pofástörőt alkalmaztam 25 mm-es résmérettel, mely nyomás hatására aprítja az anyagot. A további szemcseméret csökkentéséhez egy kalapácsos törőt alkalmaztam, melyet a durva aprítástól egészen a középaprításig lehet használni és mészkőnél keményebb anyag nem adható fel rá. A munkatérben egy központi rotor található. Az aprítás ütés, ütközés hatására történik, mégpedig a rotoron található kalapácsoknak köszönhetően melyek a centrifugális erő hatására kifeszülnek. Nagy aprítási fokkal (x80 =10-15) is üzemeltethetők. mely a maximális szemnagyság és a berendezés alsó részében található cserélhető kihordó szitarács hányadosa. Az aprításhoz kör alakú 12 mm; 8 mm; 5mm és 2 mm-es szitabetétet alkalmaztam. A x < 2 mm-es szemnagyságú anyag őrléséhez planéta malommal dolgoztam. A planéta malom a nagy energiasűrűségű malmok családjába tartozik. Az őrlés szárazon történik és a 4 malom ugyan azon szögsebességgel fog mozogni. Az őrlés során mechanokémiai folyamat játszódik le, nem szükséges kémiai energiát befektetni. A berendezésnek köszönhetően sikerült elérnem a x < 200 µm szemnagyságot. A minták tárolása minden esetben visszazárható zacskóban történt.
19
5. Anyagtulajdonságok mérési módszerei A vizsgált anyagom, agyag által szennyezett mészkő volt, melyet az Omya Hungária Kft. felnémeti bányájából kaptam.
5.1. Izzítási veszteség, CaCO3 meghatározása A vizsgálat lehetővé teszi, hogy meghatározzuk jelentősebb költség nélkül a szervetlen anyag (a talaj ásványi anyag tartalmának) mennyiségét, minőségét a kőzetben a szerves anyag mellett. Ezt úgy kapjuk, hogy a talajt izzásig hevítjük, ugyanis a talaj szerves anyagrészei éghetőek, míg az ásványi alkotórészek nem. Az izzítási veszteség meghatározásakor a már korábban mintavételezés során vett, kiszárított mintákat több lépcsőben 200 µm alá őröltem. A csónakok tömegét lemértem majd ezekbe mértem be (
0,0005 g pontossággal az 1
0,05 grammnyi mintatömeget
). Ez után a 950°C-ra felfűtött kemencébe helyeztem 20 percre, ugyanis a CaCO3 apró
kalcit kristályokból épül fel melyek 950-1000°C-os hőmérsékleten CaCO3
CaO
CO2
bomlik szét. A vizsgálat során a CO2 távozik mivel légnemű és visszamarad a szilárd halmazállapotú CaO. Lehűlés után a CaO azonnal elkezdi megkötni a levegőben található CO2-t, ezért miután a csónakot kivettem, exszikkátorba helyeztem, így biztosítva az egyenletes hűlést és azt, hogy ne érintkezzen a szabad levegővel. Miután a minta visszahűlt szobahőmérsékletűre, a tömegét visszamértem (
). Mindegyik mintára 3 mérést
végeztem és a kapott értékek átlagát vettem. Az égés során keletkező hamu jelentéktelen, így az izzítás előtt és után mért tömeg különbségével jellemezhetjük. Az izzítási veszteséget a száraz tömegre vonatkoztatva százalékos formában szokás megadni.
Ahol
ó
ú
ó
ú
ú + bemért anyag [g]
Egy talaj akkor mondható szervesnek, ha
. A szerves anyagok vízfelvevő
képessége nagy. Az LOI komplementere lesz az égési maradék, melyből az alábbi képlettel becsülhető a CaCO3 tartalom: 20
Ahol
= a hamu tömege [g] = a bemért anyag tömege [g] á á
ö ö
[1] [11] [15]
5.2.Sűrűség meghatározása A sűrűségmérést piknométerrel végeztem, mely során a tömegüket és a térfogatukat külön mértem. Ez a legpontosabb sűrűségmérési módszer. A vizsgálni kívánt mintákat légszáraz állapotra szárítottam, különben a minta felületi nedvessége zavart okozhat, melynek következménye, hogy a lecsökken a sűrűsége. A minták teljes sűrűségének a mérése volt a cél, ezért finomra őröltem, így a szemcsék eredeti porozitása nem csökkentette a helyes értéket. Viszont ebben az esetben nehéz bejuttatni a szemcsék közötti térbe a közeget, ezért ha nem távolítjuk el tökéletesen a levegőt, hibás eredményt kaphatunk. A sűrűséget az alábbi képlettel határoztam meg:
Ahol:
= az üres piknométer tömege [g] = a piknométer és a szilárd anyag tömege
é
[g]
= a piknométer, a szilád anyag és a közeg tömege [g] = a közeggel töltött piknométer tömege [g] = a közeg sűrűsége, itt = 1
[g]
[2]
21
5.3.Nedvességtartalom meghatározása A
mérés
célja,
hogy
meghatározzam
a
meddőnek
minősülő
anyag
nedvességtartalmát. A mintavételezéssel egy időben a nedvességtartalom meghatározás céljából külön mintát vettem, amit a vizsgálat időpontjáig légmentesen zárható tasakban tároltam. A mintákat < 200 µm szemcsenagyságát több lépcsőben készítettem elő a nedvességtartalom meghatározására. A mintákból 1,0000 g-ot mértem ki, majd a 105 °C szárítószekrénybe helyeztem. A mérést tömegállandóságig végeztem.
Ahol
w = nedvességtartalom tömeg %-ban kifejezve = a bemért nedves anyag tömege [g] = a bemért száraz anyag tömege [g]
[2]
6. Kísérleti terv A minta előkésztéséhez, vizsgálatához szükséges berendezések a Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítés és Környezeti Eljárástechnikai Intézet törőcsarnokában és laboratóriumában található. A kísérleti terv lépéseit a 5. táblázat foglalja magába. Alapanyag vizsgálat A minták frakcióra való bontása A minták izzítási veszteségének, CaCO3 tartalmának meghatározása A minták sűrűségének meghatározása A minták nedvességtartalma Részletes alapanyag vizsgálat (1.és 8. minta) A frakciók izzítási veszteségének, CaCO3 tartalmának meghatározása A frakciók sűrűségének meghatározása Technológiai vizsgálat Technológiai meddő Bányászati meddő Javaslat 5. táblázat Kísérleti terv
22
6.1. Alapanyag vizsgálat A szemcseméret elemzés célja az anyaghalmaz szemnagyság összetételének részletes megismerése volt, mely a további mérések alapját is képezte. Mind a tíz minta 30 - 50 kg körüli tömeggel rendelkezett, így a szitaelemzésekhez szükséges 9-10 kg tömegű minta előkészítése a Jones-féle mintakisebbítő berendezés segítségével történt. A vizsgálatot 90; 80; 70; 60; 56; 40; 30; 20; 16; 10; 5; 3; 1 mm lyukbőségű szitasoron végeztem és a frakciók tömegeit eloszlásfüggvényt
számolva megkaptam,
súlyszázalékban
szerepel
a
hogy az adott
feladáshoz
viszonyítva.
megmértem, melyből szemcsefrakció A
milyen
szemcseeloszlásból
sűrűségfüggvényt számoltam mely megmutatta, hogy a különböző szemnagyságú szemek milyen gyakorisággal fordulnak elő. Az ábrázolást minden mérés esetében a Grapher 8 program segítségével végeztem. A mintavételezés során vett 1-10. minta vizsgálatát < 200 µm anyaggal végeztem. Mindegyik minta esetében megmértem az izzítási veszteséget, melyből megkaptam a kalcium-karbonát tartalmukat illetve, hogy milyen mértékben tér el az üzembe feldolgozásra kerülő anyag minőségétől. A következő vizsgálatom során összefüggést kerestem a mészkőtartalom és a sűrűség között. A mészkő átlagos sűrűsége 2,7
. A
szennyező anyag ezen bánya esetében az anyag, mely jellemzően rétegszilikátokból (agyagásványokból) felépülő a legfinomabb mikrométeres szemcsemérettel rendelkező üledékes kőzet. A legfontosabb agyagásványok közé tartozik a kaolinit, illit, halloysit, montmorillonit és a vermikuli, melyeknek sűrűsége 2,6
. Minnél közelebb volt a mért
eredmény ehhez az értékhez, annál szennyezettebbnek mondható a minta. A meddős anyag esetében a nedvességtartalom lényeges kérdés az elősziták kiválasztásánál, ugyanis a nagy nedvességtartalommal rendelkező anyagok könnyen eltömíthetik a berendezést.
6.2. Részletes alapanyag vizsgálat Mind a 10 minta mészkőtartalmát, sűrűségét, és nedvességtartalmát figyelembe véve kiválasztottam a 2 legperspektivikusabb mintát egyet-egyet a technológiai illetve a bányászati folyamat során keletkező meddős anyagból. A továbbiakban ezen anyagokat
23
frakciónként vizsgáltam, így mind a két különböző helyen tárolt nyersanyag minőségéről képet kaptam. A frakciók vizsgálata során ugyan azt a mérési metodikát alkalmaztam minden esetben, mint az alapanyag vizsgálatnál (1-10. minta esetében). Az mészkő tartalom meghatározására azért volt szükség, hogy megtudjam, melyik frakciótól kezd el a mészkő dúsulni. Az elválasztási szemcseméret meghatározásának érdekében súlyozott átlagot, korrigált empirikus szórást illetve relatív szórást számoltam az alábbi módon. A súlyozott átlag képlete:
Ahol
az egyes frakciókhoz tartozó tömeghányad (Δm [%]) az egyes frakciókhoz tartozó CaCO3 tartalom [%] Ugyanis figyelembe kell venni, hogy az egyes frakciók különböző mennyiségben
vannak jelen és a CaCO3 tartalma is más és más. Így meghatározható, az a frakció, amelynél érdemes az elválasztást elvégezni. A korrigált empirikus szórás az átlagtól való eltérést fogja jelenteni:
Ahol
kapott CaCO3 értékek [%] súlyozott átlag [%] n = frakciók száma [db]
A vizsgálatok során több mérést végeztem ezért relatív szórást számoltam, mert így a mérési hibákról és a halmaz inhomogenitásáról is információt kaptam: Az elválasztási szemcseméret meghatározását követően technológiai vizsgálatot folytattam mind a két kiválasztott meddős anyag esetében.
[5]
24
6.3. Technológiai vizsgálat A technológiai vizsgálat során 3-3 mintát készítettem elő. A meghatározott elválasztási szemcseméretnek megfelelő lyukbőségű szitán (5 mm, meghatározása a 7. fejezetben) szárazon átszitáltam a mintákat és megmértem a fent maradó illetve az áthulló anyag tömegét. A feladott tömegükhöz viszonyítva kiszámoltam a tömeghányadukat, mely a technológiába beépíteni kívánt előleválasztást biztosító szita kiválasztásához szükséges. A szitán fent maradt anyagot, egy attritáló mosódobba (9. ábra) helyeztem a szennyezőanyag eltávolításának érdekében. A tanszéken található berendezések közül erre a célra megfelelő a Bond malom (8. ábra). A mérést őrlőgolyók nélkül, víz közeg hozzáadásával végeztem, különböző ideig.
8. ábra Bond malom [14] A berendezés 305
305 mm –es mérettel rendelkezik. A malom közeggel való töltési
fokának 10-15 % között kell lennie. Ez alapján kiszámolható a szükséges víz mennyisége: V=
22,28
2,23 – 3,42 l. A mérések során 2,5 l hozzáadott közeggel
dolgoztam és egy frekvenciaváltó segítségével beállítottam a 39,3 Hz frekvenciát, ami 61,78
-es fordulatszámot jelent. Ennél a fordulatszámnál ugyani a berendezés
belsejében Kaskád üzemmód lesz, így a szemcsék egymáshoz való dörzsölődésével valósul meg a tisztítás.
9. ábra Attritáló mosódob és víztelenítő szita [3] 25
A vizsgálati idő letelte után a dob tartalmát a már korábban kiválasztott elválasztási szemcsemérettel (5mm) rendelkező szitán nedvesen átszitáltam. A fent maradó illetve az áthulló anyagot visszaszárítottam a tömegüket megmértem, tömegkihozatalt számoltam és a kalcium-karbonát tartalmukat meghatároztam. A vizsgálat célja, meghatározni milyen mértékben tisztul meg és milyen mészkőtartalommal rendelkezik a bent tartózkodási idő függvényében. Az optimális mosási idő kiválasztása után cél, hogy a vizsgálati eredmények tudatában berendezést javasoljak, amely képes az Omya Hungária Kft. felnémeti bányáján található meddős anyag feldolgozására [22].
7. Kísérleti eredmények A 6. fejezetben leírt kísérleti terv alapján az alapanyag, részletes alapanyag és technológiai vizsgálat során végzett mérések (szemcseméret eloszlás, izzítási veszteség és CaCO3 tartalom, sűrűség, nedvességtartalom) eredményei.
7.1. Alapanyag vizsgálat 7.1.1. Szemcseméret eloszlás és sűrűségfüggvény Az egyes frakciókra vonatkozó mért tömegek illetve a számolt eloszlás- és sűrűségfüggvények az iii és iv mellékletben található.
10. ábra 1-5. és 6-10. minta eloszlásfüggvénye
26
„M” zúzott depó
Északi meddőhányó
x50
6 - 11,5 mm
6 – 19 mm
x80
15 – 21,5 mm
24,5 – 56 mm
xmax
27,1 – 30,8 mm
42,1 – 82,3 mm
6. táblázat Nevezetes szemcseméretek Az x50 , x80, xmax nevezetes szemcseméreteket nézve az technológiai meddő (1-5. minta) sokkal, szűkebb szemcsetartománnyal rendelkezik, a bányászatihoz (6-10. minták) képest. A bányászat során keletkező meddő minták (6-10. minta) esetében nem a 90 mm-es szemcseméret a maximum, a meddőhányón előfordulnak, úgynevezett batár méretű kövek (11. ábra) is amelyeket méretük miatt nem lehetne beadni az előtörőbe, így azt egy hidraulikus kalapáccsal szükséges aprítani.
11. ábra Batár méretű kövek
12. ábra 1-5. és 6-10. minta sűrűségfüggvény 27
A 12. ábrán látható, hogy a finom szemek gyakorisága sokkal nagyobb mind a tíz minta esetében , amelyből arra lehet következtetni, hogy az agyag mint szennyező anyag nagyon nagy mennyiségben van jelen. Az 1-5. minta esetében a 2-5 mm közé eső szemcsék területén a sűrűségfüggvény esése ugyan olyan, mely szerint a vett minták homogenitása megegyezik csak tömegükben mutatkozik különbség. Ezzel szemben a 6-10. minta inhomogénnek mondható, egyedül a 9-10. minta esetében figyelhető meg azonosság, de ez a 2 mintavételi pont egymás alatt helyezkedik el. A 9. mintavételi helyen vett minta finomszem mennyisége igen magas a már elhelyezett humuszos anyag miatt, míg a 10. esetében a rekultiváció kezdetleges jelei mutatkoznak még csak. (ii melléklet).
7.1.2. Izzítási veszteség A bányászati és technológiai meddő anyag x < 200 µm alá őrölt minta izzítási vesztesége,illetve az ebből számolt CaCO3 tartalom az 5.1.-es fejezet alapján. Minta
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Csónak [g]
m1[g]
Cs.+m1. [g]
Csón. Izz.u[g]
m2 [g]
8,7377
1,0501
9,7878
9,4688
0,3190
9,0500
1,0500
10,1000
9,7715
0,3285
9,8956
1,0502
10,9458
10,6212
0,3246
8,9059
1,0502
9,9561
9,6333
0,3228
8,8143
1,0503
9,8646
9,5437
0,3209
9,5668
1,0503
10,6171
10,2915
0,3256
9,0937
1,0504
10,1441
9,8236
0,3205
9,4584
1,0505
10,5089
10,1846
0,3243
9,1824
1,0503
10,2327
9,9106
0,3221
9,4130
1,0500
10,4630
10,1370
0,3260
8,8485
1,0500
9,8985
9,5881
0,3104
8,5862
1,0502
9,6364
9,3220
0,3144
8,9815
1,0500
10,0315
9,7297
0,3018
9,9662
1,0504
11,0166
10,7045
0,3121
8,3784
1,0501
9,4285
9,1279
0,3006
8,8920
1,0505
9,9425
9,6215
0,3210
9,3901
1,0500
10,4401
10,1255
0,3146
8,8008
1,0504
9,8512
9,5339
0,3173
9,7551
1,0504
10,8055
10,5066
0,2989
9,3717
1,0501
10,4218
10,1175
0,3043
9,5366
1,0503
10,5869
10,2817
0,3052
28
Össz. CaCO3 CaCO3 [%] [%]
LOI [%]
Ég. mar. átl. [%]
69,14
30,86
70,17
69,24
30,76
69,96
69,32
30,68
69,77
69,82
30,18
68,63
70,97
29,03
66,01
69,76
30,24
68,77
71,17
28,83
65,56
66,60
8.
9.
10.
8,8758
1,0503
9,9261
9,6054
0,3207
8,4805
1,0505
9,5310
9,2127
0,3183
9,5139
1,0502
10,5641
10,2345
0,3296
10,1871
1,0504
11,2375
10,9700
0,2675
9,4818
1,0504
10,5322
10,2668
0,2654
8,6860
1,0505
9,7365
9,4763
0,2602
10,1996
1,0504
11,2500
10,9691
0,2809
8,7447
1,0504
9,7951
9,5209
0,2742
8,5239
1,0503
9,5742
9,2973
0,2769
69,26
30,74
69,90
74,83
25,17
57,23
73,60
26,40
60,04
7. táblázat A minták izzítási vesztesége, égési maradéka és CaCO3 tartalma
13. ábra A minták izzítási vesztesége A kapott izzítási veszteség eredmények 69,14 %-74,83 % között változnak. A legkisebb érték a technológiai meddőből, a legnagyobb pedig a bányászati meddőből származik. A technológiai folyamat során keletkező meddő esetében (1.-5. minta) 69,14 %-70,14 % közötti volt az izzítási veszteség, A bányászat során keletkező meddős anyag (6.-10. minta) izzítási vesztesége 69,26 %-74,83 % között alakul. A 74,83 %-os és a 73,6 %-os érték (9. és 10. minta) kiugróan magasnak mondató, ez is bizonyítja, hogy a terület jelentős szerves anyag tartalommal rendelkezik a rekultivációnak köszönhetően.
29
14. ábra A minták égési maradéka
Az égési maradék 25,17 % - 30,86 % közé esik. A legmagasabb CaCO3 tartalommal az 15. minták fognak rendelkezni, ugyanis ezen minták esetében a legtöbb az égési maradék mennyisége.
15. ábra A minták CaCO3 tartalma A CaCO3 tartalom pedig 57,23-70,17 % között változik. A technológiai folyamat során leválasztott meddőanyag (1-5. minta) CaCO3 tartalma 66,01 %-tól 70,17 %-ig fordul, mely annak köszönhető, hogy ez az anyag sokkal homogénebb, mint a másik, melynek értékei 57,23 % - 69,9 % közötti. Az összes minta CaCO3 tartalma 66,60 %, a technológiai meddőé 68,91 %, a bányászati meddőé 64,30 %, mely elmarad a feldolgozásra kerülő 95%-os célértéktől, ezért is lényeges az üzembe kerülése előtt megszabadítani a felületi 30
szennyeződéstől, ugyanis ez az alacsony érték a felületére tapadt agyagnak köszönhető. A vett minták közül legnagyobb mészkő tartalommal az technológiai meddő esetében az 1. minta 70,17 %-al, a bányászati esetében a 8. minta 69,9 %-os értékkel rendelkezik. 7.1.3. Sűrűség mérés A piknométeres sűrűségmérés meghatározása az 5.2-es fejezet alapján történt, melynek eredményei az alábbiak. Minta 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
m1 [g]
m2 [g]
m3 [g]
m4 [g]
Sűrűség[kg/m3]
37,95
55,76
101,81
90,69
2,66
39,92
57,78
102,86
91,62
2,70
33,57
51,73
94,72
83,31
2,69
31,40
53,27
95,82
82,07
2,69
31,50
51,86
95,16
82,34
2,70
33,26
51,95
95,63
83,92
2,68
31,64
53,16
96,16
82,68
2,68
30,94
49,89
94,04
82,22
2,66
30,51
49,92
94,15
81,94
2,70
31,16
52,72
95,96
82,52
2,66
31,00
50,27
94,28
82,13
2,71
30,94
52,01
95,39
82,11
2,70
39,92
57,12
102,42
91,62
2,69
37,95
56,37
102,22
90,70
2,67
33,56
47,43
92,01
83,28
2,70
30,95
49,02
92,75
81,54
2,63
31,40
47,74
92,26
82,07
2,66
30,80
48,91
92,76
81,61
2,60
30,74
45,61
90,72
81,38
2,69
34,68
53,17
96,03
84,65
2,60
31,49
51,83
94,89
82,35
2,61
30,72
48,14
92,36
81,40
2,70
37,96
55,81
101,86
90,70
2,67
33,55
51,45
94,53
83,31
2,68
34,34
51,57
94,42
83,88
2,58
33,26
50,71
94,62
83,92
2,59
31,40
49,61
93,16
82,07
2,56
30,94
51,76
94,93
82,08
2,61
31,16
48,24
93,09
82,47
2,64
30,94
51,75
95,21
82,20
2,67
8. táblázat A minták sűrűsége 31
Átlagsűrűség [kg/m3] 2,68
2,69
2,68
2,69
2,69
2,63
2,63
2,68
2,57
2,64
16. ábra A minták sűrűsége
A mért sűrűség értékek 2,57
- 2,69
közöttiek. A technológiai esetében (1-5.
minta) bizonyíték a homogenitásra a sűrűségmérésből származó eredmény is amely jól mutatja, hogy az erről a területről származó minták 2,68-2,69
értékkel rendelkeznek,
mely szerint kevesebb szennyezőanyag található a felületére tapadva (18. ábra). A bányászati esetében (6-10. minta) a legkisebb sűrűséget a 9. mintánál 2,57 legnagyobbat a 8. mintánál 2,68
-ot, a
–ot mértem. A minták sűrűsége és mészkő tartalma
között összefüggés figyelhető meg, ugyanis azon minták amelyek nagy sűrűséggel rendelkeznek, magas mészkő tartalom társul.
32
7.1.4. Nedvességtartalom A nedvességtartalom meghatározása az 5.3.-as fejezet alapján történt. A mészkő mellett előforduló agyagásványok (kaolinit, illit, halloysit, montmorillonit és vermikulit) jelentős mennyiségű csapadékot elraktározására képesek, akár 100 % és 300 %-os vízfelvételi képességgel is rendelkezhetnek az agyagásvány típusától függően.
Minta Tégely [g] 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
mn [g]
Tég. + m [g]
Tég. + msz [g]
m1 [g]
n [%]
24,4708
1,0000
25,4708
25,4686
0,0022
0,22
23,5983
1,0000
24,5983
24,5955
0,0028
0,28
25,0066
1,0000
26,0066
26,0049
0,0017
0,17
21,9438
1,0000
22,9438
22,9383
0,0055
0,55
25,9534
1,0000
26,9534
26,9498
0,0036
0,36
24,3624
1,0000
25,3624
25,3569
0,0055
0,55
21,3529
1,0000
22,3529
22,3523
0,0006
0,06
23,6268
1,0000
24,6268
24,6256
0,0012
0,12
24,5114
1,0000
25,5114
25,5104
0,0010
0,10
23,1677
1,0000
24,1677
24,1668
0,0009
0,09
16,7883
1,0000
17,7883
17,7878
0,0005
0,05
24,1511
1,0000
25,1511
25,1493
0,0018
0,18
26,2716
1,0000
27,2716
27,2685
0,0031
0,31
17,6984
1,0000
18,6984
18,6961
0,0023
0,23
27,4561
1,0000
28,4561
28,4538
0,0023
0,23
24,4708
1,0000
25,4708
25,4650
0,0058
0,58
23,5983
1,0000
24,5983
24,5922
0,0061
0,61
25,0066
1,0000
26,0066
25,9999
0,0067
0,67
21,9438
1,0000
22,9438
22,9365
0,0073
0,73
25,9574
1,0000
26,9574
26,9495
0,0079
0,79
24,3624
1,0000
25,3624
25,3539
0,0085
0,85
21,3529
1,0000
22,3529
22,3495
0,0034
0,34
23,6268
1,0000
24,6268
24,6229
0,0039
0,39
24,5114
1,0000
25,5114
25,5071
0,0043
0,43
23,1677
1,0000
24,1677
24,1634
0,0043
0,43
16,7883
1,0000
17,7883
17,7842
0,0041
0,41
24,1511
1,0000
25,1511
25,1464
0,0047
0,47
26,2716
1,0000
27,2716
27,2643
0,0073
0,73
17,6984
1,0000
18,6984
18,6932
0,0052
0,52
27,4561
1,0000
28,4561
28,4497
0,0064
0,64
9. táblázat A minták nedvességtartalma
33
nátl. [%] 0,22
0,49
0,09
0,10
0,26
0,62
0,79
0,3867
0,44
0,63
17. ábra A minták nedvességtartalma
A technológiai (1-5. minta) és a bányászati (6-10. minta) meddő anyagok esetében is minimális nedvességtartalomról beszélhetünk, ugyanis 0,09 %-tól 0,79 %-ig terjedő eredményt mértem. Ez azzal magyarázható, hogy a mintavételezést megelőző több mint egy hónapos időszakban nem esett jelentősebb csapadék. A technológiai meddőnél (1-5. minta) 0,10-0,62 %-ig terjedő a nedvességtartalom. Ezen minták kevesebb finomszemcsés agyagot tartalmaznak (12. ábra), így kevesebb vizet képesek elraktározni melynek köszönhetően a sűrűségtartalmuk is azonosnak mondható (16. ábra). A 2. minta magasabb értékkel rendelkezik, mert a mintavételezésem előtt nem sokkal történt a frissen leválasztott meddős anyag elhelyezése a technológiai meddőhányón. A bányászati (6-10. minta) esetében, magasabbak az értékek, 0,39 % -0,79 % között változik. A 6-10. minta sűrűségfüggvényéből (12. ábra) leolvasható, hogy a finom szemcsék jóval nagyobb számban vannak jelen, így a száraz időszakban fokozatosan, lassan veszítik el a korábban, a kapillárisokban elraktározott vizet.
A
további
vizsgálatokhoz
kiválasztottam
a
mérések
alapján
a
két
legperspektivikusabb mintát. A technológiai folyamat során keletkező (1-5.) minták közül az 1. mintát, melynek CaCO3 tartalma 70,17 % (7. táblázat és 15.ábra); sűrűsége 2,68 (8. táblázat és 16. ábra); nedvességtartalma 0,22 % (9. táblázat és 17. ábra). Az bányászat 34
során keletkező (6-10.) mintái közül a 8. mintát, melynek CaCO3 tartalma 69,9 % (7. táblázat és 15. ábra); sűrűsége 2,69
(8. táblázat és 16. ábra); nedvességtartalma 0,39 %
(9. táblázat és 17. ábra). Ezen minták esetében frakciónként megnéztem a kalcium-karbonát tartalmukat és a sűrűségüket.
1. minta
8. minta 18. ábra A kiválaszttott 1. és 8. minta
7.1.5. Izzítási veszteség frakciónként
Technológiai meddő A kiválasztott technológiai folyamat során keletkező meddő anyag (1. minta) izzítási vesztesége és mészkő tartalma.
Frakció
Δm [-]
0-1 mm
0,1043
1-3 mm
0,1426
Csónak [g]
m1[g]
Csón.+ m1. [g]
Csónak Izz.u [g]
m2 [g]
9,0955
1,0502
9,4584 9,1820
1,0504 1,0503
10,1457
9,8679
0,2778
10,5088 10,2323
10,2298 9,9558
0,2790 0,2765
8,9067 8,8156
1,0500
9,9567
9,5851
0,3716
1,0505
9,8661
9,4946
0,3715
9,5643
1,0500
10,6143
10,2420
0,3723
35
LOI átl. [%]
Égési maradék átl. [%]
CaCO3 átl. [%]
73,55
26,45
60,14
64,60
35,40
80,51
8,7426
1,0502
9,7928
9,3883
0,4045
9,0518 9,8951
1,0504 1,0502
10,1022 10,9453
9,6971 10,5399
0,4051 0,4054
10,1988
1,0502
11,2490
10,8258
0,4232
0,2021
8,7487 8,5253 10,1852
1,0503 1,0503 1,0505
9,7990 9,5756 11,2357
9,3793 9,1547 10,8100
10-16 mm 0,2000
9,4816
1,0504
10,5320
8,6862
1,0504
9,7366
8,8763
1,0502
8,4827
1,0503
9,5135 9,7574
3-5 mm
5-10 mm
0,1298
16-20 mm 0,1064
20-30 mm 0,0872
30-40 mm 0,0277
61,44
38,56
87,69
0,4197 0,4209 0,4257
59,89
40,11
91,21
10,1084
0,4236
59,71
40,29
91,62
9,3163
0,4203
9,9265
9,4960
0,4305
9,5330
9,1042
0,4288
59,04
40,96
93,13
1,0502
10,5637
10,1326
0,4311
1,0503
10,8077
10,3848
0,4229
9,3733
1,0503
10,4236
9,9981
0,4255
59,56
40,44
91,96
9,5362
1,0501
10,5863
10,1605
0,4258
8,8956 9,3923
1,0502 1,0505
9,9458 10,4428
9,5106 10,0082
0,4352 0,4346
58,59
41,41
94,16
8,8014
1,0505
9,8519
9,4169
0,4350
10. táblázat Az 1. minta izzítási vesztesége és CaCO3 tartalma frakciónként
19. ábra Az 1. minta izzítási vesztesége frakciónként Az izzítási veszteség fokozatosan csökken a frakciók szemcseméretének növekedésével. A szemcsék felületére egyre kevesebb szennyező anyag rakódik rá. A < 1 mm-nél 73,55 %ot, a 30-40 mm-es frakciónál 58,59 %-ot kaptam. Az 5 mm-nél nagyobb frakciók esetében 58,59 -59,89 % között volt az izzítási veszteség. A 20 – 30 mm-es frakció esetén kisebb nagyobb agyag agglomerátum volt található a mintában, e miatt az izzítási veszteség minimálisan megemelkedett.
36
20. ábra Az 1. minta CaCO3 tartama frakciónként
A CaCO3 tartalom fokozatosan nőni fog ahogy haladunk a nagyobb szemcsetartomány felé egészen 60,14 %-tól 94,14 %-ig. Az 5 mm-nél durvább frakciók már 91,21 % fölötti mészkő tartalommal rendelkeznek. A 30-40 mm-es frakció esetén felmegy 94,14 %-ig.
Összes frakció 5 mm-nél durvább frakció 5 mm-nél finomabb frakció
Súlyozott átlag [%] 86,43 91,91 77,34
Szórás = Sn* [%] 11,42 1,21 14,29
Relatív szórás [%] 13,21 1,32 18,48
11. táblázat Az 1. minta súlyozott átlaga A frakciókra nézve a CaCO3 tartalom súlyozott átlaga 86,43 %, az átlagtól való eltérés 11,42 %, a relatív szórás pedig 13,21 %. Az osztályozó berendezés segítségével 5 mm-nél elválasztva, a nagyobb szemcseméretű anyag súlyozott átlag 91,91 %-ra, a szórás 1,21 %ra nő, a relatív szórás pedig 1,32 %-ra csökken, míg a kisebb 77,34 %-os mészkőtartalommal rendelkezik. Az 1 minta szétszitált frakcióinak a sűrűsége: Frakciók
0-1 mm
1-3 mm
m1 [g]
m2 [g]
m3 [g]
m4 [g]
Sűrűség [kg/m3]
30,50
47,04
92,16
81,92
2,63
31,16
47,95
92,81
82,48
2,60
31,40
46,36
91,42
82,08
2,66
31,66
47,29
92,46
82,68
2,67
31,49
46,89
91,88
82,33
2,63
34,34
50,90
94,26
83,88
2,68
37
Átlagsűrűség [kg/m3]
2,63
2,66
3-5 mm
5-10 mm
10-16 mm
16-20 mm
20-30 mm
30-40 mm
33,55
46,78
91,55
83,28
2,67
39,92
58,81
103,39
91,59
2,66
37,95
54,79
101,24
90,67
2,69
35,63
54,36
96,80
85,11
2,66
33,26
51,99
95,58
83,90
2,66
34,68
51,15
94,92
84,66
2,65
30,80
53,25
95,45
81,61
2,61
30,73
52,37
94,96
81,40
2,68
30,95
50,05
94,10
82,21
2,65
30,93
52,08
95,28
82,08
2,66
31,00
50,68
94,34
82,12
2,64
30,95
52,27
94,75
81,50
2,64
30,50
47,60
92,64
81,92
2,68
34,30
49,73
93,51
83,87
2,66
31,40
49,39
93,31
82,08
2,66
31,49
52,19
95,20
82,33
2,64
31,16
48,88
93,60
82,48
2,68
33,32
53,90
96,74
84,02
2,62
2,67
2,66
2,64
2,65
2,67
2,65
12. táblázat Az 1. minta sűrűsége frakciónként
21. ábra Az 1. minta sűrűsége frakciónként A sűrűségmérés során kapott eredmények 2,63
és 2,67
között változnak. Az
eredmények részben attól is függ, hogy milyen mértékben volt rátapadva az agyag a mészkőre, ugyanis ez minden képpen kisebb sűrűséget fog eredményezni. Erre példa a < 1 mm (1. frakció) ami 2,63
sűrűséggel rendelkezik, és a mészkő tartalma is csak 60,14 %
(20. ábra). Ebben a tartományban már leginkább anyag található.
38
Bányászati meddő A kiválasztott bányászati folyamat során keletkező meddő anyag (8. minta) izzítási vesztesége és mészkő tartalma.
Frakciók
0 -1 mm
1-3 mm
3-5 mm
5-10 mm
10-16 mm
16-20 mm
20-30 mm
30-40 mm
40-56 mm
Δm [-]
0,0743
0,1168
0,0849
0,1423
0,1762
0,1189
0,1953
0,0318
0,0594
Csónak [g]
m1[g]
Csón.+m1. [g]
Csónak Izz.u [g]
m2 [g]
9,4138
1,0502
10,464
10,1770
0,2870
9,9601
1,0502
11,0103
10,7240
0,2863
8,3791
1,0501
9,4292
9,1457
0,2835
9,0951
1,0502
10,1453
9,7805
0,3648
9,4593
1,0504
10,5097
10,1418
0,3679
9,1824
1,0504
10,2328
9,861
0,3718
8,9069
1,0503
9,9572
9,5826
0,3746
8,8151
1,0500
9,8651
9,4866
0,3785
9,5665
1,0501
10,6166
10,2378
0,3788
8,7388
1,0503
9,7891
9,4004
0,3887
9,0500
1,0505
10,1005
9,7142
0,3863
9,8975
1,0503
10,9478
10,5566
0,3912
10,2004
1,0502
11,2506
10,8486
0,4020
8,7483
1,0503
9,7986
9,3978
0,4008
8,5245
1,0501
9,5746
9,1823
0,3923
10,1865
1,0504
11,2369
10,8351
0,4018
9,4815
1,0502
10,5317
10,1305
0,4012
8,6782
1,0502
9,7284
9,3328
0,3956
8,876
1,0503
9,9263
9,5173
0,4090
8,4819
1,0501
9,5320
9,1258
0,4062
9,5132
1,0500
10,5632
10,1603
0,4029
9,7575
1,0502
10,8077
10,4175
0,3902
9,3729
1,0504
10,4233
10,0444
0,3789
9,5376
1,0503
10,5879
10,2029
0,3850
8,8932
1,0502
9,9434
9,5537
0,3897
9,3905
1,0502
10,4407
10,0477
0,3930
8,8001
1,0501
9,8502
9,4558
0,3944
Égési LOI átl. maradék [%] átl. [%] 72,80
27,207
61,84
64,95
35,05
79,71
64,07
35,93
81,70
62,99
37,01
84,16
62,07
37,93
86,26
61,96
38,04
86,51
61,34
38,66
87,92
63,37
36,63
83,29
62,64
37,36
84,96
13. táblázat A 8. minta izzítási vesztesége és CaCO3 tartalma
39
CaCO3 átl. [%]
22. ábra A 8. minta izzítási vesztesége frakciónként Az izzítási veszteség az 1. mintához hasonlóan (19. ábra) itt is folyamatosan csökkeni fog 72,80 %-tól 58,50 %-ig, de nagyobb lesz a szerves anyag tartalma minden egyes frakciónak. A 20-30 mm-es frakció (22. ábra; 7. szám) esetében megszakad ez a csökkenés, itt 63,37 % lesz a mért izzítási veszteség. A 30 – 40 mm –es illetve a 40 – 56 mm-es frakció esetén agyag rögök fordultak elő az előkészített mintában, mely az eredményeken is látszik.
23. ábra A 8. minta CaCO3 tartalma frakciónként
A CaCO3 tartalom folyamatosan növekszik a szemcseméret növekedésével 61,84 %-tól 87,92 %-ig. A legnagyobb mészkő tartalommal a 20-30 mm-es frakció bír 87,92 %-al.
40
Összes frakció 5 mm-nél durvább frakció 5 mm-nél finomabb frakció
Súlyozott átlag [%] 83,17 86,10 75,51
Szórás = Sn* [%] 7,91 2,12 10,94
Relatív szórás [%] 9,51 2,46 14,48
14. táblázat A 8. minta súlyozott átlaga
A súlyozott átlag 83,17 %, az átlagtól való eltérés 7,91 %, míg a relatív szórás 9,51 % lesz. Itt is egy 5 mm-es lyukbőséggel rendelkező szitalappal elválasztva, az előző mintához hasonlóan az elválasztásnak köszönhetően a CaCO3 tartalom súlyozott átlaga 86,10 %-ra nő, a szórás 2,12 %-ra, míg a relatív szórás 2,46 %-ra csökken. A finomabb anyag 75,51 %-os mészkő tartalommal rendelkezik. Frakciók
0-1 mm
1-3 mm
3-5 mm
5-10 mm
10-16 mm
16-20 mm
20-30 mm
30-40 mm
m1 [g]
m2 [g]
m3 [g]
m4 [g]
Sűrűség [kg/m3]
30,95
45,15
91,03
82,21
2,64
31,00
44,43
90,47
82,12
2,64
30,73
47,69
91,93
81,40
2,64
30,80
46,80
91,61
81,61
2,67
30,93
47,07
92,17
82,08
2,67
30,95
46,24
91,09
81,57
2,65
31,40
47,63
92,23
82,08
2,67
35,63
51,73
95,18
85,11
2,67
34,68
49,80
94,15
84,66
2,69
39,92
57,44
102,62
91,60
2,70
33,55
48,10
92,38
83,28
2,67
37,96
54,50
101,05
90,70
2,67
33,26
50,90
94,93
83,91
2,66
34,34
51,33
94,47
83,88
2,65
31,49
50,83
94,45
82,33
2,68
31,00
48,81
93,27
82,12
2,67
30,93
48,60
93,16
82,08
2,68
30,95
49,09
93,58
82,21
2,68
31,16
51,05
94,93
82,48
2,67
31,42
48,82
93,78
82,87
2,68
30,75
48,15
92,68
81,78
2,68
34,68
53,81
96,52
84,66
2,63
35,63
52,05
95,35
85,11
2,66
31,40
50,91
94,19
82,08
2,64
41
Átlagsűrűség [kg/m3]
2,64
2,66
2,68
2,68
2,67
2,68
2,68
2,64
40-56 mm
30,95
50,17
93,54
81,57
2,65
30,80
48,78
92,93
81,61
2,70
30,73
49,61
93,21
81,40
2,67
2,67
15. táblázat A 8. minta sűrűsége frakciónként
24. ábra A 8. minta sűrűsége frakciónként
A 8. minta frakciónkénti sűrűsége 2,64-2,68
között változik. A legnagyobb 2,68
sűrűséggel a 20-30; 16-20; 5-10 és a 3-5 mm-es frakció rendelkezik. A 20–30 mm-es frakcióhoz 87,92 %-os mészkő tartalommal társul (23. ábra), a 16–20 mm-es 86,26 %-al, a 5-10 mm-es 84,16 %-al míg a 3-5 mm-es 81,7 %-al. Ez alapján a korábbi kijelentésemmel ellentétben nem állítható teljes mértékben, hogy azon esetekben, amikor a frakciók illetve a minták nagy sűrűséggel rendelkeznek akkor a mészkő tartalmuk is magas lesz. Erre további példa még az 1. minta esetében a (21. ábra) 3-5 mm-es és 20-30 mm-es frakció, ahol 2,67
a sűrűséggel rendelkeznek a de mészkő tartalmuk a 87,69 és 91,96 %.
7.2. Technológiai vizsgálat A szakirodalomban találtak alapján a bányászati és a technológiai folyamat során keletkező meddős anyag megtisztítása történhet mosódobban, melynek köszönhetően a
42
kinyert mészkő olyan tisztaságú lesz, hogy a bánya őrlőüzemének alapanyagául szolgálhat. A technológiai és bányászati meddő vizsgálata a 6.3-as fejezetben leírtak alapján történt.
7.2.1. Technológiai meddő Az 5 mm-es előszitán fennmaradt durva anyagot, egy mosódobba helyeztem, különböző időtartamra.
Tömeg [g]
1. minta
Tömegkihozatal [%]
Feladás [g]
x > 5 mm [g]
x < 5 mm [g]
x > 5 mm [%]
x < 5 mm [%]
4.perc
3473
3232
240,3
93,06
6,92
8.perc
3385,9
3138,2
242,8
92,68
7,17
12.perc
4189,1
3761,6
421,2
89,79
10,05
91,85
8,05
Mosódobból való kihordás
99,89
16. táblázat Az 1.minták víztelenítő szitálás után
Az attritálást követő, újbóli átszitálásnak köszönhetően a szita felső részén maradó tömegkihozatal 93,06 %; 92, 68% és 89,79 % -ra csökken. A visszamért anyagok esetében megfigyelhető, hogy a mosó berendezésben való benntartózkodási idő függvényében a finom szemek mennyisége fokozatosan nő, míg a durvábbé csökken, így kapva minél tisztább anyagot. A tömegkihozatalok esetében látható, hogy a mérés során nem volt 100 %-os a mosódobból való kihordás, csak 99,89 %., vagyis 0,11 % veszteségem volt ami elhanyagolható. Minta
1 minta: 4 perc
1 minta: 8 perc
1 minta: 12 perc
Csónak [g]
m1[g]
Csón.+m1. Csónak Izz.u [g] [g]
8,9084
1,0502
9,9586
9,5366
0,4220
10,2000
1,0502
11,2502
10,8266
0,4236
9,5662
1,0503
10,6165
10,1925
0,4240
9,5152
1,0503
10,5655
10,1400
0,4255
9,3753
1,0503
10,4256
10,0025
0,4231
9,0526
1,0502
10,1028
9,6790
0,4238
8,8779
1,0503
9,9282
9,5047
0,4235
8,8951
1,0504
9,9455
9,5220
0,4235
9,5376
1,0502
10,5878
10,1671
0,4207
m2 [g]
LOI átl. [%]
Égési maradék átl. [%]
CaCO3 átl. [%]
59,70
40,30
91,63
59,62
40,38
91,83
59,77
40,23
91,49
17. táblázat A tisztított x > 5 mm 1. minták CaCO3 tartalma 43
91,65
Az 1. minta tisztított állapotban 91,49 % -91,83 %-os mészkő tartalommal rendelkezik. A három mérést átlagolva 91,65 % eredményt kaptam, amely kis mértékben marad el a (11. táblázat) 91,91 %-os mészkő tartalomtól. Ez a 0,26 %-os különbség hibahatáron belül van még és azért lehetséges, mert a technológiai folyamat során leválasztott előtört meddős anyag sokkal tisztább (18. ábra), nincs a felületére tapadva annyi szennyezőanyag, amit az attritáló berendezéssel le tudnánk tisztítani.
Minta
1 minta: 4 perc
1 minta: 8 perc
1 minta: 12 perc
Csónak [g]
Csón.+m1. Csónak Izz.u [g] m1[g] [g]
m2 [g]
9,4835
1,0502
10,5337
10,2269
0,3068
9,0528
1,0503
10,1031
9,7963
0,3068
9,5152
1,0502
10,5654
10,2583
0,3071
9,3758
1,0502
10,4260
10,1089
0,3171
9,5658
1,0500
10,6158
10,2971
0,3187
8,8777
1,0501
9,9278
9,6108
0,3170
9,4585
1,0504
10,5089
10,1592
0,3497
10,1871
1,0502
11,2373
10,8876
0,3497
8,5267
1,0502
9,5769
9,2285
0,3484
LOI átl [%]..
Égési maradék átl. [%]
CaCO3 átl. [%]
70,78
29,22
66,45
69,76
30,24
68,78
66,75
33,26
75,62
70,28
18. táblázat A tisztított x < 5 mm 1. minták CaCO3 tartalma Az 5 mm-nél finomabb szemcsék esetén a mészkő tartalom folyamatosan nő a mosási idővel. A 4 perces bent tartózkodás idő esetén 66,45 %-os, míg a 12 percesnél 75,62 % -os kalcium-karbonát tartalmat mértem. A korábban számolt (11. táblázat) 5 mm-nél kisebb szemcsék mészkőtartalma 77,34 %, de a mosásnak köszönhetően ez az érték átlagosan 70,28 %-ra csökkent.
44
25. ábra Technológiai meddő (1.minta) mosás előtt és után 7.2.2. Bányászati meddő A bányászati meddő esetében is ugyan úgy jártam el mint a 7.2.1.-es fejezetben leírt technológiai meddőnél. A mosódob után víztelenítő szitán átszitált anyag tömegkihozatala. Tömeg [g]
8. minta
Tömegkihozatal [%]
Feladás [g]
x > 5 mm [g]
x < 5 mm [g]
x > 5 mm [%]
x < 5 mm [%]
4.perc
1884,5
1653,7
227,6
87,75
12,08
8.perc
1994,4
1717,3
273,2
86,11
13,70
12.perc
4449,2
3813,6
627,6
85,71
14,11
86,52
13,29
Mosódobból való kihordás
99,82
19. táblázat A 8. minták víztelenítő szitálás után
Az 1. mintához (16. táblázat) viszonyítva, kevesebb lesz a mosódob utáni szitán fennmaradó durva anyag tömegkihozatala, ugyanis a feladásban előfordultak nagyméretű agyag agglomerátumok is (vi és vii melléklet), melyek az attritálásnak köszönhetően szétestek és a finomszem tartalom növekedését eredményezte. A malomból való kihordás 99,82 %-os volt.
45
Minta
8 minta: 4 perc
8 minta: 8 perc
8 minta: 12 perc
Csónak [g]
m1[g]
Csón.+ m1. [g]
Csónak Izz.u [g]
m2 [g]
8,7417
1,0502
9,7919
9,3703
0,4216
9,4594
1,0504
10,5098
10,0890
0,4208
9,0964
1,0504
10,1468
9,7261
0,4207
8,8029
1,0502
9,8531
9,4337
0,4194
8,7502
1,0502
9,8004
9,3818
0,4186
8,5268
1,0502
9,5770
9,1573
0,4197
9,4829
1,0502
10,5331
10,1106
0,4225
10,1875
1,0501
11,2376
10,8154
0,4222
9,3933
1,0502
10,4435
10,0215
0,4220
LOI átl. [%].
Égési maradék átl. [%]
CaCO3 átl. [%]
59,9
40,09
91,15
60,08
39,92
90,78
59,79
40,21
91,43
91,12
20. táblázat A tisztított x > 5 mm 8. minták CaCO3 tartalma A mosott és víztelenített minták 90,78 % -91,43 %-os mészkő tartalommal rendelkeznek. A három mérést átlagolva 91,12 %-os eredményt kaptam a mosást követően, mely nagyobb a számolt 86,10 %-os (a 14. táblázatban) súlyozott átlagnál.
Csónak [g]
m1[g]
Csón.+ m1 [g]
8,7509
1,0502
9,8011
9,4936
0,3075
9,3935
1,0504
10,4439
10,1356
0,3083
9,5368
1,0503
10,5871
10,2789
0,3082
8,9080
1,0503
9,9583
9,6373
0,3210
8,7411
1,0502
9,7913
9,4700
0,3213
10,1993
1,0505
11,2498
10,9271
0,3227
9,0965
1,0502
10,1467
9,8239
0,3228
8,8954
1,0501
9,9455
9,6227
0,3228
8,8032
1,0501
9,8533
9,5306
0,3227
Minta
8 minta: 4 perc
8 minta: 8 perc
8 minta: 12 perc
Csónak Izz.u [g]
m2 [g]
LOI átl. [%]
Égési maradék átl. [%]
CaCO3 átl. [%]
70,68
29,33
66,68
69,37
30,63
69,64
69,26
30,74
69,89
68,74
21. táblázat A tisztított x < 5 mm 8. minták CaCO3 tartalma A mosásnak köszönhetően az 5 mm alatti anyag mészkő tartalma itt is folyamatosan nő, minél több időt töltött bent a feladott anyag az attritáló berendezésben. A 14. táblázatban számított 75,51 %-os súlyozott átlaghoz képest kisebbet a minták átlagos kalcium-karbonát tartalma.
46
26. ábra A bányászati meddő (8. minta) mosás előtt és után
Egyes minták x > 5 mm esetében fellelhető volt még néhány anyag agglomerátum, de ezek olyan minimális mennyiségben voltak jelen, ami nem befolyásolja a mészkő tartalmat már. A száraz anyag agglomerátumok ugyanis a vízben nehezen esnek szét, ilyen állapotukban átlagosan 50-70 %-os vízfelvételre képesek melynek köszönhetően térfogatuk nőni fog, majd kiszáradt állapotukban hajlamosak a zsugorodásra, ezt a felületükön létrejövő száradási repedésekkel bizonyítható..
8.minta 4 perc
1.minta 8 perc
27. ábra Mosás utáni agyag szemcsék
47
Az v és vi mellékletben látható, hogy a 4 perces mosás esetében még maradt a mészkő felületén agyag, a 8 perces esetében már kevésbé, míg a 12 perces esetében már teljesen megtisztult a mészkő.
28. ábra Az 1. és 8. minta CaCO3 tartalma a mosási idő függvényében
A mosásnak köszönhetően 90,78 % -91,83 %-ig terjedő mészkő tartalmat sikerült elérnem. A 28. ábra alapján a 4 perces időtartamot javasolnám az optimális mosási időnek, ugyanis a 8 perces esetében mértem a legmagasabb és a legalacsonyabb mészkőtartalmat. A 12 percesnél közel azonos a CaCO3 tartalom, de gazdaságilag nem kifizetődő, hiszen a 4 perces mosás utáni tisztaság is eladható már a feldolgozást követően.
8. Javaslat Az üzem törzsfájának számítását 7.2. Technológiai vizsgálat alapján végeztem mind a két minta esetében külön-külön. A 2012. évben kitermelt anyag mennyisége 950e t volt, ebből 95e t a technológiai és 310e t a bányászati meddő anyag. A kitermelt és feldolgozásra kerülő mennyiség a jövőben a kereslet ingadozása miatt változhat, ezért számoltam a 2012. évi kitermelt mennyiségekkel [23]. 48
Az üzem terveim szerint áprilistól októberig termel, havi szinten 22 nappal és napi 16 órával. Az üzemórák száma éves szinten 2464 h (tüzem = 7 hónap
22 nap
16 óra =
2464 h). Kapacitás a technológiai folyamat során keletkező meddő anyag esetében: = 38,56 ,
ü
Kapacitás a bányászati folyamat során keletkező meddő anyag esetében: =125,81 ,
ü
Ahol Q = a feldolgozandó anyag mennyisége [t] A szitaberendezésnek köszönhetően 2 termékes lesz az elválasztás, egy durva és egy finom termék keletkezik. Az tömegkihozatalok ismeretében meghatározható, hogy a feladásból milyen mennyiségű finom illetve durva anyag kerül leválasztásra és feladásra a további berendezésre. Például: ha a feladás 38,56
és a szitén fent maradó mennyiség 62,34 %
akkor a további berendezésre 0,3856 62,34 = 24,04
anyagmennyiség kerül rá.
Az elő és víztelenítő szita méretezése az alábbi módon történt: A szita feldolgozó képessége: Ahol:
(1)
= az üzem kapacitása = az anyag halmazsűrűsége itt: - technológiai meddő esetén: 1,7 - bányászati meddő esetén: 2
Felülete: A
(2)
Ahol: Q = a szita feldolgozó képessége q = fajlagos feldolgozó képesség síkszita esetén 0,5-1,0 változik, itt 0,75 x = az elválasztási szemcseméret [mm], itt 5 mm Teljes szitafelület: At = 1,2 A
(3)
L = 3B, ahol L a szitalap szélessége, a B a hosszúsága A = LB A = 3B2 B =
[m]
(5)
49
(4)
között
8.1. Technológiai meddő A technológiai meddő (1. minta) esetén a feladott anyag mennyisége 35,56
, kezdeti
kalcium-karbonát tartalma 70,17 % volt (7. táblázat). Az előszita 5 mm-es nyílásméretén áthulló finomabb része a feladás 37,66 %-át adja az eloszlásfüggvény szerint (10. ábra és iii melléklet) ez 14,52 -t jelent, a fent maradó mennyiség 62,34 % és 24,04 -t. A mészkő tartalmuk az 5 mm-es szitán való elválasztást követően 77,34 % és 91,91 % (11. táblázat). Az előszitának köszönhetően a kezdeti 70,17 %-os mészkőtartalom az 5 mm-nél durvább szemcsék esetében már 91,91 %-os, így ebben az esetben további tisztítás nem szükséges, illetve a finomabb rész további felhasználásra nem alkalmas.
29. ábra Az 1. minta folyamatábrája
8.2. Bányászati meddő A bányászati meddő (8. minta) esetén a feladott anyag mennyisége 125,81 , kezdeti kalcium-karbonát tartalma 69,90 % volt (7. táblázat). Az előszita 5 mm-nél finomabb része az eloszlásfüggvény szerint (10. ábra és iv melléklet) 27,60 % és 34,72
, a fent maradó
72,40 % és 91,09 . Mészkő tartalmuk az 5mm-es szitán való elválasztást követően 75,51 % és 86,10 % (14. táblázat). A finom rész leválasztása itt is megtörténik. Az 5 mm-nél durvább anyag egy mosódobba kerül, melyben 4 percet tartózkodik. Ezt követően továbbvezetődik egy 5 mm-es víztelenítő szitára. áthulló anyag mennyisége 12,08 % 11,00
, a fent maradó 87,75 % (19. táblázat) 79,93
-val. A mosás hatására
leválasztásra kerülő finomabb rész mészkő tartalma 66,68% , míg a durvább rész esetében 91,15 %. Az 5 mm-es lyukbőséggel rendelkező víztelenítő szitán leválasztott finomszemcsés anyag egy présszűrőre vezetődik tovább, melynek köszönhetően a szűrlet a tisztítását 50
követően újra használható a mosó berendezésben, így biztosítva a zárt körfolyamatot, a szűrt lepény pedig deponálásra kerül.
30. ábra A 8. minta folyamatábrája
A meddő anyag tisztítását hasznosnak vélem, ugyanis 1. táblázat alapján az erősen szennyezett anyagból előbb közepes majd alacsony szennyezettségűt sikerült előállítanom., mely mind a két esetben a végtermék tisztaságát illetően értékesíthető festék, töltőanyagok, műanyagok
gyártásához;
papírbevonatokhoz,
a
füstgáz
kéntelenítésére
illetve
mezőgazdasági célokra.
8.3. Berendezések A sziták méretezése a 8. fejezetben leírtak alapján történt. Előszita:
1. minta esetén
8. minta esetén
Q = 22,68
Q = 62,91
(1)
A = 6,05
A = 16,77
(2)
At = 7,26
At = 20,13
(3)
B = 1,56 m
B = 2,59 m
(4)
51
L = 4,67 m
L = 7,77 m
(5)
Az előszita kiválasztásánál a nagyobb mennyiségben jelenlévő mintához szükséges méretezni. Ebben az esetben a 8. minta az. Ezért berendezésnek a SANDVIK CS 216 D 2700 8000 típusát javasolom, mely több síkú nedves szitaként is alkalmazható [17].
Víztelenítő szita: Víztelenítő szita használata csak a bányászati meddő (8. minta) esetén szükséges, melynek méretei az alábbiak: Q = 45,54
(1)
A = 12,15
(2)
At = 14,57
(3)
B = 2,20 m
(4)
L = 6,61 m
(5)
Víztelenítő szitának a SANDVIK CS 173 D 2400 7200 típusú berendezést javasolom mely az előző szitához hasonlóan több síkú nedves szitaként is alkalmazható [17]. Mosódob: Mosódob használata csak a bányászati meddő (8. minta) esetén szükséges, mely a ráadott anyagmennyiség szerint 91,09 . A NEYRTEC 17,5 50 1750 5000-es berendezésre 30-120
kapacitású anyag adható fel
220 mm-es maximális szemcsemérettel. A meghajtó motor teljesítménye 18 kW [18]. Présszűrő: Présszűrőre csak a bányászati meddő (8. minta) esetén van szükség Q = 11,00 A víztenelítő szita alsó finom termékének szűrésére a PP Filter Press India által gyártott PPFP-14 350 350 filter mérettel, 2,07 m2 szűrőfelülettel és 31 rendelkezik [19].
52
tároló kapacitással
9. Összefoglalás Szakdolgozatomban az Omya Hungária Kft. felnémeti bányájából származó meddő anyagot vizsgáltam. A bánya művelése és a mészkő feldolgozása során, jelentős mennyiségű agyag által szennyezett meddő anyag keletkezik, illetve kerül leválasztásra. Elhelyezése 2 különböző erre a célra kijelölt meddőhányón történik, ugyanis a technológiai folyamat során keletkező meddő még tovább árusítható, ezzel szemben a bányászati nem. A mintavételezés során mind a 2 helyről 5 technológiai és 5 bányászati mintát vettem. Első sorban a vett minták mészkőtartalmát vizsgáltam, melyből kiderült, hogy a technológiai folyamat során keletkező meddő anyag homogénebb, ugyanis mészkő tartalma 66,01% -70,17 % -os szűk tartományon mozog, a sűrűsége 2,68-2,69
változik a
kevés szennyezőanyag miatt és a nedvességtartalma is minimálisnak mondható. Ezzel szemben a bányászati folyamat során keletkező meddő anyag kalcium-karbonát tartalma 57,23 %-tól 69,9 % közötti, sűrűsége 2,57 -2,69
közötti, a nedvességtartalma pedig
minden minta esetében magasnak mondható. A minták átlagos mészkő tartalma 66,60 %. A további szisztematikus vizsgálatokhoz, kiválasztottam a 2 legperspektivikusabb mintát a bányászati és technológiai folyamat során keletkező meddő anyagból és frakciónként megvizsgáltam a mészkő tartalmukat és sűrűségüket. Azon frakciók esetében, amelyek magas mészkő tartalommal rendelkeztek, a kőzetre jellemző 2,7
körüli
sűrűséget mértem, vagyis a mészkőtartalom és a sűrűség kapcsolatban állnak. A továbbiakban technológiai vizsgálatot folytattam, melynél már az előszitálásnál megnőtt a minta CaCO3 tartalma, így elegendő lett volna egy osztályozást alkalmazni, de attritálásnak vetettem alá az anyagot különböző ideig, majd újra átszitáltam. Optimális benntartózkodási időnek a 4 percet határoztam meg, melynek köszönhetően mind a 2 minta 91 % feletti mészkő tartalommal rendelkezik, így már az üzem alapanyagául szolgálhat és feldolgozást követően értékesíthető festék, töltőanyagok, műanyagok gyártásához; papírbevonatokhoz, a füstgáz kéntelenítésére illetve mezőgazdasági célokra. Végül a technológiai vizsgálat során lemodellezett törzsfa és a korábban mért eredmények alapján kiszámoltam a szükséges berendezések méretét és berendezést javasoltam hozzá. Úgy vélem a javasolt tisztítási eljárás megfelelő a cég számára, ugyanis a kezdeti erősen szennyezett 66,60 %-os mészkőből előbb egy közepesen majd egy alacsonyan 53
szennyezettet
sikerül
előállítanom 91
%
felettit
értékkel,
ezért
a
minimális
eszközráfordítással illetve az abba való beruházással a megtisztított mészkő mindenképpen hosszú távú profitot jelenthet a cég számára.
Mosonyi Hedvig Tekla nyersanyagelőkészítési szakirány
....................................................
54
10. Summary In my thesis I worked with the waste material received from a limestone mine belonging to Omya Hungária Kft. During the mining and processing of the raw limestone, lots of mining waste is separated, which is tainted by clay. This waste is placed into two waste stockpiles, because the waste from the mining process cannot be sold, but the waste created by the processing of limestone can. I collected my samples from both stockpiles, five from each. First of all, I examined the calcium-carbonate content of the samples. The tests showed, that the CaCO 3 content of the waste created during the processing is more homogenous, its calcium-carbonate content is between 66,01-70,17%, the density varies between 2,68-2,69 kg/m3 and the water content is low. On the other hand, the calcium-carbonate content of the mining waste is between 57,23-69,9%, its density is between 2,57-2,69 kg/m3 and its water content is always rather high. The average CaCO3 content of the samples is 66,60%. A also choose two of the samples (one from each stockpile) to test their calcium-carbonate content and density by fraction. The specific density of the limestone is 2,7 kg/m3 and the fractions with high calcium carbonate content also showed this property. It is therefore obvious, that the calcium-carbonate content of a sample and its density are interconnected properties. In the next part of my thesis, I examined the effect of the different steps of processing on the CaCO3 content. The calcium-carbonate content has grown even during the primary screening, and even though more steps were not needed to reach the desired purity, I decided to wash the materials for different time periods and after another screening, I checked the calcium-carbonate content once again. I ascertained from these results, that the more time the sample spent in the washing drum. From these measurements I determined that the optimal washing time is 4 minutes, after which both of the samples had more than 91% CaCO3 content, thus this material can be used for further processing, after which it is ideal for agricultural and desulphurization purposes, as well as for the production of paints, fillers and plastics. In the last step I calculated the size of the necessary equipment and choose them accordingly from different catalogues.
55
In my opinion, the recommended cleaning process is suitable for the company, as the starting 66,60% calcium-carbonate content could be increased by as much as 24,40%. So with the minimal of expenditures and investments a much better quality can be reached.
56
11. Köszönetnyilvánítás Ez úton szeretném megköszönni, Dr. Mucsi Gábor egyetemi docensnek és külső konzulensemnek Dr. Nagy Lajos okleveles bányamérnöknek, hogy végig segítették munkámat szakmai tudásukkal, hasznos tanácsokkal illetve megfelelő utasításokkal láttak el és türelemmel voltak irányomba. Továbbá köszönetemet szeretném még kifejezni a műhelycsarnokban dolgozóknak, hogy a mérőberendezéseket hozzáférhetővé tették számomra. Végül de nem utolsó sorban szeretném megköszönni, barátaimnak a támogatást és azokat a felejthetetlen, jókedvben eltöltött órákat a laborban amik segítettek átlendülni a nehéz pillanatokon. A tanulmány a TÁMOP-4.2.2.A-11/1KONV-2012-0005 jelű projekt részeként, a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ tevékenységének részeként az Új Széchényi Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Köszönöm szépen ! Jó Szerencsét !
57
Irodalomjegyzék [1]
B. Csőke, Á. Rácz, G. Mucsi (2013): Determination of the Bond work index of binary mixtures by different methods (2013): International Journal of Mineral Processing 123, 78-86.
[2]
Bőhm J., Dr. Csőke B., Dr. Schultz Gy. És Dr. Tompos E.: Ásványelőkészítési mérések és laboratóriumi gyakorlatok (Tankönyvkiadó, Budapest, 1987) 34-143.
[3]
Bányaművelési térkép 2013. márciusi állapot (részlet)
[4]
Dr. Csőke Barnabás (2009): Ásványi nyersanyagok előkészítése (Oktatási segédlet; 2009)
[5]
Dr. Faitli J. (2012): Mintavételezés előkészítőművekben. (Miskolci Egyetem, 2012)
[6]
Dr. Tarján Gusztáv (1969): Ásványelőkészítés II. (Tankönyvkiadó, Budapest, 1969) 168-217.
[7]
Ed. by F. Wolfgang Tegethoff. In collab. with Johannes R. and Evelyn K.(2001): Calcium carbonate: from the Cretaceous Period into the 21st centry (Basel; Boston; Berlin; Birkhäuser, 2001) 178-192.
[8]
Hartai Éva (2008): Teleptani alapismeretek oktatási segédlet a Műszaki Földtudományi Kar hallgatói számára (Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Ásványtani-Földtani Intézet; Miskolc; 2008)46-47
[9]
Jantsky Béla (1966): Ásványtelepeink földtana (Nyersanyag lelőhelyeink) Műszaki könyvkiadó, Budapest 1966 ; 307 oldal:
[10] Jessica E. K., Nikhil C. T., James M. B. and Stanley T. K. (2006): 7th edition Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, And Uses (SME, 2006) 592593. [11] Loss on ignition (LOI) procedures http://www.pitt.edu/~mabbott1/climate/mark/Teaching/GEOL_3931_PaleoAnalysis/ 0909LOIProtocol.pdf 2013.11.16. [12] https://scholarworks.iu.edu/dspace/bitstream/handle/2022/217/B27.pdf?sequence=1 2013.11.12. [13] http://www.bgs.ac.uk/research/international/dfid-kar/WG92029_col.pdf 2013.11.12. [14] http://www.uni-miskolc.hu/~wwwejt/images/4qkhow45td.jpg 2013.11.17. [15] http://www.gtt.bme.hu/gtt/oktatas/feltoltesek/BMEEOGTAT13/bme_talajmechanika _eloadas_jegyzet.pdf 2013.10.10. [19. Oldal] 58
[16] http://www.hs-merseburg.de/~merkling/Tabelle_Schuttdichten.pdf 2013.11.19. [17] http://www.miningandconstruction.sandvik.com/sandvik/9082/Internet/S002630. nsf/Alldocs/Products*5CCrushers*and*screens*5CScreens*2AFF*screens/$file/Scre ens%20ENG.pdf 2013.11.19. [18] http://www.neyrtec.com/bases/images/equipement/gamme/1/ROLOFLUX_ REV_4.pdf 2013.11.19. [19] http://www.pressfilters.com/wp-content/uploads/2011/04/Filter-Press-ProductCatalog.pdf 2013.11.19. [20] Oates, Joseph A.H. (1998): Lime and limestone: chemistry and technology, production and uses (Wiley-VCH; Weinheim; 1998) 9-50. [21] OMYA Hungária Kft „Eger III-Mészkő” védőnevű bányateleken lévő mészkőbánya kitermelési műszaki üzemi terve 2011-2015. évekre (2010. október) 3-15 [22] OMYA Hungária Mészkőfeldolgozó Kft. Eger Teljeskörű környezetvédelmi felülvizsgálat (2003-2008) 3-82. [23] Omya Hungária Kft.Nemfémes ásványi nyersanyag vagyon változás és meddő változás 2012. év folyamán [24] Pápay László (2006):Kristálytan, ásvány-, kőzettan (JAT EPress; Szeged; 2006) 237-261. [25] Rainer Köthe (2008): Természetbúvár A Föld és a világűr ( Tessloff és Babilon Kiadói Kft.; Budapest; 2008) 111-113. [26] Szakáll Sándor (2007): Ásványrendszertan (Miskolci Egyetemi Kiadó; Miskolc; 2007) 128-139. [27] Török Ákos (2007): Geológia mérnököknek, (Műegyetemi Kiadó, Budapest, 2007) 118-149
59
Melléklet I. A mintavételi pontok panoráma képei I.1. Technológiai meddőhányó mintavételi pontjai
1.mintavételi pont
2. mintavételi pont
3. mintavételi pont
4. mintavételi pont
5. mintavételi pont i
I.2. A bányászati meddőhányó mintavételi pontjai
6. mintavételi pont
7. mintavételi pont
8. mintavételi pont
9. mintavételi pont
10. mintavételi pont
ii
II. Eloszlás, - és sűrűségfüggvény II.1. Technológia meddő minták eloszlás,- és sűrűségfüggvénye
iii
II.2. Bányászati meddő minták eloszlás,- és sűrűségfüggvénye
iv
III. Mosás utáni állapot III.1. Technológiai meddő
1. minta 4 perc
1. minta 8 perc
v
1. minta 12 perc III.2. Bányászati meddő
1. minta 4 perc
vi
8. minta 8 perc
8. minta 12 perc
vii
