Index of /rozprawy2/11642

Pełen tekst

(1)AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie KATEDRA INŻYNIERII ŚRODOWISKA I PRZERÓBKI SUROWCÓW. ROZPRAWA DOKTORSKA WPŁYW PARAMETRÓW PRZEBIEGU WYSOKOCIŚNIENIOWEGO PROCESU PŁUKANIA KRUSZYW NA JEGO WYNIKI. Autor: mgr inż. Jarosław Łagowski. Promotor:. dr hab. inż. Daniel Saramak, prof. AGH. Promotor pomocniczy:. dr hab. inż. Tomasz Gawenda. KRAKÓW 2019.

(2) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Podziękowania. Na powstanie i ostateczny kształt mojej dysertacji miało wpływ kilka osób, jednak największe. wyrazy. wdzięczności. kieruję. do. mojego. promotora,. dr hab. inż. Daniela Saramaka, prof. AGH, za całą wiedzę przekazaną mi podczas powstawania niniejszej pracy jak również tej, którą nabyłem na prowadzonych przez Niego wykładach w czasie studiów, za nieocenioną pomoc na którą składają się godziny konsultacji, dziesiątki poprawek nanoszonych na każdą stronę pracy, megabajty danych przesyłanych pocztą elektroniczną oraz niezwykle motywujące i podnoszące na duchu rozmowy telefoniczne. Słowa podziękowania należą się także. mojemu promotorowi pomocnieczemu,. dr hab. inż. Tomaszowi Gawendzie, za cenne wskazówki oraz materiały które pomogły mi w rzetelnym opisaniu operacji mechanicznych. Wyrazy wdzięczności kieruję także do kolegów z laboratorium HAVER NIAGARA, zwłaszcza do dr inż. Metodiego Zlatev za pomoc w przeprowadzeniu badań oraz ich interpretacji. Najbliższym, przyjaciołom i współpracownikom dziękuję za wiarę oraz wsparcie duchowe. Osobne, równie ważne podziękowania składam na ręcę mojej żony Eli, na którą zawsze mogłem liczyć, która z całego serca mnie wspierała i niejednokrotnie w czasie powstawania niniejszej pracy odciążała mnie w obowiązkach domowych i rodzicielskich..

(3) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Spis treści. 1.. Wprowadzenie………………………………………………………………..................... 6. 2.. Krajowe i światowe rynki kruszyw.................................................................................... 9. 3.. 2.1. Znaczenie i rodzaje kruszyw………………….........................………..……...... 11. 2.2. Wydobycie i produkcja kruszyw w Polsce........................................................... 15. 2.3. Wydobycie i produkcja kruszyw w Europie......................................................... 18. 2.4. Zastosowanie surowców skalnych w różnych gałęziach przemysłu.....................20. 2.5. Parametry jakościowe kruszyw............................................................................. 23. Technologia produkcj kruszyw......................................................................................... 25 3.1. Metody eksploatacji surowców skalnych............................................................. 25. 3.2. Operacje mechaniczne stosowane w produkcji kruszyw...................................... 30 3.2.1. Rozdrabnianie........................................................................................... 31. 3.2.2. Klasyfikacja mechaniczna......................................................................... 33. 3.2.3. Rodzaje węzłów technologicznych produkcji kruszyw............................ 37. 3.2.4. Klasyfikacja hydrauliczna......................................................................... 42. 3.2.5. Płukanie..................................................................................................... 47. 3.2.6. Odwadnianie............................................................................................. 52. 4.. Cel i zakres pracy.............................................................................................................. 57. 5.. Metodyka i plan badań...................................................................................................... 63 5.1. Eksperyment czynnikowy..................................................................................... 63. 5.2. Zmienne pozorne i analiza czynnikowa................................................................ 68. 5.3. Korelacja i regresja............................................................................................... 72. 5.4. Elementy modelowania......................................................................................... 77 3.

(4) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 6.. 5.5. Badania w skali laboratoryjnej i charakterystyka stanowiska badawczego.......... 79. 5.6. Badania w skali półtechnicznej i charakterystyka stanowiska badawczego......... 81. Charakterystyka i ocena właściwości badanego materiału............................................... 84 6.1. Surowiec skierowany do badań laboratoryjnych.................................................. 84 6.1.1 Kruszywo żwirowe.................................................................................... 85. 6.2. 6.1.2. Kruszywo wapienne.................................................................................. 93. 6.1.3. Kruszywo dolomitowe............................................................................ 101. Charakterystyka nadawy do płukania w testach półtechnicznych...................... 105 6.2.1. Kruszywo wapienne................................................................................105. 6.2.2 Kruszywo dolomitowe............................................................................ 110 7.. Analiza wyników badań................................................................................................. 115 7.1. Ocena ogólnych uwarunkowań i zależności uzyskanych w testach laboratoryjnych................................................................................... 115 7.1.1. Intensywność wypłukiwania zanieczyszczeń.......................................... 117 7.1.2. Model czasu płukania jako funkcji ciśnienia.......................................... 119 7.1.3. Ocena wagi wpływu zmiennych niezależnych z wykorzystaniem analizy czynnikowej................................................................................ 122. 7.2. Szczegółowa ocena efektywności płukania kruszywa żwirowego w badaniach laboratoryjnych.................................................................................. 126 7.2.1. Charakterystyki ogólne........................................................................... 126 7.2.2. Statystyczne modele efektywności płukania kruszywa żwirowego........ 129. 7.3. Ocena efektywności płukania kruszywa wapiennego w badaniach laboratoryjnych.............................................................................. 132. 7.4. Ocena efektywności płukania kruszywa dolomitowego w badaniach laboratoryjnych.............................................................................. 137. 7.5. Wyniki modelowania w oparciu o zmienne pozorne......................................... 140 4.

(5) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 7.6. Wyniki weryfikujących testów półtechnicznych................................................ 142. 8.. Podsumowanie i wnioski końcowe................................................................................. 149. 9.. Literatura.........................................................................................................................153. 10.. Spis tabel......................................................................................................................... 158. 11.. Spis rysunków................................................................................................................ 160. 5.

(6) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 1. Wprowadzenie Kamień, jako surowiec naturalny od wieków służył ludzkości w celu schronienia oraz przyczyniał się do rozowoju cywilizacji. Przed wiekami, minione pokolenia z regionu północnej Afryki i Ameryki Środkowej budowały z kamienia piramidy, grobowce i mauzolea, w Europie powstawały w tym samym czasie stojące budowle kamienne wspólne dla tamtych czasów takie jak Stonehenge, Carnac czy Stennes oraz duże komory grobowe, osiedla a także pojedyncze budynki. W czasach nowożytnych kamień wykorzystywany był bardziej świadomie i z korzyścią dla większej części społeczeństwa, w tym do budowy osad, zamków czy grodów – które do dziś stanowią w pewnych regionach znaczną wartość kulturową [Smith M.R., 1999]. Obecnie różne odmiany skał stosowane są w wielu gałęziach gospodarki, od przemysłu budowlanego przez odlewnictwo aż do całej współczesnej eletroniki. Podstawowe surowce, zwane też. surowcami niemetalicznymi, obejmują bardzo. szeroką i zróżnicowaną grupę skał, do której zalicza się wszystkie kopaliny stałe (17 grup) poza surowcami energetycznymi, metalicznymi oraz chemicznymi i są powszechnie stosowanym materiałem w szeroko rozumianym budownictwie infrastrukturalnym każdego państwa. W skład tej grupy wchodzą zarówno kopaliny bardzo zwięzłe i zwięzłe (w tym bloczne), jak również surowce okruchowe (piaski, żwiry) i ilaste (gliny itp.). Główną wspólną cechą. surowców. skalnych. jest. to,. że. zalegają. na. niedużych. głębokościach. (przypowierzchniowo) i do ich wydobycia powszechnie stosowane są odkrywkowe metody eksploatacji [Kozioł i Czaja 2010]. Wydobycie surowców skalnych do produkcji kruszyw prowadzone jest we wszystkich krajach, chociaż lokalne uwarunkowania geologiczne, przyrodnicze, gospodarcze i społeczne powodują, że poziom wydobycia i jakość surowca w poszczególnych regionach są bardzo zróżnicowane i podlegają wahaniom w czasie. Polskie złoża kruszyw są przeważnie wieku czwartorzędowego a tylko podrzędnie należą do starszych formacji: - plioceńskiej, - mioceńskiej, - triasowej. 6.

(7) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Jakość kopalin, a w szczególności jednorodność złóż zależy w znacznej mierze od genetycznego typu złoża. W południowej części kraju, w strefie karpacko-sudeckiej podstawową rolę odgrywają złoża pochodzenia rzecznego. W części sudeckiej przeważają złoża piaszczysto – żwirowe wyższych tarasów plejstoceńskich, w których dominującą grupą są skały krystaliczne i piaskowce. W obszarze karpackim natomiast, główną bazę surowcową stanowią złoża żwirowe i żwirowo – piaskowe występujące w obrębie niskich tarasów zalewowych i nadzalewowych a w ich składzie dominują skały fliszowe. Wyjątkiem w tej grupie jest dolina Dunajca, gdzie występują znaczne ilości skał magmowych. W północnej i centralnej części kraju – na Niżu Polskim najważniejsze są złoża o genezie lodowcowej (akumulacyjne moreny czołowe) i wodnolodowcowej (sandry, ozy) a także rzecznej. W północnej części tego obszaru zlokalizowane są złoża piaskowo – żwirowe powstałe głównie ze skały skandynawskiej – tj. utwory krystaliczne i wapienie z domieszką kwarcu i piaskowców. W części centralnej i południowej znaczny udział w utworach wodno – lodowcowych mają osady piaszczyste zawierające duże ilości skał lokalnych. Porównując wydobycie skał ze względu na genezę złoża, w największym stopniu eksploatuje się skały magmowe z przewagą bazaltu. Intensywnie prowadzona jest także eksploatacja granitu, gabro i melafiru. Mniejsze znaczenie ma wydobycie sjenitu i porfiru, które prowadzone jest przez pojedyncze zakłady górnicze. W porównaniu do skał magmowych, zdecydowanie mniejsze znaczenie ma wydobycie skał metamorficznych – produkcja w pojedynczych kopalniach amfibolitu, serpentynitu, gnejsu i migmatytu była symboliczna. Wśród skał osadowych największym wydobyciem charakteryzuje się dolomit – którego główne centrum produkcyjne zlokalizowane jest w województwach Małopolskim i. Świętokrzyskim. oraz. wapień,. którego. wydobycie. koncentruje. się. w. Górach. Świętokrzyskich. Pojedyncze zakłady eksploatujące tą skałę znajdują się w Karpatach, okolicach Krakowa oraz pojedynczo w innych miejscach w środkowej i wschodniej Polsce. W znacznie mniejszym stopniu eksploatowane są piaskowce zlokalizowane z głównie w Karpatach a pozostałe skały osadowe jak gipsy czy łupki wydobywane są w stopniu marginalnym [Radziszewski i inni, 2010].. 7.

(8) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Wzrastające zużycie kruszyw - szczególnie w krajach o dynamicznie rozwijającej się gospodarce - oraz dbałość o ochronę środowiska przyrodniczego powodują, że w wielu rozwiniętych gospodarczo krajach szczególne znaczenie ma produkcja kruszywa z surowców alternatywnych wobec nieodnawialnych surowców mineralnych – zwanego ogólnie kruszywami z recyklingu, tj. materiału powstałego w wyniku przeróbki nieorganicznego materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie. Przy porównywalnych właściwościach fizyko-mechanicznych, są one zazwyczaj tańsze od kruszywa naturalnego, a ich dodatkową zaletą jest często niższa gęstość objętościowa, co z punktu widzenia odbiorców jest istotną cechą, jako że w nasypie drogowym lub podbudowie drogi ważna jest objętość mas, podczas gdy płaci się za tonę surowca [Kozioł i Kawalec, 2008]. Niezależnie od pochodzenia i rodzaju surowca przeznaczonego do produkcji kruszyw budowlanych, przed uzyskaniem produktu finalnego, drogą eksploatacji – zależną od jego właściwości i charakterystyki, należy nadawę wydobyć ze złoża. Następnie po dostarczeniu urobku do zakładu przeróbczego zostaje on poddany niezbędnym operacjom mechanicznym takim jak rozdrabnianie, klasyfikacja i uzdatnianie. W rozdziale drugim scharakteryzowana została krajowa produkcja kruszyw, jak również przeanalizowano krajowe i światowe rynki kruszyw. Kolejny rozdział zawiera zestawione syntetycznie informacje o wybranych procesach i operacjach przeróbki kruszyw z poświęcenim szczególnej uwagi procesowi płukania. Po scharakteryzowaniu celu i zakresu pracy (roozdział nr 4) przedstawiono w rozdziale piątym metodykę badawczą oraz plan przeprowadzonych doświadczeń. W rozdziale nr 6 dokonano wielostronnej analizy materiału wykorzystanego zarówno w badaniach laboratoryjnych jak i przemysłowych, by w rozdziale siódmym przedstawić wyniki testów laboratoryjnych i przemysłowych wraz ze zbudowanymi modelami pracy procesu wysokociśnieniowego płukania. Rozdział ósmym zawiera główne wnioski wynikające z pracy doktorskiej.. 8.

(9) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 2.. Krajowe i światowe rynki kruszyw W Polsce do najpospolitszych kopalin należą naturalne kruszywa piaskowo-żwirowe.. W 2012 roku ich zasoby udokumentowane były w 9076 złożach położonych na terenie całego kraju (łącznie z Bałtyckim Obszarem Morskim, w którym udokumentowano 3 złoża) o łącznych zasobach bilansowych ponad 17,7 mld Mg, z czego 30 % stanowią zasoby złóż zagospodarowanych (3722 złoża). Duża liczba 5354 złóż w Polsce nie była jeszcze eksploatowana (pozostaje niezagospodarowana). Terytorialna (wojewódzka) struktura udokumentowanych zasobów bilansowych wskazuje na regionalne zróżnicowanie zarówno co do ilości zasobów, jak i do wielkości złóż [Kabziński 2012]. Największą ilość zasobów udokumentowano w woj. dolnośląskim, małopolskim, opolskim, podkarpackim i podlaskim. W wymienionych 5 województwach zalega ponad 45 % udokumentowanych w Polsce zasobów kruszyw żwirowo-piaskowych. Natomiast najwięcej udokumentowanych złóż występuje w woj. mazowieckim. O ile w 439 złożach woj. dolnośląskiego zalega łącznie 12,4 % zasobów udokumentowanych, to w województwie mazowieckim w 1198 złożach baza zasobowa jest o połowę mniejsza. Pas środkowej Polski stanowią województwa o stosunkowo małych zasobach, których udział łączny nie przekracza 5 %. W powyższych statystykach szczególne miejsce zajmuje Dolny Śląsk, ze względu na to iż liczne surowce okruchowe tego regionu posiadają lub posiadały w ubiegłych epokach geologicznych swe macierzyste skały w krystalicznych masywach Sudetów a wystąpowania cennych minerałów takich jak cyrkon, rutyl, monacyt czy ilmenit wiązane są z intruzjami zasadowymi i ultrazasdowymi [Łuszczkiewicz, 1990]. Piaski i żwiry są więc kopaliną, której wydobycie ma charakter masowy, co implikuje rolę kosztów transportu w kalkulacji cen surowców pozyskiwanych ze złóż kopalin okruchowych. Ze względu na to, krąg potencjalnych odbiorców zamyka się zazwyczaj na obszarze położonym w odległości do około 30 km od źródła pozyskania surowca [Kabziński 2010]. Są to więc typowe kopaliny o znaczeniu lokalnym lub co najwyżej regionalnym. Uwarunkowania. naturalne. sprawiają. jednak,. że. są. one. nierównomiernie. rozmieszczone w skali kraju. Dotyczy to zarówno ilości złóż, wielkości zasobów w poszczególnych regionach, jak i jakości oraz składu ziarnowego i petrograficznego kopalin. 9.

(10) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. okruchowych. Jest to konsekwencją zróżnicowanych warunków geologicznych tworzenia się koncentracji osadów okruchowych. W kraju można najogólniej wyróżnić dwie główne strefy surowcowe: rozległą strefę Niżu Polskiego oraz strefę karpacko-sudecką. W pierwszej, która obejmuje blisko 80 % powierzchni Polski występują osady pochodzenia związanego z działalnością lodowca lub wód lodowcowych (tzw. osady wodnolodowcowe). W drugiej przeważają osady akumulacji rzecznej: żwiry i piaski tarasów rzecznych oraz stożków napływowych. Ponadto wyróżnić należy jeszcze koncentracje kopalin okruchowych na dnie Bałtyku o łącznych zasobach bilansowych blisko 140 mln t, jakkolwiek część z nich ma również pochodzenie lodowcowe [Radwanek-Bąk 2007]. Uwzględniając bardziej szczegółowe uwarunkowania geologiczne i wynikające z nich zróżnicowanie regionalne parametrów geologiczno-surowcowych podział ten można kontynuować, rozdzielając osady według wieku ich powstania i związku z kolejnymi fazami zlodowaceń, lub według form morfologicznych, w których występują [Kozioł, Kawalec 2008]. Tabela 2.1. Zasoby przemysłowe kruszyw żwirowo-piaskowych w Polsce (2012) Województwo bałtycki obszar morski kujawsko-pomorskie. Zasoby bilansowe [tys. Mg] 138 848. Udział w krajowych zasobach bilansowych [%] 0,78. Zasoby przemysławe [tys. Mg] 99 370. Udział w krajowych zasobach przemysłowych [%] 2,84. 303 101. 1,71. 108 018. 3,09. 1 284 607. 7,24. 421 726. 12,06. 849 921. 4,79. 278 528. 7,97. 1 063 274. 6,00. 322 018. 9,21. 666 844. 3,76. 195 596. 5,59. zachodniopomorskie. 1 022 339. 5,76. 255 181. 7,30. lubuskie. 1 176 148. 6,63. 269 598. 7,71. mazowieckie. 1 164 991. 6,57. 255 976. 7,32. dolnośląskie. 2 195 447. 12,38. 450 157. 12,88. 867 082. 4,89. 175 381. 5,02. opolskie. 1 409 839. 7,95. 163 430. 4,67. podkarpackie. 1 291 739. 7,28. 149 655. 4,28. podlaskie wielkopolskie warmińsko-mazurskie łódzkie. pomorskie. 10.

(11) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. małopolskie. 1 858 616. 10,48. 188 914. 5,40. śląskie. 859 699. 4,85. 73 524. 2,10. lubelskie. 952 990. 5,37. 64 950. 1,86. świętokrzyskie. 629 855. 3,55. 24 204. 0,69. 17 735 340. 100. 3 496 226. 100. SUMA. 2.1. Znaczenie i rodzaje kruszyw W statystykach europejskich, ze względu na sposób pozyskiwania i produkcji, zgodnie z normą PN-EN wydziela się cztery główne rodzaje kruszyw:. 1. naturalne - łamane, - żwirowo-piaskowe, - morskie 2. z recyklingu, 3. oraz dodatkowo, z powodu specyfiki miejsca pozyskiwania, jako osobny rodzaj wymienia się tzw. kruszywa sztuczne [Wilczek 2015]. Nazwa kruszywa naturalne obejmuje wszystkie kruszywa mineralne pochodzące ze złóż (skał) naturalnych, zarówno kruszywa żwirowe (żwirowo-piaskowe), jak i kruszywa łamane – produkowane ze skał litych (bazalt, granit, dolomit, piaskowiec, wapień itd.), poddanych mechanicznej obróbce (kruszeniu). Ze względu na rodzaj surowca skalnego i sposób produkcji kruszywa żwirowe (kruszone lub niekruszone) dzieli się na: - piasek do 2 mm, - żwir 2–32 (63) mm, - otoczaki 63–250 mm, - mieszanki klasyfikowane, - pospółkę – kruszywo naturalne stanowiące mieszaninę piasku i żwiru [Wilczek 2015]. Piasek (rys. 2.1) jest luźną skałą osadową, składającym się z niezwiązanych spoiwem ziaren mineralnych o wielkości 0(0,063) – 2 mm. O tym do czego wykorzystuje się piasek 11.

(12) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. decyduje przede wszystkim jego skład chemiczny, a zwłaszcza zawartość krzemionki i tlenków metali oraz jego uziarnieni. Rozróżnia się pod tym względem podział na 4 podstawowe grupy: piaski szklarskie, piaski formierskie, piaski podsadzkowe oraz piaski budowlane. W przypadku piasków szklarskich istotnymi czynnikami są skład chemiczny i uziarnienie (frakcja 0,1-0,5 mm). W zależności od zawartości tlenków barwiących podzielono je na kilka klas i przypisano rodzaje wyrabianego z nich szkła (polska norma BN-80/681101). Piaski formierskie charakteryzują się wysoką temperaturą spiekania i służą do wyrobu form i rdzeni odlewniczych. Ten rodzaj piasków, ze względu na ilość spoiwa i zawartość węglanów, dzieli się na piaski kwarcowe czyste oraz piaski o lepiszczu naturalnym. Piasek znalazł również zastosowanie w górnictwie do wypełnienia komór i chodników jako podsadzki hydrauliczne w postaci mieszaniny z wodą. Piaski podsadzkowe charakteryzują się wielkością ziaren do 4 mm, zanieczyszczeń ilastych może być do 30 % a części organiczne i przerosty gliniaste nie mogą przekraczać 0,5 % objętości piasku. Ostatni rodzaj piasków, tj. piaski budowlane stosuje się do produkcji betonów, zapraw cementowych i cementowo-wapiennych (ziarna <2 mm), a także do zapraw gipsowych i gipsowo-wapiennych (ziarna <1mm). Żwir (rys. 2.1), podobnie do piasku odgrywa istotną rolę i znajduje wiele zastosowań w gospodarce. Drobno uziarniony żwir (2 – 8 mm), wykorzystuje się do produkcji betonów, galanterii betonowych, a także średnich i cienkich wylewek betonowych. Ziarna o wielkości 8 – 16 mm mają podobne zastosowanie, przy czym wykorzystuje się je także do produkcji prefabrykatów betonowych oraz średnich i grubych wylewek betonowych. Najgrubszy żwir o ziarnach do 63 mm wykorzystywany jest przy produkcji nawierzchni i również jako warstwa filtracyjna. Otoczaki (rys. 2.1), czyli naturalnie ukształtowane kamienie o ziarnach >63 mm służą głównie do budowy chodników, podjazdów i ścieżek, ale także wykorzystuje się je w konstrukcjach gabionowych jako umocnienia zboczy, nasypów i koryt rzek. Pospółka (rys. 2.1) to mieszanina wielofrakcyjna, niesortowana o uziarnieniu granicznym <63 mm, pozyskiwana bezpośrednio z wyrobiska. Ze względu na swoje właściwości mechaniczne i filtracyjne, a także dużą nośność i wysoki współczynnik zagęszczania znajduje zastosowanie jako materiał do wykonywania nasypów kolejowych i 12.

(13) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. drogowych. Pospółkę wykorzystuje się także do wymiany podłoża pod skomplikowane obiekty budowlane oraz przy budowie warstw odsączających nasypy drogowe, autostrady czy w oczyszczalniach ścieków.. Piasek płukany 0 – 2 mm. Żwir 2 – 8 mm. Otoczak. Pospółka Rys. 2.1. Rodzaje kruszyw żwirowych [fot. J.Łagowski]. Kruszywa łamane, uzyskane przez mechaniczne rozdrobnienie skał litych, dzielą się na: - kliniec, - tłuczeń, - grys, - mieszanki sortowane, -kamień łamany, - niesorty, - miał. Kliniec (rys. 2.2) to kruszywo łamane stosowane do robót drogowych i budowlanych, zwykle o wielkości ziaren 4–31,5 mm. Tłuczeń stosowany jest głównie do robót drogowych, charakteryzuje się uziarnieniem 31,5–63 mm. Grysy (rys. 2.2) to kruszywa granulowane wykorzystywane do budowy dróg na warstwy ścieralne, wiążące i wyrównawcze, betony asfaltowe, mieszanki mineralno-asfaltowe oraz w budownictwie (produkcja betonów). 13.

(14) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Uziarnienie grysów dostosowane jest do zastosowania i warunków złożowych (np. 2–8, 8–16, 16–22 mm, mieszanki drobno granulowane 0–4 mm). Kruszywo granulowane o wielkości ziaren 2–31,5 mm otrzymuje się z kruszywa zwykłego (łamanego i żwirowego) przez dodatkowe uszlachetnienie, przeważająca część ziaren ma foremne kształty i zaokrąglone krawędzie. Mieszanki klasyfikowane (sortowane) to kruszywa żwirowo-piaskowe lub łamane, wymieszane w odpowiednich proporcjach uziarnienia, zgodnych z projektem przeznaczenia. Kamień łamany (rys. 2.2) jest kruszywem grubym o uziarnieniu 63–250 mm, stosowanym m.in. do umocnień koryt rzek, wałów itp. Niesorty używane są na podbudowy dróg, placów, pod kostkę brukową i do chudego betonu zwykłego. Miał to kruszywo łamane, zwykle o wielkości uziarnienia do 4 mm [Rucińska 2018].. Kliniec. Tłuczeń. Grys. Kamień łamany Rys. 2.2. Rodzaje kruszyw łamanych [fot. J.Łagowski]. Pod względem uziarnienia kruszywa dzielą się na: -. drobne: o wymiarach ziaren mniejszych lub równych 4 mm,. -. grube: o wymiarach ziaren 4–63 mm,. -. bardzo grube: o średnicy ziaren 63–250 mm,. -. wypełniacze: kruszywo, którego większość ziaren przechodzi przez sito 0,63 mm,. -. kruszywa naturalne żwirowe (mieszanki) – kruszywo o uziarnieniu 0–8 mm pochodzenia lodowcowego lub rzecznego, 14.

(15) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. -. kruszywo o uziarnieniu ciągłym – kruszywa będące mieszanką kruszyw drobnych i grubych, w Polsce o uziarnieniu 0–63 mm,. -. pyły – frakcja o ziarnach przechodzących przez sito 0,063 mm.. Ze względu na gęstość objętościową kruszywa dzieli się na: - ciężkie – o gęstości > 3000 kg/m3, - zwykłe – o gęstości 2000–3000 kg/m3, - lekkie – o gęstości < 2000 kg/m3. [Góralczyk, Kukielska 2010]. 2.2. Wydobycie i produkcja kruszyw w Polsce W 2012 roku kruszywa żwirowo-piaskowe wydobywano w 2652 kopalniach (złożach), z czego tylko 217 kopalń (8 %) osiągnęło wielkość wydobycia ponad 0,2 mln Mg rocznie, wydobywając łącznie 113,2 mln Mg kruszyw (61,3 % wydobycia krajowego). Przeważająca liczba kopalń (2038) to kopalnie małe o wydobyciu mniejszym niż 50 tys. Mg/ rok produkujące rocznie 30,5 mln Mg (16,5 % wydobycia). Charakterystycznym w tym przypadku. jest. województwo. podkarpackie,. w. którym. 6. kopalń. o. wydobyciu. przekraczającym milion Mg/rok wyprodukowało tyle samo kruszywa (10,7 mln Mg), co pozostałe 150 mniejszych zakładów. Największą. liczbą. kopalń. dysponują. województwa:. mazowieckie. (381). i wielkopolskie (359), lecz są to w zdecydowanej większości małe zakłady górnicze. Spośród 324 małych kopalń regionu Mazowsza (kategoria poniżej 50 tys. Mg/rok) ok. 38 % z nich osiągnęło wydobycie poniżej 5 tys. Mg/rok, zaś w woj. wielkopolskim w tej samej kategorii kopalń takim wydobyciem charakteryzowało się 35 % zakładów. Występowanie udokumentowanych złóż kamieni łamanych i blocznych nie jest już ani tak liczne, ani tak równomierne terytorialnie, jak kruszyw żwirowo-piaskowych. W 2012 r. na obszarze Polski udokumentowanych było 761 złóż o łącznych zasobach ponad 10,5 mld Mg. Zasoby kruszyw łamanych skoncentrowane są w złożach położonych w południowych województwach, przy czym w trzech województwach: dolnośląskim, świętokrzyskim i małopolskim zalega łącznie 87,2 % zasobów krajowych.. 15.

(16) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Zasoby przemysłowe złóż surowców do produkcji kruszyw łamanych w 2012 r. (Tab. 2.2) wynosiły ok. 3,4 mld Mg i w stosunku do zasobów przemysłowych było to 32,3 %, a ich wystarczalność około 42 lata. Zasoby przemysłowe w 96 %, podobnie jak zasoby bilansowe, są skupione w złożach 3 województw o największych zasobach bilansowych [Kozioł i inni 2014]. Z wymienionych złóż surowców kamiennych występujących głównie w południowej części kraju największy udział mają skały osadowe – 47 % zasobów geologicznych oraz skały magmowe – 44 % zasobów, najniższy udział – około 9 % mają skały pochodzenia metamorficznego. Geneza złóż, które mogą zostać wykorzystane do produkcji kruszyw łamanych ściśle powiązana jest z utworami przed czwartorzędowymi, dlatego też główne złoża zlokalizowane są na obszarze województw: dolnośląskiego – głównie w Karpatach, małopolskiego oraz świętokrzyskiego w rejonie Gór Świętokrzyskich. Polska środkowa oraz północna jest pozbawiona tych złóż, co jest wynikiem przykrycia powyższych skał przez młodsze utwory czwartorzędowe. Przemysłowa eksploatacja skał magmowych takich jak bazalty, granity, gabra, sjenity, porfiry, melafiry, gnejsy, marmury, serpentynity odbywa się wyłącznie na Dolnym Śląsku a także w kilku złożach diabazu, melafiru i porfiru znajdujących się. w. województwie. małopolskim.. Ich. główne. zastosowanie,. to. produkcja. wysokojakościowych kruszyw wykorzystywanych w budownictwie drogowym i kolejowym. Skały osadowe występujące przede wszystkim w rejonie Gór Świętokrzyskich i na Wyżynie Śląsko-Krakowskiej reprezentowane są przez dolomity, wapienie i piaskowce. Eksploatowane obecnie skały pochodzenia metamorficznego znajdują się na terenie województwa dolnośląskiego. Tabela 2.2. Zasoby przemysłowe kamieni łamanych i blocznych w Polsce (2012 r.) [Kozioł i inni 2014]. Województwo. Zasoby. Udział w krajowych. Zasoby. Udział w krajowych. bilansowe. zasobach bilansowych. przemysławe. zasobach. [tys. Mg]. [%]. [tys. Mg]. przemysłowych [%]. BOM. 138848. 0,78. 99370. 2,84. kujawsko-pomorskie. 303101. 1,71. 108018. 3,09. 1284607. 7,24. 421726. 12,06. 849921. 4,79. 278528. 7,97. 1063274. 6. 322018. 9,21. podlaskie wielkopolskie warmińsko-mazurskie. 16.

(17) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. łódzkie. 666844. 3,76. 195596. 5,59. zachodniopomorskie. 1022339. 5,76. 255181. 7,3. lubuskie. 1176148. 6,63. 269598. 7,71. mazowieckie. 1164991. 6,57. 255976. 7,32. dolnośląskie. 2195447. 12,38. 450157. 12,88. 867082. 4,89. 175381. 5,02. opolskie. 1409839. 7,95. 163430. 4,67. podkarpackie. 1291739. 7,28. 149655. 4,28. małopolskie. 1858616. 10,48. 188914. 5,4. śląskie. 859699. 4,85. 73524. 2,1. lubelskie. 952990. 5,37. 64950. 1,86. świętokrzyskie. 629855. 3,55. 24204. 0,69. 17 735 340. 100. 3 496 226. 100. pomorskie. SUMA. Wydobycie ze złóż kamieni łamanych i blocznych osiągnęło w 2012 r. poziom 64 mln Mg i w 88,64 % realizowane było na terenie trzech województw o największych zasobach, z czego 77,75 % przypada na dwa dominujące województwa (dolnośląskie i świętokrzyskie). Województwa te dysponują 185 kopalniami spośród 253 polskich kopalń wydobywających kamienie łamane i bloczne. Wydobycie koncentruje się w kopalniach o rocznym wydobyciu przekraczającym 200 tys. Mg/rok. Spośród 85 kopalń tej kategorii, które wydobyły łącznie 57,4 mln Mg kruszyw łamanych, 25,6 mln Mg wyprodukowano w 18 kopalniach o wydobyciu przekraczającym 1 mln Mg/rok. W wieloletnim rankingu województw pod względem wielkości wydobycia kruszyw łamanych nie notuje się większych zmian (odmiennie niż w przypadku kruszyw żwirowo-piaskowych). Województwa na ogół utrzymały swoje pozycje w rankingu krajowym, chociaż proporcje w udziałach uległy zmianie z powodu wzrostu produkcji kruszyw łamanych w porównaniu z kruszywami żwirowo-piaskowymi. W rekordowym roku 2011 wyprodukowano łącznie ponad 345 mln ton kruszyw w tym kruszywa żwirowo-piaskowe oraz łamane stanowiły 96,3 % całości produkcji – z czego 70 % przypadło na kruszywa żwirowo-piaskowe, a 30 % na łamane.. Pozostałe 3,7 %. stanowiły kruszywa sztuczne (1,2 %), z recyklingu (2,3 %) i morskie (0,2 %). W latach następnych tendencja była spadkowa by obecnie sięgnąć stabilnego poziomu około 200 mln ton surowców skalnych rocznie.. 17.

(18) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 2.3. Wydobycie i produkcja kruszyw w Europie Struktura produkcji kruszyw w Polsce znacznie różni się na tle struktury produkcji w krajach europejskich, głównie ze względu na znaczną przewagę produkcji kruszyw żwirowo-piaskowych (prawie 72 %) i mniejszy udział w produkcji kruszyw łamanych (niecałe 25 %), a również kruszyw z recyklingu, sztucznych i z obszarów morskich. Baza zasobowa kruszyw naturalnych w Polsce jest stosunkowo duża, jednak wielkość zasobów przemysłowych jest już dużo mniejsza (wskaźnik zagospodarowania zasobów bilansowych dla piasków i żwirów wynosi – 19,7 %, a dla kamieni łamanych i blocznych – 32 %), co powoduje, że statyczna wystarczalność tych zasobów wynosi odpowiednio 20 i 40 lat, a praktyczna, ze względu na straty zasobów mniejsza o 20÷30 % [Szruba 2018]. Na podstawie danych UEPG pochodzących z 35 krajów europejskich producentów kruszyw, wielkość produkcji kruszyw w 2016 roku osiągnęła w Europie łącznie ok. 3,9 mld Mg, przy czym ponad 91 % stanowią kruszywa łamane zwięzłe i żwirowo-piaskowe pochodzące ze złóż lądowych, a niecałe 9 % kruszywa morskie, z recyklingu i sztuczne. O ile w Europie kruszywa wyprodukowane ze skał litych (łamane) stanowiły prawie 54 % produkcji (w 2016 roku – około 2,1 mld Mg), zaś udział kruszyw żwirowo-piaskowych wynosił niecałe 37 % (1,47 mld Mg), o tyle w Polsce te proporcje były zdecydowanie odwrotne. Kruszyw żwirowo-piaskowych wyprodukowano ponad dwukrotnie więcej niż kruszyw łamanych zwięzłych, co wynika z geologicznej bazy zasobowej, jej lokalizacji i dostępności. Europejski przemysł kruszyw obejmuje około 17 tysięcy firm pozyskujących kruszywo w około 29 tysiącach kopalń i odkrywek zatrudniając bezpośrednio i pośrednio około 280 tysięcy osób. Kraje zrzeszone w Unii Europejskiej (28 krajów) wyprodukowały w 2016 r. 1,03 mld Mg kruszyw żwirowo-piaskowych i 1,17 mld Mg kruszyw łamanych zwięzłych (rys. 2.3). Do największych producentów kruszyw w Europie (ponad 150 mln Mg/rok) zaliczały się w kolejności takie kraje jak: Rosja – 592 mln Mg, Niemcy – 572 mln Mg, Turcja – 522 mln Mg, Francja – 331 mln Mg, Polska – 263 mln Mg, Wielka Brytania – 256 mln Mg i Włochy – 157 mln Mg (rys. 2.4). W pozostałych krajach produkcja kruszyw kształtowała się na poziomie poniżej 100 mln Mg/rok. W wielu krajach produkowane i zużywane są głównie kruszywa łamane. Do krajów, w których udział kruszyw łamanych w łącznej ilości produkowanych kruszyw przekracza 75 %, zaliczają się: Cypr – 100 %, Grecja 99,7 %, Turcja – 90,4 %, Portugalia – 86,5 %, Norwegia – 82,4 %, Irlandia – 79,1 % i Chorwacja – 66,7 %. Kruszywa żwirowo-piaskowe przeważają (powyżej 70 % udziału) w 18.

(19) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Holandii – 100 %, Izraelu – 100 %, w Szwajcarii – 89 %, na Islandii – 80 % i Polsce – 70,3 %. W 2016 roku krajem o największej produkcji kruszyw przypadającej na mieszkańca była Norwegia (17 Mg/osobę), Polska, z produkcją 8,0 Mg/osobę, zajmowała 13 miejsce w Europie, Niemcy 12 miejsce – 8,2 Mg/osobę, a najmniejszą produkcję odnotowano w Hiszpanii oraz Macedoni (poniżej 3,0 Mg/osobę). Średnia europejska produkcji kruszyw na mieszkańca wynosiła w 2016 roku około 5,2 Mg/osobę i w porównaniu z najlepszym 2006 rokiem (7,2 Mg/mieszkańca) obniżyła się o około 27%, przy czym w 28 krajach UE wynosiła 5,7 Mg/osobę.. 600. 500. Piasek i żwir. Kruszywa łamane. Kruszywa z recyklingu. Kruszywa sztuczne. Kruszywa morskie. 400. 300. 200. 100. 0. Rys. 2.3. Produkcja kruszyw (mln Mg) w poszczególnych krajach należących do EUPG w 2016 r. [EUPG] 19.

(20) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 4000. 3500. 3000. 2500. 2000. 1500. 1000. 500. 0 2010. 2011 Polska. 2012 Niemcy. 2013 Rosja. 2014 Francja. 2015 Turcja. 2016 EUPG. Rys. 2.4. Wydobycie kruszyw (mln Mg) w EUPG w latach 2010-2016 [EUPG] W oparciu o planowane inwestycje infrastrukturalne oraz drogowe, a także biorąc pod uwagę wielkość uzyskanych i posiadanych środków własnych przez inwestorów (GDDKiA, samorządy), prognozowana produkcja w Polsce na lata 2019 – 2022 kształtować się będzie na poziomie 200 – 230 mln ton. 2.4. Zastosowanie surowców skalnych w różnych gałęziach przemysłu Kruszywa jako podstawowy surowiec budowlany, towarzyszy ludzkości od początków rozwoju cywilizacji. Według niektórych źródeł, światowe zużycie kruszyw wynosi ponad 40 mld ton rocznie, co oznacza że średnio na każdego mieszkańca przypada 5,5 t/rok. Pomimo, że złoża kruszyw naturalnych obecne są powszechnie na kuli ziemskiej, niektóre kraje borykają się z ich deficytem. Należą do nich zwłaszcza kraje arabskie, które – ze względu na brak możliwości wykorzystania drobnego piasku pustynnego do betonów –. 20.

(21) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. zmuszone są importować je z odległej Australii. Dotyczy to także Singapuru, Indii oraz niektórych regionów Chin [Kozioł i inni 2015]. Kruszywa znajdują szerokie zastosowanie we wszystkich rodzajach budownictwa, przy czym zdecydowanie największe zapotrzebowanie na kruszywa generuje budownictwo liniowe. Poza tym, wykorzytywane są w budownictwie - głównie do produkcji betonów, dróg, mieszkań i innych obiektów infrastrukturalnych ale także w energetyce, chemii budowlanej do produkcji zapraw, suchych mieszanek i betonów komórkowych oraz przemyśle ciężkim. Odpowiednio uszlachetnione kruszywa stosuje się także poza budownictwem w wielu gałęziach gospodarki, jak przemysł szklarski, odlewnictwo, filtracja wody i ścieków a także odpadów przemysłowych. Drobne piaski o wysokiej zawartości kwarcu używane są niemal w całej współczesnej elektronice – od telefonów komórkowych, komputerów, po telewizory czy panele i baterie słoneczne. Poza tradycyjnymi kierunkami zagospodarowania kruszywa stosowane są również do wydobycia węglowodorów metodą szczelinowania hydraulicznego, do budowy i utrzymania infrastruktury sportowej i rekreacyjnej – boisk, pól golfowych, parków, parkingów itd. [Szruba 2018]. Do produkcji betonów i wyrobów betonowych tradycyjnie wykorzystywane są mieszanki i pospółki, jednak potrzeba produkcji coraz wyższej jakości wyrobów powoduje systematycznie rosnące zastosowanie do tych celów żwirów i uzupełniająco piasków kwalifikowanych (uszlachetnionych), przy malejącym udziale mieszanek klasyfikowanych (przesiewanych) oraz bardzo małym udziale pospółek (nieklasyfikowane mieszanki piasku i żwiru wydobyte bezpośrednio ze złoża). W strukturze produkcji wyrobów betonowych w Polsce dominuje masa betonowa (beton towarowy), stosowana w budownictwie kubaturowym (mieszkaniowo-usługowym, przemysłowym itp.) oraz w drogownictwie – ok. 65 % zużycia. Drugą pozycję zajmują płyty i kostki betonowe dla budownictwa komunikacyjnego – ok. 17 %, kolejne: prefabrykowane elementy konstrukcyjne – ok. 8 %, zaprawy i suche mieszanki – ok. 7 %, elementy ścienne z betonu zwykłego – ok. 2 % oraz rury betonowe ok. 1 %. Szacuje się, że do produkcji wymienionych wyrobów betonowych zużywa się 60–70 mln t/rok żwirów, mieszanek i częściowo piasków klasyfikowanych. Piaski klasyfikowane i nieklasyfikowane (niesortowane) obecnie zużywane są głównie w budownictwie drogowym (do podbudów) oraz w innych robotach inżynierskich. Zużycie kruszyw łamanych jest nierozerwalnie związane ze stanem budownictwa drogowego i kolejowego, w mniejszym stopniu budownictwa kubaturowego (zastosowanie do produkcji 21.

(22) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. betonów wysokiej klasy). Szybki, niemający precedensu w historii wzrost popytu na kruszywa łamane, związany z przyjęciem Polski do UE, jest wynikiem m.in. dużych inwestycji drogowych i infrastrukturalnych oraz bieżącej modernizacji i rozbudowy dróg wojewódzkich i gminnych. W efekcie w latach 2003–2014 nastąpiło zwiększenie zapotrzebowania i produkcji kruszyw łamanych z 26,4 mln t do ponad 64 mln t (w 2011 r. 88,7 mln t). Kruszywa łamane znajdują zastosowanie głównie w drogownictwie, kolejnictwie i budownictwie kubaturowym. Ogólnie można stwierdzić, że podstawowymi surowcami kamiennymi dla drogownictwa i kolejnictwa są kruszywa łamane (tłuczeń, kliniec, grysy) produkowane ze skał magmowych (bazalty, melafiry, diabazy, porfiry, gabra), a również metamorficznych (amfibolity, gnejsy, serpentynity) i osadowych (dolomity, piaskowce, szarogłazy, wapienie). W budownictwie większość kruszyw ze skał magmowych jest wykorzystywana do produkcji betonów wysokich marek i betonów specjalnych. Niższej i średniej klasy betony wytwarzane są z kruszyw ze skał osadowych. Specjalnym kierunkiem zastosowań jest produkcja lastrico i terazzo (sztuczne kamienie typu konglomerat), gdzie wykorzystywane są przede wszystkim grysy marmurowe i z wapieni dekoracyjnych. Szacuje się, że ok. 55 % zużycia naturalnych kruszyw łamanych przypada na budownictwo drogowe, ok. 25 % na budownictwo kolejowe i niespełna 20 % na budownictwo mieszkaniowe i przemysłowe. W najbliższym czasie należy oczekiwać znacznie większego zużycia kruszyw łamanych i żwirowo-piaskowych w budownictwie obiektów energetycznych (elektrownie węglowe i atomowa), które potrzebują dużo betonów wysokiej i specjalnej jakości. W budownictwie wykorzystuje się także kruszywa specjalne ze skał o dużej gęstości - powyżej 3000 kg/m3, stosowane do ciężkich betonów osłonowych. Użycie kruszyw specjalnych w betonach osłonowych ma szczególne znaczenie z uwagi na występujące w nich pierwiastki chemiczne osłabiające działanie promieniowania jonizującego. Kruszywa ciężkie w postaci rud magnetytu, barytu, hematytu, zawierające związki chemiczne z pierwiastkami o dużej masie atomowej, wykazują zdolność osłabiania promieniowania γ. Kruszywa ze związkami o małej liczbie atomowej, zawierające wodę związaną chemicznie oraz związki boru, wykazują zdolność osłabiania promieniowania neutronowego. Zasadniczą korzyść, jaką niesie użycie kruszyw specjalnych, stanowi zmniejszenie grubości osłony biologicznej przy zachowaniu właściwości osłonowych w porównaniu z betonami wykorzytującymi kruszywo zwykłe. Specjalne wymagania musi spełniać także kruszywo do robót hydrotechnicznych, gdzie stosowane są frakcje grube o uziarnieniu 125–250 mm. Ten rodzaj kruszywa. 22.

(23) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. charakteryzuje się określoną odpornością na zniszczenie oraz trwałością, związaną z mrozoodpornością i odpornością na krystalizację soli.. 2.5.. Parametry jakościowe kruszyw. Niektóre właściwości kruszyw, w zasadzie niezależne od sposobu przeróbki w istotny sposób wpływają na właściwości wyrobu, w którym je zastosowano. Przykładem może być mrozoodporność kruszywa czyli jeden z głównych elementów wpływający na trwałość betonu. Zgodnie z wymaganiami norm europejskich, jako wskaźnik mrozoodporności można przyjąć nasiąkliwość kruszywa (PN-EN 1097-6). Uznaje się, że nasiąkliwość nie przekraczająca 1 % gwarantuje mrozoodporność kruszywa. W przypadku niektórych wapieni, piaskowców i żużli wartość nasiąkliwości jest większa, a kruszywa te są wystarczająco mrozoodporne. Podobnie o możliwości zastosowania kruszywa do betonu o wysokiej wytrzymałości decyduje jego odporność na rozdrabnianie, czyli współczynnik LA badany w bębnie Los Angeles (PN-EN 1097-2). Z kolei na jakość mieszanek bitumicznych wpływ ma odporność kruszywa na ogrzewanie i suszenie jakie ma miejsce przy produkcji gorących mieszanek. Właściwość tę określa się w badaniu odporności na szok termiczny (PN-EN 1367-5). Parametry takie jak odporność na ścieranie (PN-EN 1097-1), odporność na polerowanie i ścieranie powierzchniowe (PN-EN 1097-8) decydują o możliwości zastosowania kruszywa do nawierzchni drogowych [Góralczyk i Kukuelska 2010]. Według badań IMBIGS największą odporność na rozdrabnianie osiągają kruszywa z melafiru, gabra, szarogłazu i bazaltu. Jako badanie wzorcowe odporności na rozdrabnianie wg PN EN 1097-2 przyjmuje się badanie w bębnie Los Angeles. W przypadku kruszyw z amfibolitu, żużli i dolomitu parametr ten waha się w przedziale LA15 do LA25. Gorsze wartości wykazują kamienie wapienne, gnejsy, granity, kwarcyt i żwiry węglanowe. W przypadku odporności na ścieranie MDE10, najwyższe parametry uzyskują kruszywa z sejnitu, gabra, malefiru, żużla oraz kwarcowe kruszywa żwirowe, granitowe i bazaltowe. Najniższe. parametry. wykazują. żwiry węglanowe. oraz. kruszywa. wapienne.. We. wspomnianych badaniach wykonanych w IMBiGS najlepsze wartości polerowalności mieściły się w kategorii PSV68, trzeciej w kolejności w normach. Taką polerowalność osiągnęły kruszywa z gnejsu, szarogłazu oraz niektóre kwarcytowe, amfibolitowe, węglanowe, żużlowe i żwirowe kruszone. Duża zmienność występuje w pozostałych kruszywach żwirowych, a także w kruszywach węglanowych. Szok termiczny nie spowoduje 23.

(24) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. spadku wytrzymałości w przypadku gabra, gnejsu, kwarcytu, i żwiru magmowometamorficznego. Największą zmienność w tym zakresie posiadają kruszywa żwirowe, bazaltowe, węglanowe oraz dolomitowe. Natomiast maksymalne spadki wytrzymałości występują w próbkach kruszywa wapiennego i węglanowego. Najlepsze wyniki w zakresie odporności na szok termiczny osiągają kruszywa z gabra. Kolejnym parametrem określającym jakość oraz możliwość zastosowania kruszyw w aplikacjach budowlanych jest nasiąkliwość. Większość występujących w Polsce skał przebadanych przez IMBIGS wykazuje poziom nasiąkliwości poniżej 1 %, jedynie niektóre rodzaje kruszyw dolimitowych, węglanowych i żwirowych magmowo-metamorficznych przekraczają granicę 1 % [Góralczyk i Kukuelska 2010]. Poza opisanymi wyżej parametrami, w przypadku kruszyw występuje także grupa czynników określających ich właściwości jakościowe oraz możliwość wykorzystania w budownictwie i drogownictwie, która ściśle związana jest ze sposobem prowadzenia operacji przeróbczych. Wyróżnia się tutaj skład ziarnowy, oceniany na podstawie normy PN-EN 933-1, kubiczność (kształt kruszywa grubego), które określają normy PN-EN 933-3 i PN-EN 933-4, a także zawartość pyłów i innych zanieczyszczeń organicznych oraz nieorganicznych. W przypadku produkcji betonów, pyły dodawane w postaci wypełniaczy stanowią pełnowartościowy składnik mieszanki betonowej, wpływający korzystnie na parametry produktu końcowego. Jednakże, jeśli pył występuje w kruszywie jako zanieczyszczenie otaczające powierzchnię ziaren kruszywa np. w postaci glin i iłów - następuje ich izolacja od zaczynu cementowego w wyniku czego osłabiana jest strefa kontaktowa co w konsekwencji prowadzi do obniżenia wytrzymałości betonu – zwłaszcza na zginanie. Niekorzystny wpływ pyłów zależy w dużej mierze od ich składu oraz właściwości fizyko-chemicznych, jedne z nich posiadają właściwości pęczniejące lub jonowymienne, inne mogą być mniej szkodliwe. Minerały ilaste utrudniają także prowadzenie procesów przeróbczych takich jak przesiewanie oraz rozdranianie, obniżając tym samym ich efektywność.. 24.

(25) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 3.. Technologia produkcji kruszyw Wartość rynkowa kruszyw mineralnych uzależniona jest w głównej mierze od jakości. surowca stanowiącego bazę do ich produkcji. Producenci podnoszą ją, poprzez wszelkiego rodzaju operacje mechaniczne zastosowane w procesie przeróbki, takie jak rozdrabnianie, klasyfikacja ziarnowa, uwalnianie i separacja frakcji niepożądanych, takich jak wtrącenia ilaste oraz organiczne. Sposób prowadzenia eksploatacji także wpływa na dobór powyższych operacji przeróbczych i w efekcie decyduje o jakości produktów końcowych. 3.1. Metody eksploatacji surowców skalnych Eksploatacja kopalin związana jest z szeregiem czynności koniecznych do wykonania w złożu i jego otoczeniu, które w rezultacie prowadzą do pozyskiwania kopaliny. Charakterystycznym elementem górnictwa odkrywkowego jest usuwanie nadkładu o różnych grubościach i składzie oraz urabianie kopaliny i jej transport do miejsca przeznaczenia. Ponadto wykonywane są operacje dodatkowe, które wspomagają główny proces eksploatacji, takie jak [Borcz 2015]: - przygotowanie frontu, - odwadnianie wyrobiska, - rozdrabnianie nadgabarytów, - rekultywacja i inne. W zależności od wielu czynników, np. rodzaju kopaliny i jej właściwości fizykomechanicznych, głębokości zalegania, wielkości zalegającego nad nią nadkładu, a także możliwości technicznych i ekonomicznych, sposób eksploatacji, a także maszyny i urządzenia są dobierane celowo w sposób uporządkowany, tak aby mogły utworzyć odpowiedni ciąg wydobywczy – układ technologiczny. W technologii górnictwa skalnego, stosowanego przede wszystkim przy urabianiu zwięzłych skał do produkcji kruszyw łamanych (w tym do drogownictwa), kamieni budowlanych, kruszyw z zastosowaniem w przemyśle cementowo-wapienniczym, gipsowym czy hutniczym, najszersze zastosowanie mają materiały wybuchowe, rzadziej zastosowanie znajdują metody mechaniczne, i termiczne. O doborze właściwej technologii urabiania skał 25.

(26) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. litych. decyduje. kilka. czynników,. przede. wszystkim. urabialność,. parametry. wytrzymałościowe tychże skał oraz gruntów ich otaczających a także parametry związane z możliwością zastosowania poszczególnych maszyn górniczych [Lewicki, 2015]. Zakładając, że górna granica urabiania mechanicznego przypada na ok. 80 MPa wytrzymałości skał na ściskanie, najefektywniejsze pod kątem urabiania skał zwięzłych i bardzo zwięzłych jest urabianie z użyciem materiałów wybuchowych. Z uwagi głównie na niskie koszty jednostkowe wydobycia jest to powszechnie stosowany sposób i jeżeli nie istnieją żadne ograniczenia, to często rozpatrywany jest jako podstawowa technologia wydobycia, stosowana głównie w kopalniach zwięzłych surowców skalnych, tj. bazalty, granity, kwarcyty, amfibolity, gnejsy, porfiry, wapienie, dolomity i piaskowce itp. [Borcz, 2015]. W przypadku skał mniej zwięzłych o wytrzymałości na ściskanie w granicach 20 Mpa takich jak np. margle i wapienie kredowe, niejednokrotnie stosuje się kombajny frezujące lub spycharki z osprzętem zrywakowym do urabiania mechanicznego (rys. 3.1). Technologia ta umożliwia selektywne wybieranie złoża, jednoczesne rozdrabnianie oraz często bezpośredni załadunek na środki odstawy. W mechanicznej metodzie eksploatacji skał, wykorzystuje się także młoty hydrauliczne i zrywaki wibracyjne montowane na wysięgnikach koparek jednonaczyniowych [Kasztelewicz i inni, 2013, 2017].. a) zrywanie margli spycharką wyposażoną. b) eksploatacja gipsu kombajnem. w zrywak [Machniak i Borcz, 2012]. frezującym [bh-ruda.pl]. 26.

(27) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. c) odspajanie skały młotem hydraulicznym. d) urabianie margla przy użyciu zrywaka. [Sandvik]. wibracyjnego [Sypniowski, 2013] Rys. 3.1. Metody mechanicznego urabiania skał. Urabianie termiczne z użyciem palnika termicznego stosowane jest w przypadku skał magmowych wydobywanych na bloki, które zawierają minimum 15% kwarcu. Kwarc pod wpływem doprowadzenia odpowiednio dużej ilości ciepła zwiększa swoją objętość, rozsadzając skałę wzdłuż linii działania palnika. Jest to jednak rzadko stosowana metoda, szczególnie z uwagi na generowany przez palnik duży hałas [Glapa i Stefanicka, 2017]. W celu wydobycia kruszyw żwirowo-piaskowych stosowane są trzy podstawowe technologie eksploatacji: lądowa (sucha), spod wody (wodna) i mieszana (lądowo-wodna). Zastosowanie jednej z tych technologii uzależnione jest od usytuowania poziomu wodonośnego względem stropu i spągu złoża. W złożach zawodnionych, eksploatowanych spod wody, zwierciadło wody utrzymywane jest co najmniej 1,5 m powyżej stropu złoża. Tego typu złoża najczęściej zalegają w południowej części kraju, gdyż związane są z obszarami akumulacji rzecznej lub wodnolodowcowej. Eksploatacja lądowa najczęściej występuje w obszarze Polski Północnej (zlodowacenie północnopolskie), a produkcja odpowiedniej jakości kruszyw wymaga ich płukania i dostarczenia odpowiedniej ilości wody przemysłowej. W wielu przypadkach stosowana bywa również eksploatacja mieszana, z urabianiem górnego poziomu z lądu, a poziomu dolnego spod lustra wody. Głębokość zalegania spągu złoża najczęściej nie przekracza 10 m poniżej lustra wody. Złoża te eksploatowane są wyrobiskami wgłębnymi lub stokowo-wgłębnymi. W eksploatacji spod wody w zależności od głębokości zalegania złoża stosuje się urabianie koparkami z lądu (przy płytkiej eksploatacji 5-10 m) lub urabianie pogłębiarkami pływającymi. Piaski i żwiry eksploatuje się również 27.

(28) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. z rzek i zbiorników wodnych w ramach prac regulacyjnych i pogłębiających koryta. Ta eksploatacja nie podlega jednak nadzorowi górniczemu i odbywa się zgodnie z wymogami prawa wodnego . Ze względu na postępującą eksploatację złóż zalegających na. większych. głębokościach i pod grubszym nadkładem, systematycznie wzrasta udział wydobycia kruszyw spod lustra wody, który na przestrzeni ostatnich 40 lat przedstawiał się następująco [Kozioł i inni, 2017]: . 1975 r. – 54% (wydobywanych żwirów i piasków),. . 1985 r. – 65%,. . 2015 r. – ok. 75%. Specjalną technologią wydobycia kruszyw jest eksploatacja podmorska, w niektórych. krajach stosowana na znaczna skalę (w UE ok. 55 mln Mg/rok) [EUPG, 2016]. W Polsce w 2015 roku wydobycie z Bałtyckiego Obszaru Morskiego wyniosło 0,485 mln Mg (PIG-PIB 2016). Urabianie piasków i żwirów polega na pokonaniu sił spójności, które odbywa się w wyniku. procesu. mechanicznego. (skrawanie),. hydraulicznego. lub. pneumatycznego. [Bęben, 2008]. Najczęściej urabianie związane jest z zaczerpywaniem urobku do organu roboczego pogłębiarki lub innej maszyny (koparki, zgarniarki) wydobywczej, w którym równocześnie zapoczątkowane zostaje wynoszenie urobku ku powierzchni wody. Łącząc proces urabiania z transportem pionowym i poziomym urobku (po wodzie i na lądzie) stosuje się różne warianty układów technologicznych. Do najczęściej obecnie stosowanych maszyn wydobywczych należą [Kozioł i inni, 2011]: . pogłębiarki ssące z głowicami spulchniającymi (pogłębiarka ssącorefulująca – rys. 3.2.a),. . koparki łyżkowe (podsiębierne) lub zgarniakowe,. . zgarniarki linowe (rys. 3.2.b),. . pogłębiarki chwytakowe (rys. 3.2.c),. . pogłębiarki wieloczerpakowe (rys. 3.2.d).. 28.

(29) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. a) pogłębiarka ssąco-tłocząca wyposażona w głowicę spulchniającą (Refuler). b) pogłębiarko-zgarniarka linowa z krążkiem zwrotnym. c) pogłębiarka chwytakowa. 29.

(30) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. d) pogłębiarka wielonaczyniowa Rys. 3.2. Metody eksploatacji spod wody [Kozioł i Machniak, 2011]. 3.2. Operacje mechaniczne stosowane w produkcji kruszyw Urobek otrzymany w procesach eksploatacji górniczej składa się z mieszaniny ziaren od pyłu do bloków skalnych o średnicy przekraczającej czasem 1 m. Wydobyty materiał jest najczęściej zanieczyszczony gliną oraz iłem, a także wtrąceniami nadkładu i ziarnami zwietrzałymi. Chcąc spełnić warunki narzucone przez normy określające parametry kruszyw budowlanych, wydobyty surowiec musi zostać poddany przeróbce mechanicznej, w skład której wchodzą następujące procesy [Gawenda, 2015]: - rozdrabnianie jedno- lub wielostadialne, którego celem jest uzyskanie ziaren o pożądanej frakcji, - przesiewanie, czyli rozdział kruszywa na określone klasy ziarnowe pod względem wielkości i kształtu a także czasem wydzielenie zanieczyszczeń ilastych oraz gliniastych, - klasyfikacja hydrauliczna mająca na celu rozdzielenie drobnych ziaren i usunięcie frakcji pyłowej i gliny, - płukanie, którego głównym zadaniem jest uwolnienie ziaren użytecznych poprzez rozmycie i usunięcie zanieczyszczeń takich jak glina, iły oraz pył, - odwadnianie, czyli proces rozdziału fazy stałej od ciekłej pozwala na łatwe transportowanie i składowanie odwodnionego materiału, a także stosowane jest w celu odzyskania wody technologicznej i po jej oczyszczeniu zawrócenia do ponownego obiegu. 30.

(31) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. 3.2.1 Rozdrabnianie Rozdrabnianie jest działaniem znajdującym szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przeróbki surowców i obejmuje grupę procesów, na skutek których następuje rozpad ziarn materiału podlegającego wpływowi sił mechanicznych. Rozpad ten uzyskuje się najczęściej w wyniku wywołania odkształceń i tym samym naprężeń przekraczających graniczne naprężenia dla danego surowca. Poza zmniejszeniem wymiarów ziarn rozdrabnianych, na skutek procesu zwiększa się także powierzchnia właściwa materiału, zmianie ulega kształt ziaren, w rozdrabnianym materiale zachodzą też pewne zmiany strukturalne co może też skutkować zmianą podatności na rozdrabnianie. Zależnie od wielkości rozdrabnianych ziarn, proces ten dzieli się na kruszenie oraz mielenie, przy czym kruszenie z reguły dotyczy ziarn grubszych, mielenie natomiat stosuje się do rozdrabniania nadawy drobno uziarnionej. Siłami mechanicznymi, które występują w procesach rozdrabniania są najczęściej: zgniatanie, ścinanie, łamanie, ścieranie, łupanie oraz udar. Urządzenia stosowane w procesie rozdrabniania wykorzystują z reguły kombinację kilku spośród tych działań, przy czym jedno z nich odgrywa rolę dominującą. Jako operacja główna, rozdrabnianie stosowane jest w celu uzyskania gotowego produktu o określonym uziarnieniu w przemyśle kruszyw mineralnych, natomiast w przypadku rud metali rozdrabnianie jest procesem przygotowawczym przed procesem wzbogacania i jego podstawowym zadaniem jest uwolnienie wpryśnięcia minerału użytecznego ze skały płonnej. Ponadto, procesy rozdrabniania wykorzystuje się w celu uszlachetniania kruszyw mineralnych, tj. poddania określonych klas ziarnowych odpowiednio przygotowanemu i uregulowanemu rozdrabnianiu, podczas którego redukuje się wielkośc ziarn posiadających defekty naturalne, lub te powstałe w czasie eksploatacji. W efekcie tego procesu zwiększa się udział ziarn jednorodnych pod względem nie tylko wielkości, ale także wytrzymałości i kształtu. Budowę układu kruszenia determinują następujące względy: -. wersja układu (stacjonarny, mobilny, semimobilny, kontenerowy),. -. własności technologiczne kruszonego materiału: wytrzymałość na ściskanie, uziarnienie, abrazyjność – związana zwykle z udziałem krzemionki, wilgotność i inne, które znacząco wpływają na rodzaj zastosowanej kruszarki,. 31.

(32) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. -. wymagania. technologiczne. dotyczące. produktu. kruszenia:. skład. ziarnowy,. maksymalny wymiar ziarna, parametry kształtu ziaren, udział klasy pylistej i inne, -. wydajność układu,. -. rodzaj kruszarki,. -. dostępność i warunki serwisu kruszarki,. -. możliwości finansowe inwestora kruszarki,. -. planowany okres eksploatacji kruszarki uwarunkowany: zasobnością złoża surowca, lub produkcją uziarnionego materiału syntetycznego, przewidywanym popytem na produkt kruszenia oraz prognozą kształtowania się kosztów eksploatacji kruszarki związanych z warunkami lokalnymi zakładu przeróbczego,. -. ewentualne dodatkowe zadanie technologiczne kruszarki, np. suszenie materiału. W zależności od wymagań uziarnienia produktu rozdrabniania oraz nadawy, układ. kruszenia może być jedno-, dwu-, trój- a nawet czterostadialny utworzony z dobranych odpowiednio do własności fizycznych rozdrabnianego materiału, kruszarek usytuowanych szeregowo [Sidor, 2018]. W procesie rozdrabniania wyróżnia się także rozdrabnianie selektywne, stosowane kiedy obserwowana jest wyraźna różnica podatności na ww. działania mechaniczne pomiędzy składnikiem użytecznym a skałą płonną. W jego wyniku następuje zwiększenie udziału składnika użytecznego w jednych klasach ziarnowych z jednoczesnym zmniejszenim tego udziału w innych. Po odsianiu klasy ziarnowej o zmniejszonej zawartości składnika użytecznego, uzyskuje się wzbogacanie produktu rozdrabniania. W przypadku surowców mineralnych, podatność na proces rozdrabniania zależy w dużym stopniu od struktury i tekstury materiału, która móże być krystaliczna, porowata, blaszkowata, włóknista lub bezpostaciowa. Pomimo zbliżonej wytrzymałości, surowce o różnej strukturze z reguły zachowują się inaczej w procesie rozdrabniania. Znaczny wpływ na ten proces ma także wilgotność rozdrabnianego materiału, co szczególnie wyraźnie da się zauważyć w przypadku materiałów ilastych. Zawartość wody do około 20% wpływa negatywnie na proces, natomiast przekroczenie tej granicy i dalszy wzrost wilgotności wpływa na poprawę podatności rozdrabniania. Stąd też rozdrabnianie drobne i mielenie prowadzi się w miarę możliwości na mokro.. 32.

(33) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Urządzenia wykorzystywane do rozdrabniania dobiera się odpowiednio do właściwości materiału poddawanego temu procesowi, uwzględniając wielkość ziarn i podatność na działania kruszące a także zależnie od właściwości produtku jaki chce się otrzymać. Surowce twarde rozdrabnia się poprzez udar, średnio twarde przez zgniatanie, miekkie przez łamianie, zgniatanie i ścieranie, a ilaste i lepkie przez ścieranie. Zależnie od wielkości nadawy, w przypadku ziarn grubych zastosowanie ma zgniatanie, do średnich zgniatanie i udar a do drobnych ścieranie i udar.. 3.2.2 Klasyfikacja mechaniczna Jednym z najbardziej rozpowszechnionych sposobów na rozdział ziarn pod względem ich wielkości tj. klasyfikację granulometryczną jest klasyfikacja mechaniczna, popularnie zwana przesiewaniem. Celem tej klasyfikacji jest rozdział materiału sypkiego na pożądane klasy ziarnowe, czyli zbiory o określonych granicach wielkości ich rozmiarów [Wodziński, 2009]. Kryterium wyjściowym dla efektywnej realizacji procesu przesiewania jest doprowadzenie wszystkich ziarn nadawy do kontaktu z posiadającą otwory o określonym kształcie i rozmiarach - zależnych od założonej granicy rozdziału - powierzchnią stałą sita. Otwory pozwalają na przejście do produktu dolnego ziarn mniejszych od ich wielkości i tym samym pozostanie na sicie ziarn większych. W procesach przesiewania surowców mineralnych, mających cechy operacji kluczowych, celem jest uzyskanie produktów podzielonych na handlowe klasy ziarnowe. W tym celu stosowane są przesiewacze nadrezonansowe o charakterystyce liniwej, kołowej lub kołowej „spłaszczonej” (eliptycznej) [Poćwiardowski i inni, 2012]. Dobór charakterystyki uzależniony jest od warunków technologicznych węzła przesiewania, a także od parametrów i właściwości nadawy. W procesie prowadzonym na sucho, gdzie granica rozdziału zawiera się w przedziale 2 – 200 mm, najczęściej stosowane są przesiewacze o charakterystyce kołowej. W odróżnieniu od przesiewaczy liniowych i eliptycznych, wymagają one znacznego nachylenia (10 - 30°), dzięki któremu realizowany jest transport materiału na sicie. Urządzenia działające zgodnie z dwiema pozostałymi charakterystykami, mogą pracować przy minimalnym lub zerowym nachyleniu, co w efekcie pozwala na znaczną redukcję wysokości zabudowy. Ponadto, w przypadku przesiewania na mokro stosując urządzenia pracujące z zerowym nachyleniem, znacznie ogranicza się ilość wody, która wraz z produktami górnymi może dostać się na ciągi tranportowe. Między. 33.

(34) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. innymi z tego powodu, przesiewacze płaskie wyposażone w sita szczelinowe stosowane są na końcu ciągu technologicznego w celu odwadniania produktów docelowych. W węzłach przesiewania wstępnego wykorzystywane są ruszty stałe, przesiewacze z rusztami obrotowymi oraz ciężkie przesiewacze z rusztami kaskadowymi czy sitami wykonanymi z grubych blach perforowanych (rys. 3.3). Głównym celem procesu wstępnego przesiewania jest oddzielenie frakcji grubych kierowanych do węzła kruszenia oraz jak dalece to możliwe - usunięcie zanieczyszczeń gliniasto-ilastych od ziarn surowca. Urządzenia wykorzystywane w węzłach wstępnej klasyfikacji cechują się wzmocnioną konstrukcją, pozwalającą na przyjęcie nadawy w dużej ilości i bardzo grubym uziarnieniu - pojedyńcze kęsy osiągają niejednokrotnie gabaryty rzędu 1 – 1,5 m.. a) typowy układ wstępnej klasyfikacji. b) przesiewacz rolkowy. [HAVER NIAGARA]. [Shah, 2018]. c) przesiewacz mimośrodowy z sitami. b) przesiewacz rusztowy - grizzly. z blach perforowanych [HAVER NIAGARA]. [HR]. Rys. 3.3. Typy przesiewaczy stosowane w węzłach wstępnej klasyfikacji. 34.

(35) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Bardzo drobno uziarnione materiały klasyfikuje się w przesiewaczach zataczających lub urządzeniach z bezpośrednim wzbudzeniem sit (rys. 3.4). W przypadku rozdziału na drobne klasy ziarnowe poniżej 1 mm, duży wpływ na przebieg procesu ma wilgotność nadawy, która po przekroczeniu wartości granicznej może wpływać na zaklejanie się oczek sita materiałem przesiewanym. Dlatego bardzo ważne jest zastosowanie układu pozwalającego na ich czyszczenie, czy to za pomocą sprężonego powietrza, okresową zmiany częstości drgań, zastosowanie sit warstwowych współdrgających lub wykorzystanie elementów sprężystych uderzających w sito [Wodziński, 1988].. a). b) Rys. 3.4 Przesiewacz z bezpośrednim wzbudzaniem sit stosowany do klasyfikacji frakcji drobnych a) widok, b) przekrój [HAVER NIAGARA] Do procesów produkcji kruszyw płukanych będących finalnym produktem. handlowym, wykorzystuje się przesiewacze wyposażone w systemy zraszaczy, które mają za zadanie odpowiednie ukształtowanie strumienia wody i tym samym usunięcie z nadawy niepożądanych zanieczyszczeń. Punkt pracy układu zraszaczy wynosi zazwyczaj 2 – 3 barów oraz w granicach 0,5 – 1 m3/t nadawy i uzależniony jest od właściwości płukanego surowca jak i rodzaju rozmywanych wtrąceń.. Pomimo pozornie prostego przebiegu procesu przesiewania, w warunkach przemysłowych bywa ono problematyczne i uzależnione jest od trzech bazowych czynników: - parametrów technicznych przesiewacza, - właściwości fizyczno – mechanicznych przesiewanego surowca, - sposobu prowadzenia procesu przesiewania.. 35.

(36) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Powyższe, wpływając na siebie determinują skuteczność klasyfikacji i gdyby przesiewanie prowadzone było w sposób 100% skuteczny, w jego efekcie na sicie o oczkach wielkości D uzyskać można byłoby dwie klasy ziarnowe: - klasę dolną, tj. zbiór ziarn o wielkości <D, które wskutek pracy sita przepadły przez jego otwory, - klasę górną, tj. zbiór ziarn o wielkości >D, które nie przepadły przez otwory sita i w następstwie ruchów oscylacyjnych rzeszota przemieściły się z niego do wysypu danej frakcji. Jednakże wskutek niedokładności procesu przesiewania, błędów projektowych i technologicznych popełnionych podczas planowania układów klasyfikacji mechanicznej, stwierdza się w klasie górnej pewną zawartość ziarn mniejszych od granicy rozdziału, tzw. podziarno. W klasie dolnej natomiast występują ziarna większe od granicy rozdziału, czyli nadziarno. Dopuszczalną ilość nadziarna i podziarna regulują stosowne normy, określające parametry surowca użytego do wytworzenia produktu końcowego [Gawenda, 2015]. Chcąc zapewnić najwyższą ostrość (dokładność) rozdziału, konieczne jest określenie odpowiedniej. dla. danego. obciążenia. sit. powierzchni. przesiewania. [Malewski i Baszczyńska, 2013]. W tym celu należy zastosować wzór uwzględniający poniższe parametry procesu:  V – ilość strugi materiału jaka przejdzie przez sito o określonym oczku (m3/h/m2);  C – współczynnik zależny od ilości ziarn większych od oczka sita;  H – wpółczynnik zależny od ilości ziarn mniejszych od połowy oczka sita;  E – współczynnik zależny od zakładanej sprawności przesiewania;  W – współczynnik zależny od rodzaju przesiewania (na mokro/na sucho);  B – współczynnik zależny od rodzaju sit i kształtu oczka (podłużne, kwadratowe, sita stalowe, PUR);  SC – wydajność jednostkowa (Mg/h/m2).. 𝑆𝐶 = 𝑉 ∙ 𝐶 ∙ 𝐻 ∙ 𝐸 ∙ 𝑊 ∙ 𝐵 ∙ 𝐵𝐷 𝐹=. 𝐶𝐴 𝑆𝐶. (m2) 36. (Mg/h/m2). (3.1). (3.2).

(37) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. F – obliczona powierzchnia przesiewania (m2); CA – zakładana wydajność strugi materiału podawanej na sito (Mg/h). Wartości dla poszczególnych części składowych powyższego wzoru znaleźć można w tabelach dostępnych u producentów przesiewaczy oraz sit – tutaj wykorzystano wzór z podręcznika HAVER NIAGARA oraz W.S. TYLER Canada. 3.2.3 Rodzaje węzłów technologicznych produkcji kruszyw Podstawowymi. układami. technologicznymi. w. które. wchodzi. rozdrabnianie. i klasyfikacja są systemy otwarte oraz zamknięte, odgrywające kluczową rolę w zakładach produkcji kruszyw mineralnych. Zależnie od stopnia rozbudowy układu, możliwe jest odpowiednie sterowanie strumieniem nadawy oraz produktów, co w efekcie pozwoli na uzyskanie kruszyw o wysokiej jakości charakteryzujących się niską zawartością zanieczyszczeń, wysoką kubicznością oraz odpornością na rozdrabnianie LA. Istotny jest także. właściwy. dobór. urządzeń. do. parametrów. nadawy. kierowanej. do. węzła. technologicznego. Najprostsze układy jednostadialne – otwarte i zamknięte wykorzystywane są w przypadku małych zakładów produkujących niewielki asortyment. W oparciu o nie, buduje się bardziej rozbudowane układy wielostadialne, szeregowe, równoległe i mieszane pozwalające na pełne wykorzystanie surowca i produkcję wielu asortymentów kruszyw o najwyższych parametrach.. a). b Rys. 3.5. Jednostadialne układy technologiczne: a) otwarty; b) zamknięty [opracowanie własne]. 37.

(38) Wpływ parametrów przebiegu wysokociśnieniowego procesu płukania kruszyw na jego wyniki. Układy technologiczne z otwartym obiegiem materiału charakteryzują się tym, że przerabiany surowiec jednorazowo przepływa przez każde urządzenie będące elementem linii produkcyjnej i nie ma możliwości jego zawrócenia (rys. 3.5a).W porównaniu do cykli zamkniętych, układy otwarte mogą pracować z większą wydajnością, jednakże zdarza się że produkty finalne posiadają niższą jakość. Układy te minimalizują także wychód drobnych frakcji, co jednocześnie pozwala na redukcję pyłu i zużycia energii [Gawenda, 2015]. W zależności od rodzaju i uziarnienia podawanej nadawy, układy otwarte posiadają różny stopień skomplikowania. Na rysunkach (rys. 3.6 i 3.7) przedstawiono dwa typowe ciągi wstępnego kruszenia, gdzie gruboziarnistą nadawę (0 – 1000 mm) kieruje się do kosza zasypowego z którego następnie poprzez podawacz szufladowy dostaje się do przesiewacza dwupokładowego. W pierwszej wersji układu produkt górny (160 – 1000 mm) podawany jest do kruszarki, produkt pośredni (32 – 160 mm) kierowany jest pod kruszarkę, a produkt dolny (0 – 32 mm) – zależnie od zawartości zanieczyszczeń traktowany jest jako odpad i następnie hałdowany lub łączony jest z produktem pośrednim.. Rys. 3.6. Podstawowy jednostadialny otwarty układ wstępnego kruszenia [HAVER NIAGARA]. 38.