TĚŽBA A ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ 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? Petr Drahota, 2009 ZDROJE INFORMACÍ ZDROJE INFORMACÍ: ČASOPISY MULTIOBOROVÉ A KOMPLEXNÍ STUDIUM: geochemie životního prostředí (environmentální) mineralogie (environmentální) hydrogeologie biogeochemie Geochemistry-Exploration Environment Analysis, IF(2009) 1.000 International Journal of Mining, Reclamation and Environment ČASOPISY: 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 ZDROJE INFORMACÍ ZDROJE INFORMACÍ: TOP ČASOPISY Journal of Geochemical Exploration, IF(2009) 1.791 Mine Water and the Environment Geochimica et Cosmochimica Acta, IF(2009) 4.385 Environmental Science&Technology, IF(2009) 4.630 1
ZDROJE INFORMACÍ: WEBOVSKÉ STRÁNKY ZDROJE INFORMACÍ: KNIHY Lottermoser B. (2007) Mine wastes. Characterization, 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 ZDROJE INFORMACÍ-DALŠÍ 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. 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. 3rd edition, 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? 1. TĚŽBA SUROVINY 2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY DŮLNÍ ODPADY s.l. RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.) DŮLNÍ ODPADY s.s. (hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise) ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY (odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise) RUDNÍ KONCENTRÁT METALURGICKÉ ODPADY (strusky, kamínky, popílky/úlety,úpravárenská voda, atmosférické emise) 2
DŮLNÍ ODPADY s.l. 1. TĚŽBA SUROVINY RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.) DŮLNÍ ODPADY s.s. (hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise) 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) HLUŠINA (SKRÝVKA) neobsahuje surovinu nebo ji obsahuje v malém množství 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 cut-off grade 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) Skrývka v blízkosti jámového lomu (západní Austrálie) Historické haldy hlušiny pocházející z podzemní těžby stříbra (Kaňk u KutnéHory) 3
Heterogenní materiál středověké haldy se zbytky sulfidů na Kaňku u Kutné Hory Fe(III) arzeničnany in situ ve středověké haldě na Kaňku u Kutné Hory DŮLNÍ ODPADY s.l. 1. TĚŽBA SUROVINY DŮLNÍ ODPADY s.s. (hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise) gravitační separace RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.) 2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY RUDNÍ KONCENTRÁT ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY (odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise) ruda drcení, třídění voda mletí chemická látka magnetická separace flotace rudní koncentrát ÚO (odkaliště) V HISTORII DRCENÍ A MLETÍ ruda je zpracovávána okamžitě po vytěžení, aby nedošlo k mineralogickým 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 kulových mlýnech Drcení, mletí a mytí Au rudy v blízkosti vodní energie (Jeseník) 4
2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY 2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY GRAVITAČNÍ SEPARACE zlato od křemene diamanty 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 vibrační stůl 2. OBOHACENÍ RUDY-FYZIKÁLNÍ PROCESY FLOTACE ZPĚŇOVADLA: způsobují tvorbu a stabilitu bublin (borový olej + alkohol); SBĚRAČE způsobují přilnavost bublin na minerály (thioderiváty kys. uhličité a fosforečné); KONDICIONÉRY ovlivňují povrchy minerálu tak, aby se více koncentrovali na bublinách; AKTIVÁTORY (síran měďnatý, dusičnan olovnatý, octan olovnatý); DEPRESORY (kyanid sodný, síran zinečnatý) 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 odkaliště jsou obvykle zakládána v blízkosti úpravny rud Odkaliště Highland Valley Copper Mine, Britská Kolumbie (2003) Úpravna rud a odkaliště ve střední Číně 5
nejběžnější typ odkaliště s hrází obvykle využívá terénních depresí TRADIČNÍ TYP ODKALIŠTĚ S HRÁZÍ nejčastější je typ se zvyšující se hrází raised embankment design > 50% hrází odkališť je typu s ustupující hrází upstream Běžné odkaliště v terénní depresi s hrází ve střední Číně ekonomické výhody hráz není staticky bezpečná, snadno podléhá erozi cca 100 havárií odkališť za posledních 70 let 2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA -konvenční výška hráze - 27 m kapacita 15 mil m 3 únik 4,5 mil. m 3 příčina špatné základy 2616 ha zemědělské půdy bylo překryto materiálem odkaliště (ph 2-4; bohaté pyritem) 40 km řeky bylo kontaminováno těžkými kovy výška hráze - 27 m kapacita 15 mil m 3 únik 4,5 mil. m 3 příčina špatné základy 2616 ha zemědělské půdy bylo překryto materiálem odkaliště (ph 2-4; bohaté pyritem) 40 km řeky bylo kontaminováno těžkými kovy Protržení hráze odkaliště Los Frailes, Aznacollar ve Španělsku, 1998 Protržení hráze odkaliště Los Frailes, Aznacollar ve Španělsku, 1998 Zásypové odkaliště backfilling zásyp do lomu in-pit backfill zásyp do podzemních děl underground backfill Zásyp do lomu: finančně a ekologicky atraktivní způsob ukládání důlních odpadů 6
2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA V HISTORI Zásyp do podzemních děl: ekologicky atraktivní, finančně náročnější způsob ukládání důlních odpadů Úpravárenský odpad opuštěného dolu na Au v Nevadě z počátku 20 stol. V HISTORI V HISTORI Úpravna na zlatodole Roudný u Vlašimi (cca 1930) s kalojemy. Vrchol úpravárenké haldy Danica; halda je dnes rezervací brouků z rodu Svižníků V HISTORI V HISTORI Úpravárenský odpad po kyanizaci na Roudném. Oxidačně-redukční domény v písčitém odpadu po kyanizaci rudy na Roudném. Materiál obsahuje až 2,5 g/kg As a 18 mg/kg kyanidu. 7
DŮLNÍ ODPADY s.l. 1. TĚŽBA SUROVINY RUDA (rudní minerál, průmyslový minerál, etc.) 2. ZPRACOVÁNÍ A ÚPRAVA RUDY RUDNÍ KONCENTRÁT DŮLNÍ ODPADY s.s. (hlušina, skrývka, důlní voda, atmosférické emise) ÚPRAVÁRENSKÉ ODPADY (odkaliště, kaly, úpravárenská voda z mletí rudy, atmosférické emise) METALURGICKÉ ODPADY (strusky, kamínky, popílky/úlety,úpravárenská voda, atmosférické emise) PYROMETALURGIE (tavení, žárová výroba) neměnná technologie již po několik staletí transformace sulfidů na sírany a oxidy během pražení vhodná pro sulfidické rudy Cu, Zn, Ni, Pb, Sn, Fe rudní koncentrát vzduch atmosférické emise (SO 2 ) pražení vzduch tavidlo (vápenec, Fe šrot, zdroj Si) atmosférické emise tavení struska vzduch tavidlo atmosférické emise konverze/ redukce struska kov 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) 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) Kyanizace upravené Au rudy ve střední Číně 8
Pyrometalurgické zpracování Sn v lambrethových hutích, Botallack, Z Cornwall 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) TAVENÍ RUDY separace zbylých silikátů od kovů vznikají porézní strusky kovy se odlévají do tyčí nebo se ještě zušlechťují elektrochemickými metodami Odpich strusky; chladnoucí struska s kamínkem (Kovohutě Příbram) Sekundární minerály Cu (Příbram) Středověká halda strusky v Kutné Hoře. Sekundární minerály: Cu, Zn, Fe sírany a karbonáty 9