JAK VELKÁ JE PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ?
PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
Produkce odpadů se u jednotlivých surovin velmi liší:
• jíly, písky a štěrky neprodukují téměř žádné odpady při těžbě a zpracování (drcení, třídění, mytí) → jílovou frakci odpadů lze využít jako minerální hojiva
• jednotky % (např. polymetalické kovy) a jednotky ppm (např.
Au, Pt kovy) → velké možství DO
PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
Absolutní produkce odpadůpři těžběa zpracování suroviny:
uhlí > kovy > průmyslové minerály
Velké rozdíly v produkci DO mezi národy Evropská Unie
> 4700 Mt hlušiny
> 1200 Mt odkališť
(zejména Finsko, Německo, Řecko, Irsko, Portugalsko, Španělsko, Švédsko a UK)
Austrálie
ročně 1750 Mt/rok DO (80 % všech odpadů)
(Connor et al. 1995)PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
• celková roční těžba minerálních komodit je dobře známa (viz.
tabulka pro rok 1999)
3700 Mt Jaká je však celková produkce DO?
PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
Roční těžba a odhad produkce DO na základě průměrné kovnatosti:
• 2540 t Au (kovnatost 2 ppm) →
• 40 Mt kovů (kovnatost 0,5 %) →
• 4500 Mt uhlí, 990 Mt Fe rudy, 127 Mt bauxitu, 2500 Mt průmy- slových minerálů (cca kovnatost 50 %) →
roční produkce DO je …..…….…… Mt
PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
Roční těžba a odhad produkce DO na základě průměrné kovnatosti:
• 2540 t Au (kovnatost 2 ppm) → 1270 Mt DO
• 40 Mt kovů (kovnatost 0,5 %) → 7960 Mt DO
• 4500 Mt uhlí, 990 Mt Fe rudy, 127 Mt bauxitu, 2500 Mt průmy- slových minerálů (cca kovnatost 50 %) → 8117 Mt DO
roční produkce DO je 15000-20000 Mt
PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ
• pohyb hmoty vlivem dynamiky Země (vznik oceánské kůry, půdní eroze, orogeneze, etc.) je stejného řádu jako produkce DO
• vlivem snížení kovnatosti se může produkce DO za 20- 30 let zdvojnásobit
(Förstner 1999)JSOU DŮLNÍ ODPADEY VŽDY NECHTĚNÝM VEDLEJŠÍM ODPADEM?
DŮLNÍ ODPADY
• v mnoha případech se při změně některých okolností (změna technologie, cena suroviny, atd.) mohou stát surovinou
Recyklace:
•
úpravárenské odpady manganu→ agrolesnictví, stavební materiály, výroba skla, keramiky, glazur(Verlaan a Wiltshire 2000)• úpravárenské odpady jsou často vhodným hnojivem golfových hřišť
• fosfosádrovec →zemědělství, stavební materiály
• jílovité odpady →výroba cihel, zlepšování kvality písčitých půd
• důlní voda →pro účely zahřívání/ ochlazování, úprava na pitnou vodu
• odpady s pyritem →neutralizace silněalkalických zemědělských půd
DŮLNÍ ODPADY
Hydraulická těžba úpravárenských odpadůpo historické těžbězlata v Kalgoorlie, z. Austrálie. Z 60 mil. tun ÚO bylo získáno cca 25 tun zlata!
TĚŽBA A JEJÍ DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
• odlesnění, odstranění vegetace
• výstavba přístupových cest, infrastruktury
• vytváření průzkumných rýh, vrtů
• vytváření hald a nádrží s úpravárenskými odpady
• subsidence v terénu, případně i propady
• obvykle změna hydrologického režimu
• emise tepla, radioaktivity a hluku
•
náhodnéči úmyslné vypouštění pevných, kapalných a plynných kontaminantůdo okolních ekosystémůDopady těžby na životní prostředí probíhají před těžbou, během těžby i po skončení těžby.
Hlavní dopady jsou:
DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
Tok kovů a metaloidů do vodních, atmosferických a terestriál- ních ekosystémů vlivem antropogenního působení se odhaduje na několik tisíc tun/rok
(Nriagu a Pacyna 1988; Smith a Huyck 1999).Hlavní faktor ovlivňující uvolnění a tok kontaminantů je:
GEOLOGIE LOŽISKA další významné faktory jsou:
Klima Topografie
Způsob těžby a zpracování
Uvolňování a tok prvků z důlních odpadů nemusí vždy nutně vést k poškození životního prostředí:
• i když je obsah nebezpečných prvkův důlních odpadech vysoký, nemusí být běžnědostupný pro živé organismy (bioavailable)
• pokud jsou prvky dostupné živému organismu, nemusí je rostliny ani živočichové nutněpřijímat
• i když je prvek přijímán, nemusí být nutněpro organismus toxický Poznámka: procesy které nevedou k poškození ekologických procesův přírodních systémech, nejsou příčinou toxicity nebo nezpůsobují poškození zdravíčlověka a dalších organismůse nazývají
„CONTAMINATION“ × „POLLUTION“představuje procesy, které naopak mají škodlivé účinky(Thornton et al. 1995)
DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
HISTORICKÁ TĚŽBA
NEREGULOVANÁ TĚŽBA
REGULOVANÁ TĚŽBA DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
HISTORICKÁ TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
HISTORICKÁ TĚŽBA
Doba měděná, bronzová a železná → těžba kovů před více než 5000 lety:
• chemostratigrafické studium archívůrašelinišťodhalilo v tomto období kontaminaci kovůvlivem pražení sulfidů(Shotyk et al. 1996; Ernst 1998)
• hutnění Ag-Pb rud Římany ve Španělsku před 2000 lety vedlo k 4násob- nému zvýšení atmosférické koncentrace Pb v Grónsku (Rosman et al.
1997)
• těžba kovův severním Hartzu znečistila fluviální sedimenty před 3500 lety (Monna et al. 2000)
• těžba rud v v pyritovém pásu Rio Tinto kontaminovala říční a estuarijní sedimenty během doby měděné (cca před 5000 lety) (Leblanc et al. 2000;
Davis et al. 2000)
HISTORICKÁ TĚŽBA
Negativní vliv těžby a úpravy rud na životní prostředí byl zjištěn již v dávné minulosti:
•řecký filozof Theophrastus (cca 325 b.c.) popsal oxidaci pyritu, vznik sekundárních solí kovůa kyselosti.
• ve středověku (1556) popsal vznik kyselých důlních vod ve střední EvropěAgricola a napsal první systematickou knihu o těžběa úpravěrud.
Též se zmiňuje o negativním vlivu těžby na životní prostředí:
„… Krajina je devastována těžbou… Dále, když se ruda myje, vypouštěná voda otravuje potoky a řeky a buďryby zabíjí nebo je vyhání pryč. Vlivem devastace krajiny, lesů, potokůa řek obyvatelé těchto regiónůjen velmi obtížnězískávají základní potřeby pro život a vlivem vykácení lesůmusí též vydávat více prostředků pro zisk dřeva na stavbu a topení. Proto se často říká, že těžba více škodí než přináší v podoběvytěžených kovů“ (volněpřeloženo: Agricola, 1556, De re metallica, str. 8)
HISTORICKÁ TĚŽBA
• ve středověku byl významný nárůst znečištění životního prostředí ve spojení s nárůstem těžby, se změnami v technologii hutnění rudy a se zvýšením vzdálenosti transportu rudy nebo koncentrátu k úpravněrud
• globálním zdrojem znečištění se stává až zavedení nových technologií tavení rudy (vysoké pece) během Průmyslové revoluce – rozsáhlé atmosfé- rické emise SO2a kovů
• to vedlo k zvyšování negativních dopadůna životní prostředí až do konce 19. stol.
– dopady težby, zpracování a tavení rud nebyly do té doby detailně známy, tyto aktivity nebyly nijak regulována, nebo
byly na okraji zájmu Denudované kopce v okolí historického Cu-Au ložiska Mt. Lyell, Austrálie
HISTORICKÁ TĚŽBA-VLIV NA ČLOVĚKA
• zájem o zdraví horníkůje spojen zejména s těžbou rtuti a arzenu
• rtuťbyla nejprve těžena v oblasti Středomoří Féničany, Kartagincy, Etrusky a Římany, kteří využívali rudu jako červené barvivo v malběa kosmetice
•Římané zrušili doly v Itálii aby ochránili své horníky a okolní prostředí a přemístili těžbu Hg do okupovaného Španělska, kde ji zabezpečovali otroci (Ferrara 1999)
• Hg bylo v té době(před 3000 lety) již používáno k extrakci Au a Ag z rud;
Hg byla dovážena ze Španělska do Itálie a využívána při těžběAu
• podobné praktiky byly používány i u nás a v relativněmoderní době: v okupovaném Československu nebo východním Německu byla těžena uranová ruda sovětskými metodami bez jakýchkoliv ohledů na zdraví horníků, správné nakládání s důlními odpady a bez plánovaného řízení těžby s ohledem na životní prostředí
NEREGULOVANÁ TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
SOUČASNÁ NEREGULOVANÁ TĚŽBA
• těžba v mnoha rozvojových státech je hlavní silou ekonomického růstu, zaměstnanosti a vývoje infrastruktury
• v těchto rozvojových státech podobně jako v mnoha postsovětských republikách je environmentální management důlních odpadů obvykle neregulovaný, nedbalý nebo opomíjený z ekonomických důvodů
• tzv. selská těžba (artisan mining) se podílí 15-20% na světové těžbě;
zaměstnává 11,5-13 miliónu lidí po celém světěa je na něm ekonomicky závislé až 100 miliónu lidí(Kafwembe a Veasey 2001)
• ačkoli extrakce Au pomocí Hg definitivně skončila nástupem metody kyanizace koncem 19 stol., amalgamace začala být znovu lokálně(selsky) využívána 70 letech 20 stol. v Brazílii, Bolívii, Venezuele, Peru, Ekvádoru, Kolumbii, Francouzské Guyaně, Indonézii, Ghaně a na Filipínách.
Amalgamace je levnější, spolehlivější a technologicky nenáročná... → kontaminace Amazonky (čtení: Fraser, 2009, EST 43, 7162-7164)
REGULOVANÁ TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ
MODERNÍ REGULOVANÁ TĚŽBA
• těžba je plánovaná tak, aby měla co nejmenší dopad na životní prostředí v okolí težební aktivity a uložených důlních odpadů
• určení dopadů na životní prostředí (environmental impact assessment) se provádí před započetím samotné těžby →těžař navrhuje postupy, které by měly snížit riziko negativních dopadůna ž.p. →tyto postupy posléze schvalují státní ochranářské agentury, které pak jejich dodržování monitorují a kontrolují
•v současnosti jsou environmentální aspekty moderní regulované těžby nadřazené všem ostatním aspektům (Maxwell a Govindarajalu 1999)
•těžařské firmy musí operovat v rámci zákonůa norem ž.p. a též investovat mnohamiliónovéčástky do rekultivací
REKULTIVACE MÍST POSTIŽENÝCH TĚŽBOU
• jakmile dojde k ukončení těžby, musí dojít k rekultivaci postižených míst
• rekultivace postižených míst je již nedílnou součástí plánování těžby
zexistuje několik významných aspektůrekultivace, které jsou společné pro většinu těžených míst navzdory typu ložiska a typu těžby:
1. odstranění těžebních zařízení(drtiče, úpravny rudy, aj.) 2. uzavření a zabezbečení důlních děl(oplocení, zapečetění štol) 3. zajištění dlouhodobé stability úložišťdůlních odpadů(velmi důležitý a také technologicky a finančněnáročný aspekt)
4. modelování vývoje kvality a kvantity důlních vod v otevřených lomech 5. modelování vývoje kvality a kvantity podzemních důlních vod(v zatope- ných dílech a ve zvodních)
REKULTIVACE MÍST POSTIŽENÝCH TĚŽBOU
6. vytvoření vhodného tvaru terénu (uměle vytvořený charakter terénu musí limitovat větrnou a vodní erozi; topografie by měla odpovídat charakteru okolního terénu)
7. vytvoření vhodného půdního substrátu pro růst rostlin (obvykle selektivní manipulací s hlušinou a půdou; mnoho pevných důlních odpadůjsou chudé na organickou hmotu, základní minerální živiny (P,N,K), malou retenční kapacitu na vodu, obsahují kontaminanty: soli, kovy, polokovy, kyseliny, radionuklidy)
8. založení rostliného pokryvu
9. řešení specifických otázek pro danou lokalitu(každé ložisko generuje specifické důlní odpady, a proto je třeba každou lokalitu v tomto ohledu zvlášťcharakterizovat, monitorovat, modelovat a navrhovat řešení)
REKULTIVACE MÍST POSTIŽENÝCH TĚŽBOU
• cílem rekultivace není vrátit postižené místo do původního stavu, ale vytvořit z něj prostor pro budoucí využití
• v málo obydlených oblastech může být rekultivace standardní→ zalesnění, pastvina, atd.
zv hustěobydlených oblastech jsou výsledkem rekultivace hald místa sociálního komfortu: parky, fotbalová a golfová hřiště, umělé lyžařské svahy
zjámové lomy se mou změnit na: vodní nádrže, mokřinové stanoviště ptactva, akvakulturní nádrže pro chov a lov ryb, rekreační oblasti, místa uložení průmyslového nebo komunálního odpadu
zpodzemní prostory se využívají jako skladovací prostory, archívy, koncertní sály, některé doly obsahující radon slouží jako ozdravovny (Evropě)
JAKÉ JSOU ZPŮSOBY TĚŽBY?
TYPY ZRUDNĚNÍ
• KONTRASTNÍ vs. NEKONTRASTNÍ ZRUDNĚNÍ
• MASIVNÍ: obecné kovy, Cu, Ni, Zn
• VTROUŠENÉ: Au, Pt kovy
• DIAMANTY
Ekati, Kanada, Diamanty Thompson mine, Kanada, Ni ruda
Bisset mine, Kanada, Au ruda
SEDIMENTÁRNÍ LOŽISKA
Syncrude, Alberta, Kanada, roponosné písky „Tar sands“
Black Thunder,Wyoming, USA, černé uhlí
PotashCorp, Saskatchewan, Kanada
ZPŮSOBY TĚŽBY
• jámový lom, zahloubený lom “Open Pit”
• povrchový lom „Strip Mining“
• podzemní těžba „Underground Mine“
• rozpouštění: např. draslík, uran
• mobilizace in situ: např. roponosné břidlice
• chemické loužení na haldě„Heap Leaching“
ZPŮSOB DOBÝVÁNÍ ZÁVISÍ ZEJMÉNA NA TVARU A POZICI RUDNÍHO TĚLESA, NA TYPU ZRUDNĚNÍ
JÁMOVÝ LOM
Bingham Canyon Cu Mine, Utah, USA Ekati, Kanada, Diamanty
• využití pro rozsáhlé rudní tělesa v blízkosti povrchu
• množství odebrané hlušiny je často větší, aby zaručilo dostatečný sklon lomu pro přístup nákladních automobilů
• může být zavezen důlními odpady po jeho uzavření
POVRCHOVÝ LOM „STRIP MINING“
• velmi efektivní pro deskovité polohy suroviny těsněpod povrchem
• souběžná rekultivace s těžbou →minimalizace dopadůna životní prostředí Skrývka
Průzkum
Rekultivace
Uhlí
PODZEMNÍ TĚŽBA
ROZPOUŠTĚNÍ IN SITU: soli K, Na, Li
rozpouštění NaCl nebo KCl ve vodě mobilizace síry nebo ropy pomocí
horké vody nebo páry kyselé loužení rudních ložisek in situ
MOBILIZACE IN SITU: síra, uran, roponosné s.
řada čerpacích vrtůna vyluhovacím poli Dolu chemické těžby
MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem
zjednodušené schéma sanace v současnosti
MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem
zjednodušené schéma sanace v budoucnosti
MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem CHEMICKÉ LOUŽENÍ NA HALDĚ
Kyanizace haldového materiálu a sběrné bazény, zlatodůl Wirralee, Austrále 4Au(s)+ 8NaCN(aq)+O2(g)+ 2H2O(l) →4NaAu(CN)2(aq)+ 4NaOH(aq)
CHEMICKÉ LOUŽENÍ NA HALDĚ
Kyanizace haldového materiálu ve velkém měřitku, zlatodůl Yanacocha, Peru
