ORGANIZACJA TECHNOLOGII WYDOBYCIA ZŁÓŻ SUROWCÓW WĘGLANOWYCH DLA PRZEMYSŁU CEMENTOWEGO NA PRZYKŁADZIE GRUPY HOLCIM

Transkrypt

1 ORGANIZACJA TECHNOLOGII WYDOBYCIA ZŁÓŻ SUROWCÓW WĘGLANOWYCH DLA PRZEMYSŁU CEMENTOWEGO NA PRZYKŁADZIE GRUPY HOLCIM Dr inż. Pawel Kawalec Senior Mining Engineer Holcim Group Support Ltd Holderbank, Szwajcaria

2 Holcim Firma powstała w 1912 roku w Szwajcarii. Obecnie jeden z czołowych producentów cementu, kruszyw i betonu na świecie. Holcim zatrudnia ponad ludzi w 70 krajach Cement produkowany jest przez ponad 130 cementowni, w tym St. Geneviewe cementownie wyposażona w piec o największej na świecie wydajności ton klinkieru na dzień. Pierwsza cementownia, Holderbank, Szwajcaria 2

3 Holcim World 3

4 Holcim Group Support Ltd Holcim Group Support Ltd jest firmą konsultingowa pracująca tylko i wyłącznie dla zakładów grupy Holcim. HGRS zatrudnia przeszło 600 inżynierów z różnych branż zapewniając kompleksowe zaplecze techniczne dla grupy. Siedziba firmy znajduje się w północnej Szwajcarii, w malej miejscowości Holderbank, gdzie powstała pierwsza cementownia należąca do firmy. 4

5 Cement Manufacturing Service Material Technology CMS-MT zajmuje się zagadnieniami związanymi z pozyskiwaniem surowców do produkcji cementu ze szczególnym uwzględnienie ich jakości. Problem wydobycia surowców zyskuje obecnie na znaczeniu, ze względu na utrudniony dostęp do złóż oraz rosnące wymogi środowiskowe. Reserves evaluation and quarry planning group, zajmuje się szacowaniem zasobów, planowaniem produkcji oraz projektowaniem kamieniołomów przemysłu cementowego. 5

6 Produkcja cementu w dużym skrócie Składniki + Odpowiednie proporcje + Obróbka mechaniczna + Homogenizacja + Obróbka termiczna = 6

7 Produkcja cementu - Składniki Głównym surowce do produkcji cementu jest wapien, margiel i skały ilaste. Wapien o zawartości CaO > 53% to surowiec wysoki Wapien o zawartości 44% < CaO < 53% to surowiec niski lub średni W celu uzyskania właściwej kompozycji chemicznej mieszanki surowcowej, dodatkowymi komponentami używanymi do jej produkcji mogą być: glina, margiel, iły, piaski i inne surowce zawierające żelazo, aluminium i krzem. 7

8 Rodzaje surowców mineralnych używanych do produkcji cementu Produkcja klinkieru: Składniki główne: wapien, margiel, skały ilaste Korekcja składu chemicznego: piasek kwarcowy, ruda żelaza i aluminium

9 Produkcja cementu Odpowiednie proporcje Moduł krzemianowy SR = SSS2 FF2O3+AA2O3 Stosowane są także dwa inne moduły: hydrauliczny i glinowy 9

10 Obrobka, mechaniczna i homogenizacja Obróbka mechaniczna polega głownie na kruszeniu urobku w kruszarkach stożkowych lub udarowych. W przypadku surowców plastycznych lub w warunkach wilgotnych stosowane są również kruszarki walcowe (MMD). Homogenizacja polega na mieszaniu urobku w celu zapewnienia stałej jakości wsadu piecowego. 10

11 Produkcja cementu metoda sucha Wydobycie surowców mineralnych Kruszenie i transport Uśrednianie i dalsza obróbka mechaniczna Obróbka cieplna, (wymienniki ciepła, piec, chłodzenie) Mielenie klinkieru, magazynowanie cementu Załadunek 11

12 Obrobka cieplna - Mineraly tworzace klinkier Pod wpływem wysokiej temperatury (sięgającej 1600ºC) w mieszance surowcowej zachodzą przemiany w wyniku których powstaja nowe minerały: alit Ca 3 SiO 5 (3CaO SiO 2 C 3 S) belit Ca 4 SiO 4 (2CaO SiO 2 C 2 S), celit Ca 3 Al 2 O 6 (3CaO۰Al 2 O 3 C 3 A) 12

13 Surowce mineralne do produkcji cementu Dodatki do cementu Gips, puzzolana, diatomit Do zmielonego klinkieru dodawane są wymienione wyżej surowce mineralne, stanowiące wypełniacz i poprawiające właściwości chemiczne i fizyczne cementu.

14 Wpływ jakości surowców mineralnych na proces produkcji i jakość cementu Strumień dostawy surowców mineralnych musi zapewniać stałość procesu produkcyjnego, ale materiał dostarczany do cementowni powinien również spełniać wymogi jakościowe. Homogenizacja surowca, bardzo ważna w metodzie suchej, musi zaczynać się już na poziomie kamieniołomu. Duża fluktuacja jakości surowca ma negatywny wpływ na koszty produkcji i jakość cementu.

15 Pierwiastki poboczne, a produkcja cementu W złożach węglanowych surowców mineralnych jak i w złożach glin, iłów, piasków itp. występują poboczne pierwiastki majce znaczący wpływ na przebieg procesu produkcyjnego ale i jakość produktu finalnego: MgO wysoka zawartość magnezu w cemencie obniża jego jakość, z drugiej strony zbyt mała zawartość tego tlenku w mieszance mineralnej ma szkodliwy wpływ na proces wypalania, Siarka SO 2 - emisje, SO 3 - cyrkulacja w piecu i wymiennikach, ma wpływ na tworzenie się osadów w wymiennikach, Cl cyrkulacja i osady w wymiennikach, Lotne związki organiczne (VOC) emisje.

16 Główne zadania strategii wydobycia złóż węglanowych Strategia długoterminowa: Zapewnić wymagana ilość i jakość surowca do produkcji cementu. Wykorzystać maksymalnie zasoby złoża uwzględniając wymogi jakości produkcji i dostępne surowce korygujące. Strategia krótkoterminowa Zapewnić stalą jakość dostarczanych surowców. Kontrolować ilość potencjalnych pierwiastków pobocznych w mieszance surowcowej, jednocześnie starając się zutylizować możliwie duża ilość surowców zawierających te substancje.

17 Strategia dlugoterminowa Aby osiągnąć cele długoterminowe należy: Określić zasoby złoża uwzględniając wymogi jakościowe. Opracować strategie wydobycia zapewniającej najlepszy możliwy stopień wykorzystania złoża. Zrewidować wymogi jakościowe odnosząc się do jakości surowca w złożu.

18 Zasoby surowcow mineralnych JORC Increasing level of geological knowledge and confidence Mineral resources Inferred Indicated Mineral reserves Probable JORC (Joint Ore Resources Comittee) Australijski standard raportowania zasobów złóż surowców mineralnych i rud. Measured Proved Modifying factors Aby określi zasoby złoża z uwzględnieniem ich jakości konieczne jest stworzenie jakościowego modelu złoża modelu blokowego.

19 Modelowanie geologiczne 19

20 Uproszczony model geologiczny złoża (przekrój)

21 Pusty model blokowy

22 Wariografia Variogram opisuje zależności które można zaobserwować pomiędzy w złożu, na podstawie danych pozyskanych z otworów wiertniczych. Podstawowe dane widoczne na wariogramie to wariancja losowa próby, odległość do której można zaobserwować zależność miedzy danymi, całkowita wariancja danych.

23 Model blokowy z danymi jakościowymi

24 Model blokowy z danymi jakościowymi (SiO 2 )

25 Interpolacja parametrow jakosciowych Najczęściej używana metoda interpolacji jest kriging, który sprawdza się bardzo dobrze w warunkach złóż węglanowych. Interpolacje przeprowadza się oddzielnie dla poszczególnych tlenków/pierwiastkow w różnych domenach. 25

26 Model jakosciowy model blokowy CaO (góra) i MgO (dół) SiO 2 (góra) i Al 3 O 3 (dół) 26

27 Harmonogramowanie i projetkowanie kopaln Model blokowy wykorzystywany jest do harmonogramowania produkcji. Harmonogramy i strategie przygotowywane są w zewnętrznym, programie tworzonym i wykorzystywanym wyłącznie przez grupę Holcim. Na podstawie wyników planowania Surpac jest wykorzystywany do przygotowania planów postępu eksplantacji. Czarne znaczniki wyrozniaja bloki przeznaczone do eksploatacji 27

28 Projektowanie kamieniołomów przemysłu cementowego Dwa główne cele: Zapewnić bezpieczeństwo i wysoka wydajność eksploatacji Zapewnić materiał spełniający wymogi jakościowe stawiane przez cementownie przy maksymalnym wykorzystaniu zasobów złoża. 28

29 Strategia długoterminowa - podsumowanie Bez odpowiednio przygotowanego modelu blokowego trudno wyobrazić sobie szacowanie zasobów złoża z uwzględnieniem parametrów jakościowych, szczególnie jeżeli kryterium jakościowe dotyczy proporcji pomiędzy czterema rożnymi tlenkami (moduł hydrauliczny). Model blokowy opisuje tendencje widoczne w złożu, ale nie może przewidzieć lokalnych zjawisk występujących w złożu. 29

30 Planowanie krótkoterminowe Głównym zadaniem planowania krótkoterminowego jest zapewnienie stałej jakości mieszanki mineralnej z uwzględnieniem pierwiastków pobocznych. Plany krótkoterminowe przygotowywane są zgodnie z generalna strategia wydobycia ale opierają sie na danych pozyskanych z otworów strzałowych. 30

31 Opróbowanie otworów strzałowych? Zwierciny materiał dostępny do przygotowania próby

32 Próbnik automatyczny

33 W jakich proporcjach należy lądować? CaO = 50% CaO = 40% Kruszarka Cel CaO = 45%

34 W jakich proporcjach należy lądować? CaO = 50% CaO = 10% Kruszarka Cel CaO = 45%

35 W jakich proporcjach należy lądować? CaO = 49.7 Fe 2 O 3 = 0.76 SiO2 = 5.88 Al 2 O 3 = 1.84 CaO = 20.9 Fe 2 O 3 = 4.78 SiO2 = Al 2 O 3 = 9.91 Kruszarka LS = 96 AR = 2.2 SR = 2.6

36 Czechy Holcim Group Support Ltd 2011 Produkcja Cementru w firmie Holcim

37 Rumunia

38 Rosja

39 Filipiny

40 Słowacja

41 Podsumowanie Rosnące wymagania jakościowe oraz ograniczenia środowiskowe powodują zwiększenie nacisku na kontrole i zapewnienie jakości surowca dostarczanego do cementowni. Modele blokowe i geostatystyczne metody interpolacji danych jakościowych w modelu, są narzędziami stosowanym powszechnie w górnictwie światowym, szczególnie związanym z eksploatacja złóż metali ale także w przypadku surowców węglanowych dla przemysłu cementowego. Ważnym zagadnieniem związanym z prowadzeniem ruchu zakładów górniczych jest kontrola jakości oparta na pozyskiwanych na bieżąco danych złożowych. 41

42 Dr inz Pawel Kawalec Senior Mining Engineer Holcim Group Support Ltd Holderbank, Szwajcaria 42

43