Kaivosprosessit
Tämä sivu on ensyklopedia-artikkeli.
Sivutunniste: Op_fi3457 |
|---|
| Moderaattori:Ei ole (katso kaikki) Kuinka ryhtyä moderaattoriksi? Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review). |
| Lisää dataa
|
Kaivosprosessit ja niistä aiheutuvat ainepäästöt
Moduulin tavoite
- Kuvata metallimalmikaivostoiminnan tyypilliset prosessit ja niistä mahdollisesti aiheutuvat päästöt
Kaivosprosessit
Pintamaan poisto
Koelouhinnan yhteydessä ja kaivostoiminnan alkuvaiheessa malmiesiintymän ja siihen liittyvien rakennuskohteiden päältä poistetaan pintamaat. Avolouhosten kohdalla tämä voi edellyttää hyvin massiivisia maansiirtotöitä, mutta poistettavaan määrään vaikuttavat myös maapeitteen paksuus, rakenne, laatu ja esiintymän laajuus. Maanpoistomassojen koko vaihtelee tavallisesti muutamista sadoista muutamiin satoihin tuhansiin kuutiometreihin
Poistetut maamassat varastoidaan pääasiassa avolouhoksen lähistölle ja niitä hyödynnetään mahdollisuuksien mukaan kaivoksella tehtävissä maarakennus- ja maisemointitöissä. Massoja voidaan hyödyntää myöhemmin kaivoksen jälkihoitotöissä, jolloin varastointi voi olla myös hyvin pitkäaikaista. Maamassat loppusijoitetaan alueelle suunnitelman mukaisesti, mikäli ne eivät sovellu geoteknisten ominaisuuksiensa tai ympäristökelpoisuutensa puolesta hyödynnettäväksi maarakentamisessa toiminnan aikana tai jälkihoitotöissä.
Pintamaan poiston aiheuttamat päästöt
Louhinta
Mineraalien ja niistä saatavien alkuaineiden tuotanto alkaa malmin louhinnalla. Lisäksi joudutaan louhimaan sivukiveä, jotta päästään malmiin käsiksi. Joissakin tapauksissa täytyy louhia myös erillistä tarvekiveä ja tehdä rakennusteknisiä louhintoja. Suomalaisissa oloissa kiviaines on yleensä sellaista, että louhinnassa tarvitaan räjäyttämistä ja siihen liittyen poraamista. Räjäytyksistä aiheutuu lyhytaikainen, suhteellisen karkearakeinen hiukkaspäästö, tärinävaikutuksia ja syntyy räjähdyskaasuja. Räjähdyskaasut sisältävät mm. hiilen ja typen yhdisteitä. Osa räjähdysaineesta saattaa myös jäädä reagoimatta, jolloin sen sisältämiä aineita päätyy helpommin louhittuun materiaaliin ja huuhtoutuu vesiin.
Murskaus
Louhittu malmikivi murskataan jatkokäsittelyyn sopivaksi. Maanalaisessa louhinnassa malmikivi esimurskataan ennen malmin nostoa maanpinnalle, jotta kappalekoko olisi nostolaitteille sopiva. Mikäli malmi kuljetetaan kaivoksesta rikastamolle kuorma-autoilla, ylisuuret kappaleet rikotetaan ennen kuljetusta ja ensimmäinen varsinainen murskausvaihe tehdään maanpinnalla sijaitsevassa murskaamossa. Ensimmäistä murskausvaihetta nimitetään esi- tai karkeamurskaukseksi ja tavallisimmin siihen käytetään leuka- tai karamurskaimia. Tämän jälkeinen murskausprosessi riippuu sitä seuraavasta jauhatus- tai muusta käsittelyprosessista. Normaalisti murskauspiiri koostuu murskaimista ja seuloista, jotka on kytketty suljettuun piiriin siten, että murskauspiiristä ulos tulevan materiaalin raekoko on halutulla alueella. Toisinaan esimurskauksen jälkeen riittää pelkästään seulonta, jolla materiaali jaetaan eri raeluokkiin. Useimmiten malmi murskataan yhdessä tai useammassa vaiheessa hienommaksi ennen jatkokäsittelyä. Sisätiloihin tai maanalaiseen louhokseen rakennetun murskaus- ja seulontapiirin pölypäästöt eivät yleensä kuormita merkittävästi ympäristöä. Sen sijaan ulkotiloihin kokonaan tai osittain rakennetusta piiristä aiheutuu ympäristöön pölypäästöjä.
Metallimalmin murskauksen aiheuttamat hiukkaspäästöt
Tarvekiven murskauksen aiheuttamat hiukkaspäästöt
Jauhatus
Jauhatuksen tarkoituksena on hienontaan malmi sellaiseen raekokoon, että malmin sisältämät arvomineraalit esiintyvät riittävän puhtaina itsenäisinä rakeina, jotta ne saadaan erotettua sivukivirakeista rikastusprosessissa.
Metallimalmikaivoksilla malmi jauhetaan yleensä vesilietteessä, vaakasuorissa pyörivissä myllyissä, joko metallisilla jauhinkappaleilla tai malmista erotelluilla suuremmilla kappaleilla (ns. autogeeniset jauhatusmenetelmät). Suomessa yleisimmin käytössä ovat tankomyllyt tai kuulamyllyt. Malmi jauhetaan yhdessä tai useammassa vaiheessa. Jauhatuspiirin myllyt on useimmiten kytketty suljettuun piiriin luokituslaitteiden kanssa, jotka palauttavat karkeat rakeet takaisin jauhatuspiiriin. Näin varmistetaan, että jauhatuksesta ulos tulevan materiaalin raekokojakauma on halutulla alueella jatkokäsittelyä varten.
Jauhatuspiiriin saattaa olla kytkettynä myös karkeavaahdotuskoneita, ominaispainoerottimia tai jopa magneettierottimia, joilla erotetaan luokituslaitteen palauttamasta ns. kiertokuormasta arvomineraalien karkeampia fraktioita. Tällaiset kytkennät ovat melko tyypillisiä varsinkin kullan rikastuksessa.
Koska jauhatus tehdään yleensä vesilietteessä ja suljetussa piirissä, on jauhatuksen mineraalipölypäästöt ympäristöön pienet ja lähinnä työsuojeluasia.
Jauhatuksen aiheuttamat mineraalipölypäästöt
Rikastus
Rikastusprosessit
Rikastusprosessit voidan jakaa kolmeen pääryhmään 1) Mekaaniset, 2) Kemialliset ja 3) Magneettiset/elektrostaattiset rikastusmenetelmät. Ennen rikastamista syötteen laatua parannetaan liejunerotuksella ja/tai valmennuksella. Liejunerotuksessa pyritään suspensiosta poistamaan kaikkein hienojakoisin aines, joka muutoin häiritsisi rikastusprosessia. Valmennuksessa mineraalipintojen reaktiivisuutta lisätään, jotta rikastekemikaalien teho lisääntyisi
Rikastusprosessien riskinarvioinnin sivulle
Rikastuskemikaalipäästöt
Rikastusprosessissa tarvittavat kemikaalit määräytyvät, sekä laadultaan että määrältään, louhittavan malmin ja sivukiven koostumuksen perusteella. Koska malmit ovat usein erilaisia, rakennetaan tiettyyn kiviainekseen ja ympäristöön soveltuva rikastusprosessi aina tapauskohtaisesti. Pieni osa rikastuksessa käytetyistä kemikaaleista kulkeutuu rikastushiekan mukana rikastushiekka-altaalle, mistä ne mahdollisesti kukeutuvat maa-, ilma- tai vesiteitse ympäristöön. Rikastuksessa käytettävistä kemikaaleista voi syntyä päästöjä myös huonon varastoinnin tai huolimattoman käsittelyn seurauksena.
Ympäristölupaviranomaisen näkökulmasta kemikaalien raja-arvojen määrittäminen lähtee louhittavasta ja rikastettavasta malmista. Rikastuskemikaaleille ei ole Suomessa asetettu asetustasolla kaivoksia koskevia rajoja, koska rikastuskemikaalien jäämäpitoisuudet ovat normaalisti niin alhaiset. Myös eri kaivosten malmioissa sekä ympäristön tilassa voi olla suurta vaihtelua. [1].
Rikastuskemikaalipäästöjen riskinarvioinnin sivulle
Kaasumaiset päästöt
Jätevesipäästöt
Rikastusprosessin tuottama jätevesi on vettä, joka päästetään rikastusprosessin suljetun kierron ulkopuolelle tarkoituksella ja hallitusti. Koska jätevettä päästetään kierron ulkopuolelle tarkoituksella ja hallitusti, voidaan olettaa että tuotetun jäteveden laatu ja määrä olisi tunnettava.
Jätevesipäästöjen riskinarvioinnin sivulle
Kuljetus
Kaivosprosessin kolme päävaihetta ovat louhinta, murskaus ja rikastus. Kaikissa kaivosprosessin vaiheissa sekä huoltotoimenpiteissä tarvitaan kuljetuskalustoa.
Louhinta/kuljetus: Kaivosalueella malmi- ja sivukivilouhe lastataan tavallisimmin kuorma-autoihin/kaivosdumppereihin ja kuljetetaan maanpäälliseen murskaukseen tai läjitysalueelle. Jos louhinta tapahtuu maan päällä avolouhintana sekä maanalaisena yhtä aikaa, voidaan avolouhoksesta saatu malmikivi siirtää kaatonousun kautta maanalaiseen kaivokseen. Tällöin malmikivi voidaan nostaa yhdessä maan alta louhitun malmikiven kanssa. Malmikiven nostamiseen kaivoksesta maanpinnalle voidaan käyttää hissiä tai siirtää malmi kuorma-autolla tai hihnakuljettimella. Malmikiven nosto tapahtuu usein näitä kaikkia menetelmiä yhdistelemällä. Malmikivi täytyy murskata (esi- tai karkeamurskaus) nostolaitteelle sopivan kokoisiksi kappaleiksi ennen maanpinnalle nostoa. Suuret malmikiven kappaleet täytyy murskata pienemmäksi myös kuljetettaessa kuorma-autoilla. Maanalaisissa kaivoksissa tarvittavat kuilut ja kulkuväylät pyritään louhimaan sivukiveen. Kaivokseen jääviä tyhjiä louhostiloja täytetään ja tuetaan hyödyntämällä louhittua sivukiveä. [2].
Murskaus/kuljetus: Malmi- ja sivukivilouhe kuljetetaan esim. dumppereilla maanpäällä tapahtuvaan murskaukseen tai sivukivikasalle. Malmikiven murskaus voidaan suorittaa myös louhoksessa ja siirtää murske hihnakuljettimella jatkokäsittelyyn. Joissakin tapauksissa malmilouheen murskaus tapahtuu useammassa murskaus-seulonta sarjassa. Esimurskauksessa pienennetään ylisuuret kivet, jonka jälkeen murskattu louhe siirretään kuljettimilla välimurskaimeen. Välimurskaimesta louhe toimitetaan kuljettimella seulontayksikköön. Seulottu materiaali siirretään edelleen jatkoprosessointiin. Louheen lastauksessa ja kuljetuksessa tarvittavan kaluston määrä riippuu valittavasta tuotantomenetelmästä ja se saattaa vaihdella vuosittainEsim. Talvivaarassa kuljetuskalustoa on keskimäärin on 10 dumpperia ja 4 lastauskonetta. Kuljetuskaluston pieni määrä johtuu siitä, että kalusto on erittäin suurikokoista. Yksi kaivosdumpperi voi ottaa hyötykuormaa kerrallaan noin 240 t..[3].
Rikastus/kuljetus: Jatkokäsittelyä odottavat rikasteet varastoidaan yleensä kaivosalueelle. Kaivoksen rikaste- ja kemikaalikuljetukset jatkojalostukseen tapahtuvat joko maanteitse tai rautateitse, joskus laivalla. Pitkät kuljetusmatkat ja suuret rikastemäärät toimitetaan junalla. Pienemmät rikastemäärät kuljetetaan kuorma-autoilla. Kuljetusten ja välilastausten yhteydessä voi pölyämisen tai liettymisen seurauksena esiintyä rikasteen hävikkkiä. Pölyämistä voidaan vähentää käyttämällä katettuja (kannet ja pressut) junanvaunuja sekä kuorma-autojen lavat peittämällä. Rikasteen pölyäminen avoimista vaunuista estetään pölynsidonnalla [2].
Kuva:YLE
Louheen lastauksen aiheuttamat pölypäästöt
Kuljetuksen aiheuttamat ilmapäästöt
Varastointi
Ennen tuotannon käynnistämistä rakennetaan louhinnassa ja rikastusprosessissa muodostuville kaivannaisjätteille (erityisesti avolouhinnassa muodostuva sivukivi ja rikastamolla muodostuva rikastushiekka ja sakka) läjitysalueet, jotka varmistavat näiden materiaalien turvallisen varastoinnin niin terveyden kuin ympäristönkin kannalta. Läjitysalueiden sijoituspaikan ja rakentamisen suunnittelussa huomioidaan materiaalien fysikaalinen ja kemiallinen käyttäytyminen sekä mahdolliset vaikutukset maaperään ja ympäristöön.
Lopputuotteen varastointi
Metallimalmikaivosten lopputuotteet ovat eri metallien rikasteita. Rikasteet ovat kiinteitä, melko hienorakeisia ja koostuvat tavallisesti eri metallien sulfideista (esim. vaahdotuksen tuotteena kuparirikaste - kuparikiisu CuFeS2, ja nikkelirikaste - pentlandiitti (Fe,Ni)9S8; bioliuotuksessa arvometallit saostetaan liuoksesta esim. rikkivedyn avulla metallisulfideiksi - vrt. Talvivaaran kaivos, Sotkamo [4]). Kultakaivoksilla tuotetaan myös harkkokultaa (esim. Suurikuusikon Au-kaivos, Kittilä ja Laivakankaan Au-kaivos, Raahe). Uraania tuottavien kaivosten lopputuotteena on uraanioksidi (U3O8).
Rikasteet varastoidaan kaivosalueelle odottamaan kuljetusta joko katettuihin varastorakennuksiin tai ulkona oleviin kasoihin. Uraanioksidi pakataan rikastamolla suoraan tynnyreihin ja tynnyrit sijoitetaan lukittaviin kontteihin kuljetusta varten.
Rikasteen varastoinnin päästöt
Kaivannaisjätteiden varastointi
Rikastushiekka
Rikastushiekka on rikastusprosessissa syntyvää jätettä, joka koostuu hienoksi jauhetuista malmi- ja sivukivimineraaleista sekä rikastuskemikaalien jäämistä. Sen koostumus riippuu siten louhittavasta malmista sekä rikastusprosessista ja siinä käytetyistä rikastuskemikaaleista. Rikastushiekka pumpataan tavallisesti rikastamolta lietteenä erilliseen rikastushiekka-altaaseen loppusijoitusta varten. Altaassa rikastushiekasta erotetaan selkeyttämällä vesi, joka johdetaan takaisin rikastusprosessiin, käsittelyyn tai ylijuoksutuksena vesistöön. Karkearakeisin osa rikastushiekkaa käytetään usein tyhjien kaivostilojen täyttönä.
Rikastushiekka-altaiden patojen ja pohjan rakenne määrätyy rikastushiekan ominaisuuksien ja jäteluokan, sijoituspaikan maaperä- ja hydrogeologisten ominaisuuksien sekä sijoituspaikan toiminnallisen käyttökelpoisuuden perusteella [2] Viittausvirhe: Kelpaamaton <ref>-elementti: virheelliset nimet, esim. liian monta.
Pysyviksi luokitelluilla jätteillä pohjarakenteeksi soveltuu heikosti vettä läpäisevä moreeni. Ei-pysyville, tavanomaisille jätteille edellytetään luonnon maapohjan päälle vesitiivis pohjarakenne (esim. HDPE-kalvo, kumibitumikermi, tiivistyneet orgaaniset maaperäkerrokset). Ongelmajätteiksi luokitelluille rikastushiekoille (ts. happoa tuottavat ja/tai potentiaalisesti liuoisia haitta-aineita sisältävät rikastushiekat) edellytetään HDPE-kalvosta tai vastaavasta koostuva vesitiivis pohjarakenne [2]. Aiemmin rikastushiekka-altaat rakennettiin suoraan luonnon maapohjan päälle jätteen ominaisuuksista riippumatta.
Rikastushiekka-altaiden padot rakennetaan jätteen ominaisuuksien perusteella joko suotaviksi tai suotamattomiksi. Suotavat padot soveltuvat jätteille, joiden suotovedet ovat ympäristölle haitattomia. Ne rakenneteen joko homogeenisenä maapatona, louhepatona tai vyöhykepatona. Suotamattomia patoja käytetään jätteille, joiden suotovesien laatu on ympäristölle haitallista. Suotamattomassa padossa peruspato rakennetaan joko louhe- tai vyöhykepatona, ja patorakenne tiivistetään moreenilla ja muovikalvolla tai bitumikermillä. Synteettisen materiaalin ja maakerrosten väliin asennetaan bentoniittimatto [2]. Aiemmin metallimalmikaivosten rikastushiekka-altaiden padot rakennettiin pääasiassa suotavina.
Rikastushiekan varastoinnin päästöt
Sivukivet
Malmikivenlouhinnassa joudutaan varsinaisen malmin saavuttamiseksi ja hyödyntämiseksi poistamaan myös jatkoprosessiin kelpaamatonta sivukiveä. Metallien ja sulfidimineraalien pitoisuudet ovat sivukivissä yleensä sitä korkeampia, mitä lähempää malmia sivukivet on louhittu. Sivukivien hyötykäyttömahdollisuudet riippuvat pitkälti niiden geoteknisistä ominaisuuksista ja ympäristökelpoisuudesta ja hyvälaatuinen sivukivi voidaan hyödyntää esimerkiksi kaivosalueen maarakentamisessa (tiet, penkereet, vallit) tai myydä kaivosalueen ulkopuoliseen maanrakennuskäyttöön. Sivukiveä syntyy niin maanalaisesta kaivoksesta kuin avolouhoksesta ja määrä riippuu mm. louhintatekniikasta, malmin muodosta ja kallioperän laadusta. Avolouhinnassa sivukivien louhintamäärät saattavat olla jopa suurempia kuin varsinaisen malmin louhintamäärä. Maanalaisessa louhinnassa sivukivien osuus on usein vähäisempi, mutta kuilut ja kulkuväylät louhitaan pääasiassa sivukiveen. Maanalaisissa kaivoksissa sivukiviä ei tavallisesti kuljeteta maanpinnalle, vaan se hyödynnetään suoraan tyhjien louhostilojen tukena ja täytteenä. Kaivoksen rakennusvaiheessa, jolloin ei vielä ole tarvetta kaivostäytölle, sivukivet voidaan hyödyntää kaivosalueen maanpäällisessä rakentamisessa[2]. Ympäristökelpoisuutta arvioitaessa on myös otettava huomioon sivukivien mukana kasoille kulkevat louhintaperäiset räjäytysainejäämät.
Mikäli hyötykäyttö ei ole mahdollista, louhittu sivukivi varastoidaan kaivosalueen sivukivelle varatulle läjitysalueelle. Läjitysalueiden sijoituspaikan ja rakentamisen suunnittelussa huomioidaan materiaalien fysikaalinen ja kemiallinen käyttäytyminen sekä mahdolliset vaikutukset maaperään ja ympäristöön. Vanhojen kaivosalueiden sivukivikasoilla ei ole ollut lainsäädännöllisiä ja ympäristöselvityksellisiä perusteita, joten suljettujen ja hylättyjen kaivosten kohdalla sivukivikasojen tiedot voivat olla hyvinkin puutteellisia niin määrän kuin laadunkin suhteen. Sivukivikasoja voidaan myös välivarastoida kaivosalueelle myöhempää hyödyntämistä varten (myynti tai hyötykäyttö kaivoksen sulkemisen ja maisemoinnin yhteydessä). Kaivosalueen sulkemisen yhteydessä on tärkeää että maanpinnalle jäävät sivukivikasat stabiloidaan, muotoillaan, peitetään ja kasojen päälle varmistetaan kasvillisuuden vaivaton juurtuminen esim. istutusten avulla. Sivukivikasojen peitto vähentää veden ja ilman pääsyä kiviaineksen pintaan ja vaikuttaa siten suoraan haitallisten aineiden rapautumisnopeuteen ja kulkeutumiseen. Rikastushiekkoihin verrattuna sivukivien mineraalien rapautumista hidastaa ja vähentää niiden suuri lohkarekoko.
Sivukiven varastoinnin päästöt
Sakat
Kaivostoiminnassa muodostuvat sakat ovat yleensä ympäristöministeriön asetuksen (1129/2001) nimikkeiden mukaisesti luokkaa 01 03 (metallimineraalien fysikaalisessa ja kemiallisessa käsittelyssä syntyvät jätteet). Sakkoja sijoitetaan yleensä rikastushiekka-alueille, sakka-altaisiin, sivukivikasoille, sekä louhosten, tai maanalaisten kaivosten täytteeksi. Haitallisia aineita sisältävät ja ominaisuuksiltaan vaaralliset sakat, kuten esimerkiksi syanidiliuotuksen sakka tai metallitehtaalla syntyvät mineraalipitoiset sakat, luokitellaan yleensä ongelmajätteeksi, jolloin niiden sijoituspaikka merkitään ongelmajätteen kaatopaikaksi ja se on aidattava.
Sakkojen riskinarvioinnin sivulle
Kaivoksen energiantuotanto
Kaivoksen energiantuotannosta aiheutuvia päästöjä ja sitä kautta riskejä luonnolle ja ihmisille on arvioitu eri polttoaineiden päästökertoimien kautta. Riskinarvioinnissa on otettu huomioon vain paikallisesti tuotettu energia.
Energiantuotannon riskinarvioinnin sivulle
Katso myös
Viitteet
- ↑ Koivula, Sami, Ympäristöneuvos, Pohjois-Suomen ympäristölupavirasto [sähköpostiviesti] 19.11.2008. Viitattu teoksessa: Konttila, S., 2009. Kaivosteollisuuden prosessi- ja suotovedet, karakterisointi. Oulun yli-opisto, prosessi ja ympäristötekniikan osasto, kanditaatintyö 42.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Metallikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt 2011/luonnos
- ↑ Salo O, Hietala J, Hamari S, Häyrynen A, Nurkkala A, Paksuniemi S: TALVIVAARAN KAIVOSHANKKEEN YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTISELOSTUS. Lapin Vesitutkimus, 2005
- ↑ PSY 2006. Talvivaaran kaivoksen ympäristö- ja vesitalouslupa, Sotkam ja Kajaani. Pohjois-Suomen ympäristölupavirasto. Lupapääös Nro 33/07/1, Dnro PSY-2006-Y-27. 29.3.2007. 184 s.
Metallikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt 2011/luonnos.