JAK VELKÁ JE PRODUKCE DŮLNÍCH ODPADŮ?

JAK VELKÁ JE 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 Absolutní produkce odpadů při těžbě a 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) celkovároční těžba minerálních komodit je dobře známa (viz. tabulka pro rok 1999) 3700 Mt Jaká je však celková produkce DO? 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 průmyslových minerálů (cca kovnatost 50 %) 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 průmyslových minerálů (cca kovnatost 50 %) 8117 Mt DO roční produkce DO je... Mt roční produkce DO je 15000-20000 Mt 1

pohyb hmoty vlivem dynamiky Země (vznik oceánské kůry, půdní eroze, orogeneze, etc.) je stejného řádu jako produkce DO JSOU DŮLNÍ ODPADEY VŽDY NECHTĚNÝM VEDLEJŠÍM ODPADEM? vlivem snížení kovnatosti se může produkce DO za 20-30 let zdvojnásobit (Förstner 1999) DŮLNÍ ODPADY 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 silně alkalických zemědělských půd Hydraulická těžba úpravárenských odpadů po historické těžbě zlata v Kalgoorlie, z. Austrálie. Z 60 mil. tun ÚO bylo získáno cca 25 tun zlata! DOPADY NA TĚŽBA A JEJÍ DOPADY NA Dopady těžby na životní prostředí probíhají před těžbou, během těžby i po skončení těžby. Hlavní dopady jsou: 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 náhodné či úmyslné vypouštění pevných, kapalných a plynných kontaminantů do okolních ekosystémů 2

DOPADY NA Tok kovů a metaloidů do vodních, atmosferických a terestriálních 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 DOPADY NA Uvolňování a tok prvků z důlních odpadů nemusí vždy nutně vést k poškození životního prostředí: i když je obsah nebezpečných prvků v důlních odpadech vysoký, nemusí být běžně dostupný pro živé organismy (bioavailable) pokud jsou prvky dostupné živému organismu, nemusí je rostliny ani živočichové nutně přijímat i když je prvek přijímán, nemusí být nutně pro organismus toxický Poznámka: procesy které nevedou k poškození ekologických procesů v přírodních systémech, nejsou příčinou toxicity nebo nezpůsobují poškození zdraví člověka a dalších organismů se nazývají CONTAMINATION POLLUTION představuje procesy, které naopak mají škodlivé účinky (Thornton et al. 1995) DOPADY NA HISTORICKÁ TĚŽBA REGULOVANÁ TĚŽBA HISTORICKÁ TĚŽBA A NEREGULOVANÁ TĚŽBA HISTORICKÁ TĚŽBA Doba měděná, bronzová a železná těžba kovů před více než 5000 lety: chemostratigrafické studium archívů rašelinišť odhalilo v tomto období kontaminaci kovů vlivem pražení sulfidů (Shotyk et al. 1996; Ernst 1998) hutnění Ag-Pb rud Římany ve Španělsku před 2000 lety vedlo k 4násobnému zvýšení atmosférické koncentrace Pb v Grónsku (Rosman et al. 1997) těžba kovů v 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 kovů a kyselosti. ve středověku (1556) popsal vznik kyselých důlních vod ve střední Evropě Agricola a napsal první systematickou knihu o těžbě a úpravě rud. 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 buď ryby zabíjí nebo je vyhání pryč. Vlivem devastace krajiny, lesů, potoků a řek obyvatelé těchto regiónů jen velmi obtížně získávají základní potřeby pro život a vlivem vykácení lesů musí též vydávat více prostředků pro zisk dřeva na stavbu a topení. Proto se často říká, že těžba více škodí než přináší v podobě vytěžených kovů (volně přeloženo: Agricola, 1556, De re metallica, str. 8) 3

HISTORICKÁ TĚŽBA HISTORICKÁ TĚŽBA-VLIV NA ČLOVĚKA 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 úpravně rud globálním zdrojem znečištění se stává až zavedení nových technologií tavení rudy (vysoké pece) během Průmyslové revoluce rozsáhlé atmosférické emise SO2 a kovů to vedlo k zvyšování negativních dopadů na 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 zájem o zdraví horníků je spojen zejména s těžbou rtuti a arzenu rtuť byla nejprve těžena v oblasti Středomoří Féničany, Kartagincy, Etrusky a Římany, kteří využívali rudu jako červené barvivo v malbě a 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 těžbě Au podobné praktiky byly používány i u nás a v relativně moderní 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 SOUČASNÁ NEREGULOVANÁ TĚŽBA NEREGULOVANÁ TĚŽBA A 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 světě a 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) MODERNÍ REGULOVANÁ TĚŽBA REGULOVANÁ TĚŽBA A 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 dopadů na 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 zákonů a norem ž.p. a též investovat mnohamiliónové částky do rekultivací 4

REKULTIVACE MÍST POSTIŽENÝCH TĚŽBOU REKULTIVACE MÍST POSTIŽENÝCH TĚŽBOU jakmile dojde k ukončení těžby, musí dojít k rekultivaci postižených míst rekultivace postižených míst je již nedílnou součástí plánování těžby existuje několik významných aspektů rekultivace, 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 úložišť důlních odpadů (velmi důležitý a také technologicky a finančně náročný aspekt) 4. modelování vývoje kvality a kvantity důlních vod v otevřených lomech 5. modelování vývoje kvality a kvantity podzemních důlních vod (v zatopených dílech a ve zvodních) 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 odpadů jsou 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 zvlášť charakterizovat, 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. v hustě obydlených oblastech jsou výsledkem rekultivace hald místa sociálního komfortu: parky, fotbalová a golfová hřiště, umělé lyžařské svahy jámové 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 podzemní prostory se využívají jako skladovací prostory, archívy, koncertní sály, některé doly obsahující radon slouží jako ozdravovny (Evropě) JAKÉ JSOU ZPŮSOBY TĚŽBY? TYPY ZRUDNĚNÍ SEDIMENTÁRNÍ LOŽISKA KONTRASTNÍ vs. NEKONTRASTNÍ ZRUDNĚNÍ MASIVNÍ: obecné kovy, Cu, Ni, Zn VTROUŠENÉ: Au, Pt kovy DIAMANTY Thompson mine, Kanada, Ni ruda PotashCorp, Saskatchewan, Kanada Bisset mine, Kanada, Au ruda Ekati, Kanada, Diamanty Syncrude, Alberta, Kanada, roponosné písky Tar sands Black Thunder,Wyoming, USA, černé uhlí 5

ZPŮSOBY TĚŽBY JÁMOVÝ LOM ZPŮSOB DOBÝVÁNÍ ZÁVISÍ ZEJMÉNA NA TVARU A POZICI RUDNÍHO TĚLESA, NA TYPU ZRUDNĚNÍ 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 Ekati, Kanada, Diamanty Bingham Canyon Cu Mine, Utah, USA 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 PODZEMNÍ TĚŽBA Průzkum Rekultivace Skrývka Uhlí velmi efektivní pro deskovité polohy suroviny těsně pod povrchem souběžná rekultivace s těžbou minimalizace dopadů na životní prostředí ROZPOUŠTĚNÍ IN SITU: soli K, Na, Li MOBILIZACE IN SITU: síra, uran, roponosné s. kyselé loužení rudních ložisek in situ rozpouštění NaCl nebo KCl ve vodě mobilizace síry nebo ropy pomocí horké vody nebo páry 6

MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem řada čerpacích vrtů na vyluhovacím poli Dolu chemické těžby zjednodušené schéma sanace v současnosti MOBILIZACE IN SITU: Stráž pod Ralskem CHEMICKÉ LOUŽENÍ NA HALDĚ 4Au(s)+ 8NaCN(aq)+O 2 (g)+ 2H 2 O(l) 4NaAu(CN) 2 (aq)+ 4NaOH(aq) zjednodušené schéma sanace v budoucnosti Kyanizace haldového materiálu a sběrné bazény, zlatodůl Wirralee, Austrále CHEMICKÉ LOUŽENÍ NA HALDĚ Kyanizace haldového materiálu ve velkém měřitku, zlatodůl Yanacocha, Peru 7