Zastosowanie programu Gemcom Surpac do projektowania ... · żelaza i aluminium . 27.03.2012 . CMS-MT/RQP, KPA ... • Obróbka mechaniczna polega głownie na kruszeniu urobku w kruszarkach

© Holcim Group Support Ltd 2011 Produkcja Cementru w firmie Holcim

Dr inż. Pawel Kawalec Senior Mining Engineer Holcim Group Support Ltd Holderbank, Szwajcaria

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

www.kgo.agh.edu.pl

© Holcim Group Support Ltd 2011 Produkcja Cementru w firmie Holcim 27.03.2012 CMS-MT/RQP, KPA

2

Holcim

• Firma powstała w 1912 roku w Szwajcarii.

• Obecnie jeden z czołowych producentów cementu, kruszyw i betonu na świecie.

• Holcim zatrudnia ponad 80’000 ludzi w 70 krajach

• Cement produkowany jest przez ponad 130 cementowni, w tym St. Geneviewe – cementownie wyposażona w piec o największej na świecie wydajności 12’000 ton klinkieru na dzień.

Pierwsza cementownia, Holderbank, Szwajcaria

www.kgo.agh.edu.pl


3

Holcim World

www.kgo.agh.edu.pl


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.

www.kgo.agh.edu.pl


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.

www.kgo.agh.edu.pl


6

Produkcja cementu w dużym skrócie

CMS-MT/RQP, KPA 27.03.2012

Składniki

Odpowiednie proporcje

Obróbka mechaniczna

Obróbka termiczna

=

+

+

+ Homogenizacja

+

www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


Rodzaje surowców mineralnych używanych do produkcji cementu

Produkcja klinkieru:

• Składniki główne: wapien, margiel, skały ilaste

• Korekcja składu chemicznego: piasek kwarcowy, ruda żelaza i aluminium

27.03.2012 CMS-MT/RQP, KPA

www.kgo.agh.edu.pl


9

Produkcja cementu – Odpowiednie proporcje


SR = 𝑆𝑆𝑆2𝐹𝐹2𝑆3+𝐴𝐴2𝑆3

Moduł krzemianowy

Stosowane są także dwa inne moduły: hydrauliczny i glinowy

www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


11

Produkcja cementu – metoda sucha


Wydobycie surowców mineralnych

Kruszenie i transport

Uśrednia- nie i dalsza obróbka mechaniczna

Obróbka cieplna, (wymienniki ciepła, piec, chłodzenie)

Mielenie klinkieru, magazynowanie cementu

Załadunek www.kgo.agh.edu.pl


12

Obrobka cieplna - Mineraly tworzace klinkier

• Pod wpływem wysokiej temperatury (sięgającej 1600ºC) w mieszance surowcowej zachodzą przemiany w wyniku których powstaja nowe minerały: alit Ca3SiO5 (3CaO•SiO2 – C3S) belit Ca4SiO4 (2CaO•SiO2 – C2S), celit Ca3Al2O6 (3CaO۰Al2O3 – C3A)


www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


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 – SO2 - emisje, SO3 - cyrkulacja w piecu i wymiennikach, ma wpływ na tworzenie się osadów w wymiennikach,

Cl – cyrkulacja i osady w wymiennikach, Lotne związki organiczne (VOC) – emisje.


www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


Zasoby surowcow mineralnych – JORC

Probable

Proved

Indicated

Measured

Inferred

Mineral reserves

Mineral resources

Incr

easi

ng le

vel o

f

geol

ogic

al k

now

ledg

e

and

conf

iden

ce

Modifying factors

JORC – (Joint Ore Resources Comittee) – Australijski standard raportowania zasobów złóż surowców mineralnych i rud.

Aby określi zasoby złoża z uwzględnieniem ich jakości konieczne jest stworzenie jakościowego modelu złoża – modelu blokowego.


www.kgo.agh.edu.pl


19

Modelowanie geologiczne

www.kgo.agh.edu.pl


Uproszczony model geologiczny złoża (przekrój)


www.kgo.agh.edu.pl


“Pusty” model blokowy


www.kgo.agh.edu.pl


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.

www.kgo.agh.edu.pl


Model blokowy z danymi jakościowymi


www.kgo.agh.edu.pl


Model blokowy z danymi jakościowymi (SiO2)


www.kgo.agh.edu.pl


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.

www.kgo.agh.edu.pl


26

Model jakosciowy – model blokowy

CaO (góra) i MgO (dół) SiO2 (góra) i Al3O3 (dół)

www.kgo.agh.edu.pl


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

www.kgo.agh.edu.pl


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.

www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


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.


www.kgo.agh.edu.pl


Opróbowanie otworów strzałowych?

Zwierciny – materiał dostępny do przygotowania próby


www.kgo.agh.edu.pl


Próbnik automatyczny


www.kgo.agh.edu.pl


W jakich proporcjach należy lądować?

CaO = 50% CaO = 40%

Cel CaO = 45%

Kruszarka


www.kgo.agh.edu.pl



CaO = 50% CaO = 10%

Cel CaO = 45%

Kruszarka


www.kgo.agh.edu.pl



CaO = 49.7 Fe2O3 = 0.76 SiO2 = 5.88 Al2O3 = 1.84

LS = 96 AR = 2.2 SR = 2.6

Kruszarka

CaO = 20.9 Fe2O3 = 4.78 SiO2 = 41.20 Al2O3 = 9.91


www.kgo.agh.edu.pl


Czechy


www.kgo.agh.edu.pl


Rumunia


www.kgo.agh.edu.pl


Rosja


www.kgo.agh.edu.pl


Filipiny


www.kgo.agh.edu.pl


Słowacja


www.kgo.agh.edu.pl


• 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.

Podsumowanie


41

www.kgo.agh.edu.pl


42


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

www.kgo.agh.edu.pl

www.kgo.agh.edu.pl

Documents

Zastosowanie programu Gemcom Surpac do projektowania ... · żelaza i aluminium . 27.03.2012 . CMS-MT/RQP, KPA ... • Obróbka mechaniczna polega głownie na kruszeniu urobku w kruszarkach