minerały ciężkie ze złoża kruszyw naturalnych w rakowicach koło

Nr 87
Prace Naukowe Instytutu Górnictwa
Politechniki Wrocławskiej
Nr 87
Nr 28
2000
Studia i Materiały
minerały ciężkie, odpady mineralne,
kruszywa naturalne, wzbogacanie grawitacyjne
Andrzej ŁUSZCZKIEWICZ *
MINERAŁY CIĘŻKIE ZE ZŁOŻA KRUSZYW NATURALNYCH
W RAKOWICACH KOŁO LWÓWKA ŚLĄSKIEGO
Opisano właściwości drobnoziarnistych odpadów z płukania żwirów i piasków z doliny Bobru
wydobywanych z w kopalni w Rakowicach koło Lwówka Śląskiego na Dolnym Śląsku. Na podstawie wieloletnich badań próbek pobieranych z osadnika odpadów w Rakowicach stwierdzono, że
zawierają one przeciętnie około 4% frakcji minerałów ciężkich. Frakcję tą tworzy głównie magnetyt, tytanomagnetyt, ilmenit, minerały z grupy amfiboli i epidotu oraz niewielkie ilości cyrkonu, rutylu, granatów, turmalinu i złota rodzimego. Wzbogacanie grawitacyjne próbek tych odpadów wykazało, ze możliwe jest otrzymywanie koncentratów zawierających ponad 90% frakcji minerałów
ciężkich z uzyskami tej frakcji rzędu 70–80%. Do koncentratów tych przechodzą minerały tytanu z
uzyskami powyżej 80% oraz minerały cyrkonu i metali ziem rzadkich z uzyskami przekraczającymi
90%. Według szacunku autora z odpadami z tego zakładu deponowano rocznie około 1300 Mg minerałów ciężkich możliwych do pozyskania w postaci takiego koncentratu. Te dane ilościowe są
wielokrotnie większe od danych dotyczących tego samego materiału podawane przez innych badaczy. Rozbieżności te, zdaniem autora, są wynikiem niepoprawnej metodyki badań zawartości minerałów ciężkich stosowanej przez tych badaczy.
WSTĘP
Minerały ciężkie jako akcesoryczne składniki skał osadowych odgrywają istotną
rolę w rozwiązywaniu różnych zagadnień petrograficznych i stratygraficznych oraz
mogą mieć znaczenie przemysłowe. Minerały ciężkie o znaczeniu przemysłowym takie jak ilmenit, rutyl, cyrkon, kasyteryt, monacyt oraz złoto rodzime i inne, są pozyskiwane ze złóż własnych, głównie okruchowych, a także jako kopalina towarzysząca
przy wydobyciu i przeróbce innych surowców okruchowych, zwłaszcza kruszyw naturalnych. Nośnikiem minerałów ciężkich w surowcach okruchowych są ich frakcje piaskowe (Gomes i inni 1979, Łuszczkiewicz i Nawrocki 1990).
Dolny Śląsk jest rejonem, w którym występują liczne surowce okruchowe, przeważnie genetycznie związane z krystalicznym masywem Sudetów (Grodzicki 1990).
Surowce te w postaci żwirów i piasków wykorzystywane są głównie przez przemysł
budowlany.
__________
28
* Politechnika Wrocławska, Instytut Górnictwa, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław
W Rakowicach koło Lwówka Śląskiego eksploatowane jest złoże czwartorzędowych osadów żwirowo-piaszczystych związane ze środkowym biegiem rzeki Bóbr.
Materiał skalny wchodzący w skład surowca okruchowego pochodzi głównie z masywów sudeckich jednak zawiera także pewną ilość materiału pochodzenia skandynawskiego (Grocholski i Milewicz 1958). Żwirownia w rejonie Rakowic Wielkich koło
Lwówka Śląskiego należy do największych kopalń kruszyw naturalnych w Polsce
i prowadzi wydobycie od blisko 30 lat. Układ wydobywczo-przeróbczy tej kopalni
obejmuje typowe, dla żwirowni o dużej wydajności, rozwiązania. Na rys. 1 pokazano
ogólny schemat takiego układu. Materiał wydobywany jest ze złoża metodą podwodną przez jednostki pływające skąd barkami kieruje się go do usytuowanego na lądzie
zakładu przeróbczego, gdzie poddawany jest klasyfikacji ziarnowej. Z procesu tego
otrzymuje się handlowe sortymenty żwirów i piasków płukanych oraz drobnoziarnisty
odpad, kierowany w postaci zawiesiny, do stawu osadowego lub do wyeksploatowanej
części złoża. Urządzenie odwadniające
Nadawa
dolny najdrobniejszy produkt mokrego
(materiał wydobyty
przesiewania posiada czerpaki kubełkoze złoża)
we wykonane z perforowanej blachy
z podłużnymi otworami o szerokości
1 mm. Odmywanie piasków na takim
urządzeniu jest głównie procesem od- 2mm
+16mm
Przesiewanie
mulania, z którego materiał wynoszony
na mokro
w kubełku stanowi handlowy piasek
+2mm
płukany a materiał przechodzący przez
Kruszenie
otwory kubełków jest odpadem. Odpad
Odwadnianie
K
ten składa się w przewadze z drobnoziarnistych piasków, kwarcowych (mużwir
odpady (muły
piasek
łów) i materiału ilastego. Ze względu na
płukany
i drobnoziarnisty płukany
2-16 mm
piasek)
0-2 mm
niedokładność takiej klasyfikacji ziarnowej
do odpadu przechodzi znaczna
część
zia-ren
grubszych o średnicach
Rys. 1. Schemat typowego układu technologicznego
zakładu przeróbczego kruszywa naturalnego
do 1 i 2 mm. We wcześniejszych pra(żwirowni)
cach autora (Łuszczkiewicz 1988 i
Fig. 1. Typical flow-sheet of sand and gravel
1990), przebadano kilkadziesiąt takich
operations
drobnoziarnistych odpadów z płukania
kruszyw naturalnych z większości żwirowni na Dolnym Śląsku i stwierdzono, że w odpadach tych
obecne są znaczące ilościowo koncentracje minerałów ciężkich. W odmulonej klasie
ziarnowej –0,5 mm odpadów z zakładu przeróbczego kopalni żwirów w Rakowicach,
29
w wielu próbach pobieranych na przestrzeni kilku lat, stwierdzono obecność od 2,6 do
5,4% frakcji minerałów ciężkich. Frakcję tę tworzą głównie ilmenit i magnetyt przy
niewielkiej zawartości cyrkonu i monacytu. W jednej z cytowanych prac (Łuszczkiewicz 1990), dokonano pełnego bilansu bieżącej produkcji na podstawie przeprowadzonego równoczesnego (w czasie jednej zmiany produkcyjnej) opróbowania strumienia nadawy, odpadów i produktów handlowych tego zakładu. Bilans ten zestawiono w
tabeli 1.
Tabela 1
Bilans klasy ziarnowej –0,5mm oraz zawartych w nich frakcji minerałów ciężkich
w produktach żwirowni w Rakowicach (Łuszczkiewicz 1990)
Zawartość
Uzysk
minerałów ciężkich
w klasie 0,5mm, % w klasie –0,5mm, %
Produkty
Wychód produktu*
%
Zawartość
klasy –0,5mm, %
Odpad
6,23
58,11
2,58
38,08
Piasek płukany
24,77
35,10
1,63
57,77
Żwir płukany
69,00
1,20
1,23
4,15
Nadawa z bilansu
100,0
13,15
0,25**
100,0
17,26
0,31**
Nadawa oznaczona
* dane potwierdzone przez zakład w Rakowicach
** zawartości w „surowej” (pierwotnej) nadawie
Obecność różnych zespołów minerałów ciężkich w materiale okruchowym z doliny Bobru w okolicach Lwówka Śląskiego sygnalizuje Grodzicki (1977). Autor ten
jednak zajmował się głównie obecnością złota rodzimego, co szczegółowo opisuje w
innej pracy (Grodzicki 1972). Złoto wydzielone z odpadów z płukania pasków i żwirów w Rakowicach opisano w pracy Łuszczkiewicza i Muszera (1999). Występowanie
złota i innych minerałów ciężkich, miedzy innymi z doliny Bobru, badali również
Jęczmyk i Wojciechowski (1993 i 1994) oraz Wojciechowski (1993, 1994). Autorzy ci
opisują liczne złoża kruszyw naturalnych w Polsce oraz podają charakterystykę odpadów z zakładów je wydobywających. Potwierdzają także opisane wcześniej przez autora (Łuszczkiewicz 1988 i 1990) występowanie w tych odpadach innych, poza złotem rodzimym, minerałów ciężkich takich jak: ilmenit, magnetyt, cyrkon i monacyt.
W odpadach piaskowo-mułowych z zakładu w Rakowicach, Wojciechowski (1993)
stwierdza obecność 400–500 g/m3 frakcji minerałów ciężkich, co w przeliczeniu na
zawartości w procentach masowych (przy założeniu, że masa 1 m3 piasku = 1600 kg),
daje zawartość frakcji minerałów ciężkich około 0,025–0,031%. Zawartości te jako
istotne dane ilościowe pozostają w dużej sprzeczności z danymi autora (Łuszczkiewicz 1990) i są około 100 razy od nich mniejsze.
30
Przedmiotem rozważań tej pracy są minerały ciężkie takie jak ilmenit, cyrkon,
monacyt i inne, poza złotem rodzimym złotem nie zajmowano się, gdyż zostało ono
opisane w cytowanej już pracy Łuszczkiewicza i Muszera (1999). Celem pracy jest
opis ilościowo-jakościowy oraz mineralogiczno-chemiczny minerałów ciężkich obecnych we frakcji piasków drobnoziarnistych, wydzielanych jako mulisty odpad z materiału wydobywanego w żwirowni w Rakowicach. Celem pracy było także wydzielenie
i ocena koncentratu minerałów ciężkich, jak również próba wyjaśnienia wspomnianych wielkich rozbieżności w oznaczeniach zawartości minerałów ciężkich w materiale okruchowym pobieranym z tego samego źródła przez różnych badaczy. Wyjaśnienie takie jest bardzo ważne, gdyż oznaczenia zawartości minerałów ciężkich są
decydującym wskaźnikiem przy szacunkach ich potencjalnych zasobów.
CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA
MATERIAŁY, METODYKA I APARATURA
Materiałem do badań był piasek pobierany wielokrotnie z plaży osadnika, do którego kierowana jest zawiesina drobnoziarnistych odpadów powstających w trakcie
płukania żwiru i piasku budowlanego. W stosowanej w Rakowicach technologii, badany materiał stanowi przelew odwadniacza, z którym odprowadzany jest do osadnika
materiał zawierający w przewadze ziarna mniejsze od 0,5 mm. Próbki pobierano w
kilkunastu miejscach plaży z głębokości od powierzchni do około 0,4 m, na ogół w
siatce około 15×15 m, symetrycznie (na lewo i prawo) od końcówki rurociągu wylewowego odpadów. Próbki o masie 50 do 150 kg pobierano wiele razy w latach 1984
do 1992. Jedna z tych próbek (z roku 1987) była pobierana przez kilka godzin w czasie pracy zakładu, bezpośrednio z rurociągu, którym odprowadzana jest zawiesina odpadów do osadnika.
Pobrany materiał po wysuszeniu, przesiewano przez sito o średnicy oczek
0,5 mm i wydzieloną klasę ziarnową +0,5 mm zawierającą głównie okruchy skalne i
resztki roślinne odrzucano. Klasa ziarnowa –0,5 mm była materiałem, który badano.
Po jego uśrednieniu za pomocą kwartownika (podzielnika), pobierano średnią próbkę
do oznaczeń składu ziarnowego i zawartości minerałów ciężkich. Resztę materiału –
0,5 mm poddawano wzbogacaniu grawitacyjnemu na laboratoryjnym stole koncentracyjnym typu Wilfley produkcji brytyjskiej firmy Denver. Stół koncentracyjny wyposażony był w blat tzw. szlamowy o powierzchni 0,7 m2. Wydzielony w trakcie tej operacji koncentrat grawitacyjny i produkty pośrednie poddano kilkakrotnie powtórnemu
wzbogacaniu (operacjom czyszczącym) na tym samym urządzeniu, w trakcie którego
wydzielono finalny koncentrat minerałów ciężkich, produkt pośredni i odpady. Odpady odbierano w dwóch strumieniach: jako odmyty piasek oraz muły (zailona woda),
31
które zawierały głównie części ilaste i piasek (muły) o uziarnieniu poniżej około
0,01–0,02 mm. Po wysuszeniu produktów oznaczono w nich zawartości frakcji minerałów ciężkich.
Oznaczenia frakcji minerałów ciężkich wykonywano w czterobromoetanie (gęstość 2970 kg/m3) używając szklanego rozdzielacza lub lejka analitycznego, wypełnionych 200 cm3 cieczy, do której wsypywano od 10 do 30 g naważki uśrednionej
próbki nadawy lub produktów wzbogacania. Wielkość naważki uzależniano od zawartości minerałów ciężkich w próbce nadawy do wzbogacania. Zawartość frakcji minerałów ciężkich określano po jej odmuleniu (odileniu) z oznaczeniem ilości wydzielonego mułu, uwzględnianej w obliczaniu zawartości minerałów ciężkich. Mułu tego
było zwykle mniej niż 1% masy próbki nadawy i w obliczeniach zawartości frakcji
minerałów ciężkich w nadawie przyjmowano zerową w nim zawartość tych minerałów. Po wydzieleniu frakcji tonącej, frakcję pływającą ponownie zalewano świeżą
cieczą ciężką dla dokładniejszego wydzielenia minerałów tonących. Postępowanie takie miało na celu jak najdokładniejsze określenie zawartości minerałów tonących.
Otrzymaną drugą frakcję tonącą łączono z pierwszą i podobnie jak frakcję pływającą
odmywano eterem naftowym na lejku z bibułą filtracyjną po czym suszono w temperaturze 80 °C i ważono. Oznaczenia minerałów ciężkich w mułach wydzielanych na
stole koncentracyjnym, wykonywano przy użyciu wirówki, jednak ze względu na wysoką lepkość stosowanej cieczy ciężkiej, silnie utrudniającą rozdział ziaren bardzo
drobnych, określane zawartości budziły pewne wątpliwości. Zawartości frakcji minerałów ciężkich w mułach miały jednak niewielki wpływ na bilanse tej frakcji ze
względu na jej znikomą ilość. Oznaczenia chemiczne wykonywano w Laboratorium
Analitycznym Zakładu Doświadczalnego „Hydro-Met” w Kowarach. Oznaczano zawartości tylko tych składników, które uważano za użyteczne tj.: TiO 2 , ZrO2, Fe, i
REO (suma metali ziem rzadkich w przeliczeniu na tlenki). Analizy te wykonywano
klasycznymi metodami miareczkowymi. Dla potrzeb bilansowania operacji, zawartość
ZrO2 przeliczano stechiometrycznie na ZrSiO4 (minerał cyrkon), gdyż nie stwierdzono
obecności innych minerałów cyrkonu. Koncentrat poddawano także analizom mineralogicznym przy pomocy mikroskopu Polam R-113 produkcji ZSRR i lupy binokularowej.
OMÓWIENIE WYNIKÓW
Jak widać z tabeli 2, wyniki sześciokrotnych, w ciągu ośmiu lat, oznaczeń frakcji
minerałów ciężkich w badanych odpadach wskazują na dość stabilną ich zawartość,
mimo powszechnie znanej w aluwiach, naturalnej zmienności eksploatowanego złoża.
Odchylenia od wyliczonej średniej arytmetycznej zawartości minerałów ciężkich, wynoszącej 4,0%, były równe około ±1,4%. Wiązać to należy z naturalną zmiennością
32
składu jakościowego i ziarnowego badanego materiału. Zmienność składu granulometrycznego tego materiału ilustruje tabela 3. Zawartość klasy ziarnowej −0,5 mm z jednorazowego opróbowania w tabeli 1 różni się istotnie od zawartości tej klasy w tabeli
3. Różnica ta prawdopodobnie związana jest z chwilowym odchyleniem składu ziarnowego materiału opisanego w tabeli 1 lub jest wynikiem błędów w pobieraniu reprezentatywnej próbki z rurociągu, z bardzo szybko płynącego strumienia o wydajności
około 8 m3/min.
Tabela 2
Zawartości frakcji minerałów ciężkich w klasie ziarnowej –0,5 mm
wydzielonej z próbek odpadów ze żwirowni w Rakowicach, pobieranych w latach 1984–1992
Rok
1984
1986
1987
1988
1989
1992
średnia
Zawartość frakcji minerałów ciężkich, %
4,80
5,38
2,58*
4,00
3,68**
4,23
4,02
3,77
3,72
* pierwsza próbka z roku 1987 stanowiła materiał pobierany jednorazowo przez kilka godzin
bezpośrednio ze strumienia z rurociągu odprowadzającego odpady do stawu osadowego
** próbka z roku 1989 była pobierana na łuku o długości około 50 m w odległości 30 m od końcówki rurociągu wylewowego odpadów
Tabela 3
Składy ziarnowe odpadów pobranych z plaży osadnika w Rakowicach
w różnych okresach
Klasa ziarnowa
mm
1984
1989
1992
Wychód, %
+2,0
0,7
1,2
1,7
-2,0+1,0
6,5
4,1
11,7
-1,0+0,5
11,4
12,8
13,9
-0,5+0,25
37,6
49,1
29,8
-0,25+0,125
39,3
27,2
38,9
-0,125+0,063
3,0
3,7
2,8
-0,063
1,5
1,9
1,2
Cechą charakterystyczną składu ziarnowego badanych próbek była niska zawartość ziaren o średnicach poniżej 0,1 mm. Skład chemiczny (Ti, Zr, Fe, REO) frakcji
minerałów ciężkich w poszczególnych próbkach podlegał niewielkim wahaniom
i z wielu oznaczeń chemicznych wynika, ze frakcja minerałów ciężkich z Rakowic
33
zawiera przeciętnie około 10–11% TiO2, 2,6–3,7% ZrSiO4, 20–28% Fe,
0,1–0,2 % REO (sumy metali ziem rzadkich przeliczonej na tlenki).
Szacunkowe analizy mineralogiczne frakcji minerałów ciężkich wydzielonych
z nadawy do badań, wykonane pod lupą binokularową i przy pomocy mikroskopu polaryzacyjnego, wykazywały obecność około 10% ilmenitu, 13% epidotu, 21% amfiboli, 15% hematytu, 8% goethytu, 5% magnetytu, 2% cyrkonu, 1% rutylu, 2% granatów,
3% turmalinu, 18% minerałów blaszkowych, oraz 3% innych minerałów ciężkich.
Klasy ziarnowe +0,5 mm zawierały nieznaczne ilości minerałów ciężkich i ich
wydzielenie powoduje wzbogacenie w minerały ciężkie pozostałego materiału. Jest
regułą stwierdzoną przez autora, że w wielu badanych surowcach okruchowych, w
klasach ziarnowych poniżej 0,5 mm, niemal zawsze koncentruje się powyżej 96–99%
uwolnionych minerałów ciężkich, zawartych w tych surowcach. W przypadku odpadów z zakładu w Rakowicach w klasach ziarnowych +0,5mm (wydzielonych z materiału odpadowego) stwierdzano zawartości minerałów ciężkich rzędu 0,2–0,4% i odrzucenie tej klasy może powodować stratę minerałów ciężkich nie większą niż 2,5%.
Odrzucenie klasy ziarnowej +0,5 mm powoduje zawężenie składu ziarnowego materiału i niewątpliwie, wraz z faktem niewielkiej w nim zawartości ziaren bardzo drobnych, jest czynnikiem ułatwiającym proces wzbogacania grawitacyjnego minerałów
ciężkich.
Tabela 4
Bilans minerałów ciężkich wzbogacania grawitacyjnego na stole koncentracyjnym
próbki materiału z plaży osadnika odpadów w żwirowni w Rakowicach
Produkt
Wychód
f.m.c. %
%
λfmc
ε
TiO2, %
λ
ε
ZrSiO4, %
REO, %
λ
ε
λ
ε
Fe, %
λ
ε
koncentrat
2,66
93,77
65,45
13,21 84,47
3,53
97,06
0,32
96,63 34,27 80,19
prod. pośr.
2,47
16,94
10,98
7,45
7,99
0,21
0,97
0,05
2,82
16,88
odpad
94,32
0,95
23,51
3,28
7,53
0,2
1,98
0,01
0,55
15,67 13,17
muły
nadawa
z bilansu*
nadawa
oznacz.**
zawartość
w nadawie***
0,55
0,4
0,06
0,73
0,00
-0,1
0,00
0,01
0,00
5,75
0,01
100
3,81
100
10,24
100
2,38
100
0,21
100
27,97
100
3,68
9,73
2,46
0,10
28,46
0,39
0,09
0,01
1,07
6,63
]
f.m.c. – frakcja minerałów ciężkich wydzielona przy użyciu czterobromoetanu,
REO – suma zawartości pierwiastków ziem rzadkich i toru, przeliczona na tlenki,
λfmc – zawartość frakcji minerałów ciężkich w produkcie,
λ – zawartość składnika we frakcji minerałów ciężkich wydzielonej z produktu przy użyciu cieczy
ciężkiej,
ε – uzysk rzeczywisty składnika w produkcie (obliczony z uwzględnieniem wychodu produktu i zawartości w nim frakcji minerałów ciężkich),
34
* zawartości w „czystej” frakcji minerałów ciężkich w nadawie wyliczone z bilansu,
** zawartości oznaczone w wydzielonej z nadawy frakcji minerałów ciężkich,
*** zawartości w nadawie do badań (próbce „surowej” odpadów), wyliczone z bilansu.
W tabeli 4 zestawiono bilans wzbogacania grawitacyjnego na stole koncentracyjnym próbki odpadów pobranych z plaży osadnika w roku 1989. Jak widać z tej tabeli,
uzysk frakcji minerałów ciężkich w koncentracie jest wyraźnie niższy od uzysków
składników oznaczanych chemicznie w produktach. Uzysk minerałów tytanu, cyrkonu
i ziem rzadkich jest co najmniej o około 1/3 większy od uzysku frakcji minerałów
ciężkich w koncentracie. Z najwyższym uzyskiem do koncentratu grawitacyjnego
przechodzą minerały cyrkonu i ziem rzadkich. Uzyski te przekraczają 90% i zbliżają
się do wartości teoretycznie maksymalnych. Fakty te potwierdziły wielokrotnie powtarzane eksperymenty wzbogacania próbek odpadów z Rakowic pobieranych w różnych okresach. Świadczy to o tym, że część minerałów ciężkich we wzbogacaniu grawitacyjnym jest tracona w odpadach, jednak minerały uważane za użyteczne w zdecydowanej większości trafiają do koncentratu z niewielką stratą.
Wydzielone koncentraty grawitacyjne z próbek pobieranych w innych latach charakteryzowały się zbliżonym do pokazanego w tabeli 4 składem chemicznym, o czym
przekonuje tabela 5.
Tabela 5
Wyniki wzbogacania próbek odpadów z Rakowic, pobranych w różnych okresach
oraz wyliczone z bilansów wzbogacania zawartości składników w nadawie
Koncentrat
z roku
nadawa
z bilansu
1984
Wychód
%
λfmc
ε
1,86
98,86
39,29
nadawa
1988
4,68
3,40
nadawa
1989
nadawa
80,10
71,46
3,82
2,66
nadawa
1992
f.m.c. %
93,77
65,45
3,81
4,01
72,73
77,98
3,74
TiO2, %
ZrSiO4, %
REO, %
λ
ε
λ
14,42 52,95
8,04
84,24
n.o.
22,87 53,14
10,70
3,75
n.o.
20,66
12,64 78,08
4,22
0,27
92,55 36,13 76,37
11,10
3,27
0,20
32,43
13,21 84,47
3,53
0,32
96,63 34,27 80,19
11,14
2,58
0,24
28,80
11,08 82,67
3,55
0,23
89,68 30,82 85,50
10,45
3,09
0,20
28,11
λ
ε
88,47
97,06
89,64
ε
Fe, %
λ
ε
oznaczenia symboli jak w tabeli 4
W tabeli tej, obok danych z tabeli 4, zestawiono inne wyniki wzbogacania pozostałych próbek materiału, pobieranych z plaży stawu osadowego w Rakowicach w la-
35
zawartości FMC w koncentratach
tach 1984–1992. Umieszczono tam także, wyliczone z bilansu wzbogacania, zawartości analizowanych chemicznie składników we frakcji minerałów ciężkich z nadawy.
Różnice pomiędzy zestawionymi wynikami wzbogacania w tej tabeli wiązano początkowo z naturalną zmiennością pobieranego w różnych okresach materiału lub z faktem wykonywania operacji wzbogacania na stole koncentracyjnym przez różne osoby.
Na różnice te należy jednak spojrzeć inaczej. Nanosząc poszczególne wyniki końcowe jako punkty w układzie współrzędnych uzysk – zawartość (rys. 2), wyniki te układają się na jednej wspólnej krzywej wzbogacalności.
Zatem stwierdzone różnice w
120
wynikach wzbogacania próbek
100
z różnych okresów pracy zakładu, nie są różnicami w sen80
sie jakościowym a wręcz przeciwnie wskazują na dużą sta60
bilność własności technolo40
gicznych
wydobywanego
przez kilka lat urobku. Dane
20
odczytane z takiej krzywej mogłyby być wykorzystane do
0
oszacowania, zbliżonych do
0
20
40
60
80
100
120
rzeczywistości, możliwych do
uzys k i FM C w k once ntratach
pozyskania ilości ocenianych
składników. Wydzielone na
Rys. 2. Wyniki wzbogacania próbek z różnych lat
stole koncentracyjnym konceni krzywa wzbogacalności minerałów ciężkich
traty grawitacyjne, jak wyka- Fig. 2. Grade-recovery of heavy minerals fraction curve for final
results of tabling of different tailing samples
zały analizy mikroskopowe,
składają się
głównie z minerałów nieprzeźroczystych: ilmenitu, tytanomagnetytu i magnetytu.
Szacunkowe analizy wykonane na preparatach proszkowych wykazały, że frakcja
tonąca w czterobromoetanie wydzielona z koncentratu ze stołu koncentracyjnego zawiera 27% ilmenitu, 15% magnetytu i tytanomagnetytu, 7% granatów, 4% hematytu,
4% cyrkonu, po 1% monacytu i rutylu, a resztę stanowiły inne minerały ciężkie. Natomiast szczegółowe badania preparatu polerowanego wykonanego dla innego podobnego koncentratu z Rakowic, opisywanego w pracy Łuszczkiewicza i Muszera (1999)
wykazały, że głównym składnikiem koncentratu minerałów ciężkich jest magnetyt, tytanomagnetyt i ilmenit. Ponadto w opisywanym koncentracie stwierdzono obecność
ziarn kasyterytu, cyrkonu, monacytu, niobitu, scheelitu, oliwinów, hematytu, martytu,
pirytu, goethytu, złota rodzimego oraz elektrum.
Żwirownia w Rakowicach pracuje od około 30 lat, zatem zakład ten zdeponował
znaczne ilości drobnoziarnistych odpadów w swoich osadnikach. W latach osiemdziesiątych zakład ten wydobywał i przerabiał około 3–2,5 mln Mg kruszyw, a według da-
36
nych z przełomu lat 80. i 90. około 2 mln Mg. Biorąc pod uwagę dane z tabeli 1, można wyliczyć, że w początkach lat dziewięćdziesiątych deponowano około 120 000 Mg
odpadów rocznie, które zawierały około 70 000 Mg materiału –0,5 mm, a w nim około 1900 Mg frakcji minerałów ciężkich. Natomiast według danych tabeli 3 i przy wychodzie odpadów 6,23% (tabela 1), materiału –0,5 mm powinno być deponowane
rocznie około 90 000 Mg i przy założeniu średniej zawartości frakcji minerałów ciężkich wynoszącej 4% otrzymujemy około 3600 Mg tej frakcji deponowanych rocznie
w osadniku. Zakładając uzysk minerałów ciężkich w koncentracie grawitacyjnym wynoszący 70% (tak jak to wynika z tabel 4 i 5), dla obu wymienionych przypadków
otrzymujemy rocznie odpowiednio 1300 i 2500 Mg koncentratu możliwego do otrzymania i zawierającego głównie składniki użyteczne. Dla pierwszego przypadku, na
podstawie danych z tabeli 4 i oznaczeń mineralogicznych, można szacować, że rocznie wraz z odpadami deponowano w osadnikach, co najmniej około 330 Mg ilmenitu,
250 Mg magnetytu i hematytu, 50 Mg cyrkonu, i po około 13 Mg rutylu i monacytu –
możliwych do odzyskania. Dla przypadku drugiego ilości te będą niemal dwukrotnie
wyższe. Zatem można przyjąć, że przez około 30 lat zdeponowano co najmniej około
3 mln Mg odpadów zawierających około 40 tys. Mg, możliwych do odzyskania, minerałów ciężkich. Szacunki te dają podstawę do rozważań nad znaczeniem gospodarczym opisywanych surowców. Wyliczone jednak ilości minerałów ciężkich stają się
co najmniej około 100-krotnie mniejsze jeśli przyjmie się dane Wojciechowskiego
(1993). Prawdopodobne wyjaśnienie takich rozbieżności znajduje się w różnych metodykach określania zawartości frakcji minerałów ciężkich jak i sposobie wydzielania
koncentratów grawitacyjnych. Z cytowanej już pracy Jęczmyk i Wojciechowskiego
(1993) wynika, że autorzy nie określali zawartości frakcji minerałów ciężkich w badanych przez nich próbkach materiałów, a jedynie wydzielali z badanych próbek wzbogacony ręcznie metodą panwiową, tzw. szary szlich, który dalej rozdzielano w bromoformie (ciecz ciężka o gęstości 2890 kg/m3) i to co wydzielono traktowano jako frakcję minerałów ciężkich. Autorzy ci zatem w ogóle nie bilansowali frakcji minerałów
ciężkich w przeprowadzanych przez siebie operacjach rozdziału, co musi poddawać w
wątpliwość wiarygodność takich wyników. Zdaniem autora niniejszej pracy metodyka
stosowana przez cytowanych autorów nie gwarantuje obiektywnych i zbliżonych do
rzeczywistości wyników oraz nie daje podstaw do szacowania zasobów. Ręczne szlichowanie, mimo największej wprawy wykonującego, jest zawsze operacją subiektywną, nieporównywalnie mniej dokładną od wzbogacania np. na laboratoryjnym stole
koncentracyjnym, którym posługiwano się w tej pracy. Na stole koncentracyjnym jest
możliwe dokładne ustawienie parametrów procesu. Zatem doświadczenia wykonywane przez różnych eksperymentatorów, nawet niedoświadczonych, mogą się różnić w
zawartościach w granicach ±1–5% i ±5–10% w uzyskach. Różnice te są zwykle nieistotne, gdy wyniki poszczególnych eksperymentów przynależą do jednej krzywej
wzbogacalności. Obiektywną miarą rzetelności eksperymentatora i poprawności wykonanych operacji zawsze będzie bilans składników w produktach. Bilans frakcji mi-
37
nerałów ciężkich określanych przy użyciu cieczy ciężkich w materiale wyjściowym i
produktach rozdziału jest podstawą wszelkich rozważań ilościowych dotyczących
tych minerałów, na co zwraca uwagę wielu badaczy np. Hoi (1985) i nie powinno to
podlegać dyskusji.
Ponieważ krytykowana metodyka określania zawartości minerałów ciężkich sposobem panwiowym jest często stosowana w pracach geologicznych dotyczących minerałów ciężkich, dla poprawności i rzetelności uzyskiwanych wyników powinna być,
zdaniem autora, poddana zasadniczej rewizji i niezbędnym modyfikacjom.
PODSUMOWANIE
W wielokrotnie badanych odpadach z płukania kruszyw naturalnych w zakładzie
przeróbczym kopalni w Rakowicach stwierdzono obecność minerałów ciężkich, których zawartość wahała się w granicach od 2,6 do 5,4%. Zawartość tę określano przy
użyciu czterobromoetanu. Podawana w pracach innych autorów zawartość 400–500
g/m3 minerałów ciężkich, w przeliczeniu na zawartości w procentach masowych, daje
zawartość frakcji minerałów ciężkich około 0,025–0,031%. Wartości te są zatem co
najmniej 100 krotnie niższe i prawdopodobnie są wynikiem nieobiektywnej lub błędnej metodyki zastosowanej przez tych autorów.
Jednorazowe opróbowanie zakładu przeróbczego w końcu lat osiemdziesiątych
wykazało, że do odpadów deponowanych w osadnikach terenowych żwirowni w Rakowicach trafia około 40% minerałów ciężkich wydobytych z surowcem ze złoża, a
reszta przechodzi do produktów handlowych.
Eksperymenty wzbogacania na laboratoryjnym stole koncentracyjnym badanych
odpadów wykazały, że możliwe jest wydzielenie z tych odpadów koncentratów grawitacyjnych zawierających ponad 90% frakcji minerałów ciężkich z uzyskami tych frakcji w koncentracie wynoszącymi około 70%. Koncentraty te zawierały 11–14% TiO2,
3,5–8 % ZrSiO4, 0,2–0,4% REO (metali ziem rzadkich w przeliczeniu na tlenki) oraz
od 22 do 36 % Fe.
Według danych z zakładu w Rakowicach oraz na podstawie wyników opróbowania można szacować, że w osadnikach tego zakładu deponowano rocznie co najmniej
70 000 Mg materiału odpadowego o uziarnieniu –0,5 mm zawierającego około
1800 Mg frakcji minerałów ciężkich z czego około 70% czyli 1300 Mg możliwe jest
do odzyskania w procesie wzbogacania grawitacyjnego. Ewentualny proces technologiczny wymagałby zastosowania standardowych układów technologicznych wzbogacania grawitacyjnego, których rozwiązanie i wybór będzie uzależniony od przeprowadzonego rachunku ekonomicznego.
38
LITERATURA
[1] GOMEZ J.M., MARTINEZ G.M., Wang M.M., 1979, Recovering byproduct heavy minerals from
sand and gravel operations, Report of Investigations No. 8366, U.S. Department of the Interior, Bureau of Mines.
[2] GROCHOLSKI A., MILEWICZ J., 1958, Morfologia i rozwój doliny Bobru między Lwówkiem Śląskim a Bolesławcem, Inst. Geolog., Biuletyn nr 129, Z badań geol. na D. Śląsku. t. IV, 111–147.
[3] GRODZICKI A., 1972, Petrografia i mineralogia piasków złotonośnych Dolnego Śląska, Geologia
Sudetica, vol. IV, 233–291.
[4] GRODZICKI A., 1977, Rozsypiskowe koncentracje minerałów ciężkich występujących na Dolnym
Śląsku, Acta Universitatis Wratislaviensis, No. 378, Prace Geologiczno-Mineralogiczne VI, 157–182.
[5] GRODZICKI A., 1990, Geneza i kierunki poszukiwań niektórych perspektywicznych wystąpień minerałów ciężkich na Dolnym Śląsku, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, nr 23, s. 19–26.
[6] HOI NGUYEN CHU, 1985, Niektóre aspekty wyboru metod badawczych minerałów ciężkich, Przegląd Geologiczny, Nr 11, 631–632.
[7] JĘCZMYK M., WOJCIECHOWSKI A., 1993, Zasoby złota i minerałów ciężkich w odpadach poeksploatacyjnych kopalń kruszywa naturalnego w Polsce, Przegląd Geologiczny, nr 10, 819–827.
[8] JĘCZMYK M., WOJCIECHOWSKI A., 1994, Kompleksowe badanie minerałów ciężkich w odpadach poeksploatacyjnych kruszyw naturalnych, Przegląd Geologiczny, nr 3, 141–149.
[9] ŁUSZCZKIEWICZ A., 1988, Odpady z płukania żwirów jako znaczące źródło minerałów ciężkich.
Mat. Symp., Optymalizacja Wykorzystania Surowców Mineralnych w Procesach Przeróbki i Przetwórstwa, Centrum Podst. Probl. Gosp. Sur. Mineral. i Energią, PAN, Kraków, 154–165.
[10] ŁUSZCZKIEWICZ A., 1990, Minerały ciężkie w żwirach i piaskach eksploatowanych na Dolnym
Śląsku, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 23, 27–39.
[11] ŁUSZCZKIEWICZ A., NAWROCKI J., 1990, Surowce okruchowe, charakterystyka, technologie
pozyskiwania minerałów ciężkich. Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 23, 7–17.
[12] ŁUSZCZKIEWICZ A., MUSZER A., 1999, Złoto ze złoża kruszyw naturalnych Rakowice koło
Lwówka Śląskiego, Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 33, 115–122.
[13] WOJCIECHOWSKI A., 1994, Rozpoznanie i dokumentowanie zasobów złota w osadnikach szlamów arsenowych i odpadów poeksploatacyjnych kopalń kruszywa naturalnego, Górnictwo Odkrywkowe, vol. XXXVI, Nr 6, 99–111.
[14] WOJCIECHOWSKI A., 1993, Uboczne pozyskiwanie złota okruchowego ze złoża kruszywa naturalnego Rakowice, Posiedzenia Naukowe Państwowego Instytutu Geologicznego, Nr 49 (1), PIG, Warszawa, 21–22.
OCCURRENCE OF HEAVY MINERALS IN SAND AND GRAVEL MINED
FROM THE RAKOWICE DEPOSIT NEAR LWÓWEK ŚLĄSKI, SW POLAND
The tailings produced during sand and gravel sieving and washing at the Rakowice plant (Bóbr river valley, SW Poland) have been characterized in the paper. The tailings, in the form of fine sandy slurry,
are dumped in a settling pond as wastes. An analysis of several samples collected from the settling pond
between 1984 and 1992 revealed that the tailing contains, on the average, 4% of the heavy minerals fraction. It was also found that the heavy minerals consist chiefly of magnetite, ilmenite, titanomagnetite,
hematite as well as small amount of zircon, monazite, rutile, garnets and gold. Several samples of the
wastes were upgraded by means of concentrating table. It has been shown that produced gravity concentrates contained more than 90% heavy minerals with recovery equal to 70–80%. The recoveries of titanium, zirconium and rare earth metals in the concentrates are between 80–90%. It has been assessed, about
1300 Mg of heavy minerals have been annually deposited in the tailing pond during the last 30 years of
the Rakowice Mine operation.