TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Petr Drahota, 2009

NÁPLŇ PŘEDNÁŠKY

1. CO TO JSOU DŮLNÍ ODPADY A JAKÁ ČINNOST JE PRODUKUJE?

2. JAKÉ JSOU VÝZNAMNÉ PROCESY V DŮLNÍCH ODPADECH, KTERÉ MOHOU MÍT VLIV NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ?

3. JAKÝMI POSTUPY A METODAMI SLEDUJEME CHOVÁNÍ POLUTANTŮ V PŘÍRODNÍCH SYSTÉMECH?

4. JAKÉ JSOU METODY STABILIZACE A SANACE DŮLNÍCH ODPADŮ?

ZDROJE INFORMACÍ

American Mineralogist Applied Geochemistry Ecological Engineering

Engineering and Environmental Science Environmental Geochemistry and Health Environmental Earth Sciences Environmental Science and Technology Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis Geochimica et Cosmochimica Acta

International Journal of Surface Mining, Reclamation and Environment

Journal of Contaminant Hydrology Journal of Environmental Quality Journal of Geochemical Exploration Mine Water and the Environment Mineralogical Magazine Mining Environmental Management Science of the Total Environment Water, Air, and Soil Pollution ČASOPISY:

MULTIOBOROVÉ A KOMPLEXNÍ STUDIUM:

• geochemie životního prostředí (environmentální)

• mineralogie (environmentální)

• hydrogeologie

• biogeochemie

ZDROJE INFORMACÍ: ČASOPISY

Geochemistry-Exploration Environment

Analysis, IF(2009) 1.000 International Journal of Mining, Reclamation and Environment

ZDROJE INFORMACÍ

Journal of Geochemical Exploration,

IF(2009) 1.791 Mine Water and the Environment

ZDROJE INFORMACÍ: TOP ČASOPISY

Geochimica et Cosmochimica Acta,

IF(2009) 4.385 Environmental Science&Technology,

IF(2009) 4.630

ZDROJE INFORMACÍ: WEBOVSKÉ STRÁNKY ZDROJE INFORMACÍ: KNIHY

Lottermoser B. (2007) Mine wastes. Characte- rization, treatment and environmental impact.

Springer, 304 str.

Jambor J.L. et al. (editoři) (2003) Environmental aspects of mine wastes. Short Course Series, vol 31, Mineralogical Association of Canada, 430 str.

ZDROJE INFORMACÍ: KNIHY

Plumlee G.S., Logsdon M.J. (editoři) (1999) The environmental geochemistry. Part A: Processes, techniques, and health issues. Reviews in Economic Geology, vol. 6A. 371 str.

Lintnerová O. (1999) Vplyv ťažby nerastných surovín na životné prostredie. Univerzita Komenského Bratislava, 160 str.

ZDROJE INFORMACÍ-DALŠÍ KNIHY

• Alpers, C.N., Blowes, D.W., (1994) Geochemistry of Sulphide Oxidation. American Chemical Society, Symposium Series, 550.

• Alpers, C.N., Jambor, J.L. Nordstrom, D.K. (2000) Sulphate Minerals, Crystallography, Geochemistry and Environmental Significance. Reviews in Mineralogy and Geochemistry 40, MSA.

• Blowes, D.W. & Jambor, J.L. (1994) The Environmental Geochemistry of Sulphide Mine Wastes MAC Short Course Handbook vol 22.

• Drever, J.I. The Geochemistry of Natural Waters. 3^rdedition, Prentice Hall

• Filipek, L.H., Plumlee, G.S. (1999) The Environmental Geochemistry of Mineral Deposits Part B case Studies and Research Topics. Society of Economic Geologists, Inc. Reviews in Economic Geology Volume 6B

• Jambor, J.L. Blowes, D.W. (2003): Environmental Aspects of Mine Wastes. MAC short course volume 31. Editor Robert Raeside.

• Langmuir, D. (1997) Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice Hall Inc., New Jersey.

• Plumlee, G.S. and Logsden, M. (1999) The Environmental Geochemistry of Mineral Deposits. Part A Processes, Techniques, and Health Issues. Society of Economic Geologists, Inc. Reviews in Economic Geology Volume 6A

• Vaughan, D.J. and Wogelius, R.A., (2000) Environmental Mineralogy Volume 2. European Mineralogical Union Notes in Mineralogy. Eotvos University Press, Budapest

CO TO JSOU DŮLNÍ ODPADY A JAKÁ ČINNOST

JE PRODUKUJE?

DŮLNÍ ODPADY s.l.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

3. HUTNÍ VÝROBA

1. TĚŽBA SUROVINY

DŮLNÍ ODPADY s.s.(hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise)

RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.)

RUDNÍ KONCENTRÁT

ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY(odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise)

METALURGICKÉ ODPADY (strusky, kamínky, popílky/úlety,úpravárenská voda, atmosférické emise)

DŮLNÍ ODPADY s.l.

1. TĚŽBA SUROVINY

DŮLNÍ ODPADY s.s.(hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise)

RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.)

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

HLUŠINA (SKRÝVKA)

• materiál přemístěný po povrchové nebo hlubinné těžbě na haldy; materiál neprošel úpravárenskými technologiemi

• heterogenní materiál (skrývka a hlušina) různé geneze a zrnitosti (od jílů až po velmi hrubozrnný materiál)

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

HLUŠINA (SKRÝVKA)

• neobsahuje surovinu nebo ji obsahuje v malém množství

mezní obsah

„cut-off grade“

MEZNÍ OBSAH „CUT-OFF GRADE“

DEFINICE: Koncentrace zájmového prvku v těžené surovině, která odlišuje materiál který se vyplatí těžit od materiálu, který se těžit nevyplatí

mezní obsah závisí na:

1. koncentraci prvku v těženém materiálu, 2. vývoji světových cen komodity

3. finančních nákladech na těženou jednotku (

způsob těžby, kapacita dolu, technologie úpravy, lokalizace dolu, klimatické podmínky, geologický typ ložiska, místní ceny vstupů)

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

Skrývka v blízkosti jámového lomu (západní Austrálie)

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

Historické haldy hlušiny pocházející z podzemní těžby stříbra (Kaňk u Kutné Hory)

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

Heterogenní materiál středověké haldy se zbytky sulfidůna Kaňku u Kutné Hory

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

Fe(III) arzeničnany in situve středověké halděna Kaňku u Kutné Hory

1. HLUŠINA A SKRÝVKA

DŮLNÍ ODPADY s.l.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

1. TĚŽBA SUROVINY DŮLNÍ ODPADY s.s.(hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise)

RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.)

RUDNÍ KONCENTRÁT

ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY(odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise)

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

ruda

voda

rudní koncentrát

ÚO (odkaliště) chemická

látka

flotace magnetická

separace gravitační separace

mletí drcení,

třídění

DRCENÍ A MLETÍ

• ruda je zpracovávána okamžitě po vytěžení, aby nedošlo k mineralogic- kým změnám v rudě

• drtí se na takovou velikost, aby bylo možno získat zájmový minerál (velmi jemnou zrnitost vyžadují zejména Au a Pt kovy)

• iniciální drcení probíhá již v podzemí;

finální mletí probíhá v tyčových a kulo- vých mlýnech

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

Drcení, mletí a mytí Au rudy v blízkosti vodní energie (Jeseník)

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORII

GRAVITAČNÍ SEPARACE

• zlato od křemene

• diamanty

2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY

vibrační stůl

FLOTACE

• sulfidy od silikátů, Ni a Cu sulfidy

• hydrofobní ruda je zachycována bublinami vzduchu, nadnášena a sbírána

• hydrofilní matečná hornina klesá ke dnu flotačních cel a je odváděna potrubím na odkaliště

2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY

2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY

ZPĚŇOVADLA: způsobují tvorbu a stabilitu bublin (borový olej + alkohol);

SBĚRAČE způsobují přilnavost bublin na minerály (thioderiváty kys. uhličité a fosforečné);

KONDICIONÉRY ovlivňují povrchy mine- rálu tak, aby se více koncentrovali na bublinách;

AKTIVÁTORY (síran měďnatý, dusičnan olovnatý, octan olovnatý);

DEPRESORY (kyanid sodný, síran zinečnatý)

FLOTACE ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY

• jemnozrnné odpady spolu s úpravárenskou vodou se v suspenzi obvykle ukládají na odkaliště

• materiál pocházející z úpravny rud, který se nevyplatí již

dále upravovat

mill cut-off grade flotation cut-off grade

…

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

OdkalištěHighland Valley Copper Mine, Britská Kolumbie (2003)

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

Úpravna rud a odkalištěve středníČíně

odkaliště jsou obvykle zakládána v blízkosti úpravny rud

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

nejběžnější typ odkaliště s hrází obvykle využívá terénních depresí

Běžné odkalištěv terénní depresi s hrází ve středníČíně

TRADIČNÍ TYP ODKALIŠTĚ S HRÁZÍ

• nejčastější je typ se zvyšující se hrází „raised embankment design“

• > 50% hrází odkališť je typu s ustupující hrází „upstream“

→ ekonomické výhody

→ hráz není staticky bezpečná, snadno podléhá erozi

→ cca 100 havárií odkališť za posledních 70 let

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

Protržení hráze odkalištěLos Frailes, Aznacollar ve Španělsku, 1998

• výška hráze - 27 m

• kapacita – 15 mil m³

• únik 4,5 mil. m³

• příčina – špatné základy

• 2616 ha zemědělské půdy bylo překryto materiálem odkaliště (pH 2-4; bohaté pyritem)

• 40 km řeky bylo kontaminováno těžkými kovy

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA

Protržení hráze odkalištěLos Frailes, Aznacollar ve Španělsku, 1998

• výška hráze - 27 m

• kapacita – 15 mil m³

• únik 4,5 mil. m³

• příčina – špatné základy

• 2616 ha zemědělské půdy bylo překryto materiálem odkaliště (pH 2-4; bohaté pyritem)

• 40 km řeky bylo kontaminováno těžkými kovy

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY-konvenční

Zásyp do lomu: finančněa ekologicky atraktivní způsob ukládání důlních odpadů

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

Zásypové odkaliště

„backfilling“

• zásyp do lomu

„in-pit backfill“

• zásyp do pod- zemních děl

„underground backfill“

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

Zásyp do podzemních děl: ekologicky atraktivní, finančněnáročnější způsob ukládání důlních odpadů

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA

Úpravárenský odpad opuštěného dolu na Au v Nevaděz počátku 20 stol.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORI

Úpravna na zlatodole Roudný u Vlašimi (cca 1930) s kalojemy.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORI

Vrchol úpravárenké haldy Danica; halda je dnes rezervací broukůz rodu Svižníků

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORI

Úpravárenský odpad po kyanizaci na Roudném.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORI

Oxidačně-redukční domény v písčitém odpadu po kyanizaci rudy na Roudném.

Materiál obsahuje až 2,5 g/kg As a 18 mg/kg kyanidu.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY V HISTORI

DŮLNÍ ODPADY s.l.

2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY

3. HUTNÍ VÝROBA

1. TĚŽBA SUROVINY DŮLNÍ ODPADY s.s.(hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise)

RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.)

RUDNÍ KONCENTRÁT

ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY(odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise)

METALURGICKÉ ODPADY (strusky, kamínky, popílky/úlety,úpravárenská voda, atmosférické emise)

3. HUTNÍ VÝROBA

rudní koncentrát

konverze/

redukce tavení

pražení

vzduch vzduch vzduch

kov atmosférické

emise (SO₂) atmosférické

emise atmosférické

emise

PYROMETALURGIE (tavení, žárová výroba)

tavidlo (vápenec, Fe šrot, zdroj Si) struska tavidlo struska

• neměnná technologie již po několik staletí

• transformace sulfidů na sírany a oxidy během pražení

• vhodná pro sulfidické rudy Cu, Zn, Ni, Pb, Sn, Fe

3. HUTNÍ VÝROBA

1. Pražné pochody pražení umožňuje transformaci sulfidů na oxidy nebo sírany, které se snadno redukují na kov.

2MeS + 3O

₂

= 2MeO + 2SO

₂ (oxidační pražení, 450 °C)

MeS + 2O

₂

= 2MeSO

₄ (sulfatační pražení, 800-1000°C)

3. HUTNÍ VÝROBA

2. Redukční pochody a tavení

• redukce přírodních oxidů kovů (Fe, Mn, Cr)

• redukce kovů připravených pražením (Pb, Zn)

• použití redukčních činidel v procesu, které způsobí disociaci oxidů a redukci kovů (CO, C, kovy) nepřímá redukce (500-1000 °C)

MeO + CO = Me + CO

₂

přímá redukce (nad 1000 °C) MeO + C = Me + CO

KYANIDOVÉ LOUŽENÍ ZLATA

• metoda Merril-Crow: srážení na zinkovém prachu

• CIP „Carbon in Pulp“

(adsorbce Au na aktivní uhlí)

3. HUTNÍ VÝROBA 3. HUTNÍ VÝROBA

Kyanizace upravené Au rudy ve středníČíně

3. HUTNÍ VÝROBA

Pyrometalurgické zpracování Sn v lambrethových hutích, Botallack, Z Cornwall

3. HUTNÍ VÝROBA

HYDROMETALURGIE (převedení kovů do výluhů)

• modernější metodika

• aplikace pro zpracování chudých a těžce upravitelných rud (Au, U, Al, Cu, Zn, Ni, P)

ELEKTROMETALURGIE (Al, Zn, Cu)

3. HUTNÍ VÝROBA

TAVENÍ RUDY

• separace zbylých silikátů od kovů

• vznikají porézní strusky

• kovy se odlévají do tyčí nebo se ještě zušlechťují elektrochemickými metodami

3. HUTNÍ VÝROBA

Odpich strusky; chladnoucí struska s kamínkem (KovohutěPříbram)

3. HUTNÍ VÝROBA

Sekundární minerály Cu (Příbram)

3. HUTNÍ VÝROBA

Středověká halda strusky v Kutné Hoře. Sekundární minerály: Cu, Zn, Fe sírany a karbonáty