Metallimalmin murskausprosessin pölypäästöt

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi2806
Moderaattori:Jouni (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi2806}}

Kysymys

Miten lasketaan metallimalmin murskausprosessin ja jauhatuksen pölypäästöt?

Vastaus

Esimerkkilaskenta

Kuinka monta tonnia malmia murskataan tunnissa?: Montako tuntia prosessia ajetaan päivässä?: Mitä murskausprosesseja on käytössä?: Esi/karkea murskaus Välimurskaus Hienomurskaus Materiaalin siirto ja kuljetus Märkäseulonta Kuivaseulonta ilman avulla Kuivaseulonta ilman ilmapuhallusta Kuivaus Onko malmi kuivaa vai kosteaa (rajana 1.5 % kosteutta)?: Kuiva Kostea Mitkä päästönvaimennusprosessit ovat käytössä?: Tuulensuojamuuri Materiaalin kastelu Hihnan kotelointi, sykloni Hihnan kotelointi, harjaus Hihnan kotelointi, kangassuodattimet suljettu tai maanalainen Sähköstaattinen suodatus + Näytä koodi- Piilota koodi library(OpasnetUtils) library(ggplot2) openv.setN(100) objects.latest("Op_fi2806","alustus") M <- Ovariable("M", data = data.frame(Result = M)) A <- Ovariable("A", data = data.frame(Result = A)) MetMalMurskPol <- EvalOutput(MetMalMurskPol) temp <- summary(M * A, marginals = "MSource", function_names = c("Q0.025", "Q0.975")) temp <- paste(round(temp[1 , 2]), "-", round(temp[1,3])) cat(paste("Pölypäästöt (kg/d) prosessista, kun prosessoidaan ", temp, " tonnia päivässä.\n", sep="")) out <- oapply(MetMalMurskPol, INDEX = MetMalMurskPol@output[c("Hiukkaskoko", "Iter")], sum) ggplot(out@output, aes(x = Hiukkaskoko, y = MetMalMurskPolResult)) + geom_boxplot() + theme_grey(base_size = 24)

Perustelut

Murskauksen aiheuttamat hiukkaspäästöt

Murskausvaihekohtainen hiukkaspäästökerroin kahdessa eri kosteuspitoisuudessa (kg/ton)

Metallimalmin murskausprosessin kokonais- (TSP) ja hengittyvien hiukkasten (PM10) päästökertoimet (kg/ton)

	TSP	PM10
Kuiva malmi (kosteus <4paino%)
Esi/karkea murskaus	0,2	0,02
Välimurskaus	0,6	no data
Hienomurskaus	1,4	0,08
Materiaalin siirto ja kuljetus	0,06	0,03
Kostea malmi (kosteus >4paino%)
Esi/karkea muskaus	0,01	0,004
Välimurskaus	0,03	0,012
Hienomurskaus	0,03	0,01
Materiaalin siirto ja kuljetus	0,005	0,002
Kuiva ja kostea malmi
Märkäseulonta	merkityksetön	merkityksetön
Kuivaseulonta ilman avulla	14,4	13,0
Kuivaseulonta ilman ilmapuhallusta	1,2	0,16
Kuivaus	9,8	5,9

KHM= k x M x A 

KHM = kokonaishiukkasmäärä (g/vrk)

k1-3 = murskausvaihekohtainen hiukkaspäästökerroin eri kosteuspitoisuudessa (g/ton) 
 
M = syötteenmäärä/tunti (ton/t). Karkeamuskaimeen syötetyn materiaalin paino, samaa painoa käytetään myös muissa saman prosessin murskausvaiheissa.

A = työtunnit vuorokaudessa

Taulukko 2. Teknisiä menetelmiä pölypäästöjen hallitsemiseksi sekä niiden läpipäästökertoimia .

Hallintamenetelmä	Pölyn läpipäästökerroin
Tuulensuojamuuri	0,7
Materiaalin kastelu (jatkuva kosteana pitäminen)	0,5
kotelointi, sykloni	0,35
kotelointi, harjaus	0,25
kotelointi, kangassuodattimet	0,17
suljettu tai maanalainen	0
Sähköstaattinen suodatus	0,13-0,08

Pölypäästön vähennys murskainta kohden lasketaan kaavalla:

KHMh=KHM*C1*C2...*Cn 

jossa:

KHMh = päästön massa (kg, hallittu)

KHM = päästön massa (kg, hallitsematon)

C1-Cn = pölypäästöjen vähentämisen tehokkuuskertoimet kullekin käytetylle menetelmälle

Murskaus suoritetaan, jotta louhittu malmikivi saadaan rikottua raekooltaan jatkokäsittelyyn sopivaksi. Maanalaisessa louhinnassa malmikivi esimurskataan ennen malmin nostoa maanpinnalle, jotta kappalekoko olisi nostolaitteille sopiva. Mikäli malmi kuljetetaan kaivoksesta rikastamolle kuorma-autoilla, ylisuuret kappaleet rikotaan 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 raekokoalueella. Toisinaan esimurskauksen jälkeen riittää pelkästään seulonta, jolla materiaali jaetaan eri raeluokkiin. 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.

Murskattaessa kiviainesta siihen kohdistuu suuria voimia, jotka irrottavat kiviaineksesta pölyhiukkasia. Mitä enemmän kiviainesta murskataan, sitä enemmän hienoainesta ja siten myös pölypäästöjä syntyy. Murskaus tapahtuu vaiheittain ja vaiheita on kaivoksesta riippuen 1-4. Esimurskaimena Suomen metallimalmikaivoksilla käytetään yleisimmin leukamurskainta, jossa kallioaines murskautuu leukojen välissä puristumalla (Kauppila et al. 2011). Välimurskaimena käytetään yleensä kara- tai kartiomurskainta, joissa kartion muotoinen laakeroitu kara puristaa materiaalia murskaimen manttelia vasten, jolloin murske murskautuu (Kauppila et al. 2011). Kolmannessa ja neljännessä vaiheissa käytetään samantyyppisiä murskaimia kuin välimurskauksessa. Kallioainesta murskattaessa iskemällä, puristamalla tai räjäyttämällä, kiviaineksesta lohkeaa tai hankautuu irti hiukkasia. Kivipölyhiukkasia syntyy sitä enemmän mitä enemmän kiveä murskataan. Syntyneiden hiukkasten määrä on myös verrannollinen murskaamisessa käytettyyn energiamäärään.

Yleisin tapa arvioida murskauksen hiukkaspäästöjä on käyttää päästökertoimia. Päästökertoimet on johdettu laajasta joukosta malminmurskausprosessin mittaustuloksia. Taulukon 1 luvut ovat yleisimmin metallimalmien prosessoinnille esitetyt ja esiintyvät samoina useissa teoksissa (Countess Environmental 2006). Primäärimurskauksen päästöihin sisältyy kokonaisuuteen kuuluvien toimintojen - seulonnan, murskauksen, säiliön, syöttölaitteen ja kuljetushihnan hiukkaspäästöt (Countess Environmental 2006).

Tapauskohtaiset paikalliset erot ja yksilölliset murskausratkaisut voivat aiheuttaa epätarkkuutta päästöarvioon kertoimen avulla. Suorilla mittaustuloksilla voidaan varmentaa päästökertoimen oikeellisuutta

Riippuvuudet

Murskauksen ja seulonnan ilmapäästöt riippuvat oleellisesti laitteiston sijainnista eli tehdäänkö toiminta maan alla, sisätiloissa vai ulkona. Pölypäästöjen määrä ja laatu riippuvat kivilajista ja malmin laadusta sekä käytetystä tekniikasta. Hiukkasten syntymiseen kallioainesta murskattaessa vaikuttavat kiviaineksen kovuus, raekoko, tiheys ja kosteus. Lisäksi syötteen koko ja mineraalirakenne vaikuttavat pölynmuodostukseen murskauksessa. Eri mineraalit rikkoutuvat eri tavalla, joten kivipölyn mineraalisuhteet eivät ole samat kuin murskattavan kiven. Käytetyssä tekniikassa pölyämiseen vaikuttavia asioita ovat murskan tyyppi, koon pienennyssuhde, läpäisyaste, kosteusprosentti ja hienoainespitoisuus. Iskuun perustuva murskaaminen tuottaa enemmän pölyhiukkasia kuin puristukseen perustuva. Sääolosuhteissa vaikuttavia asioita ovat tuulen nopeus, vuoden aika ja ilman kosteus. Syntyvien pölyhiukkasten kokonais- ja pienhiukkasten määrä kasvaa esimurskauksesta jälkimurskaukseen.

Asbestipitoisuuden huomiointi

Asbestimuotoisten mineraalien tunnistaminen ja osuus murskattavassa kiviaineksessa on mahdollista arvioida makroskooppisista näytteistä ja tunnistus voidaan varmentaa ja tarkentaa ohuthietutkimuksen avulla (Junttila 1994, Nikkarinen 2001). Mikäli asbestimineraaleja murskattavassa malmissa esiintyy on ennen varsinaisen tuotannon aloittamista syytä koemurskauksen yhteydessä selvittää pölymittauksin kokonaispölyn kuitupitoisuus. Kuitujen määrä työilmassa on torjuntatoimenpiteillä (kostutus, kotelointi, automatisointi, valvomot, ilmanvaihto) saatava riittävän pieneksi ja työterveysmääräysten mukaisiksi. Samalla eliminoidaan murskauksesta aiheutuva kuitujen pääsy ympäristöön.

Grafiittipitoisuuden huomiointi

Grafiitti on yleinen aksessori mineraali etenkin voimakkaasti metamorfoituneissa kivissä Suomessa. Grafiitti on kevyt mineraali, jonka ominaispaino on 2,09-2,23. Se esiintyy usein levymäisinä kiteinä. Grafiitti on koostumukseltaan hiiltä ja sen pöly on mustaa ja pieninäkin määrinä näkyvää ja helposti tahraavaa. Mikäli metallimalmikaivosten murskattava malmi tai sivukivi sisältävät grafiittia on se syytä huomioida etenkin pölyn leviämisen arvioinnissa sillä grafiittipöly leviää muuta mineraalipölyä kauemmaksi.Tässä yhteydessä ei tarkastella murskaimien ja kuljettimien pakokaasupäästöjä.

Jauhatus

Jauhatuksen tarkoituksena on hienontaa 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.

Malmin jauhatus tehdään yksi- tai monivaiheisena prosessina, jotta malmi saadaan rikastusprosessin vaatimaan hienouteen. Jauhatuksen pölypäästöön vaikuttavat jauhettava, kivilaji, syötteen raekoko, kosteusprosentti, malmintyyppi, jauhautumissuhde ja hienoainesmäärä. Kaikki muuttujat huomioivaa tietoa ja laskentakaavaa ei käytännössä tarvita, koska jauhatus tehdään Suomen metallimalmikaivoksissa yleisesti sisätiloissa, vesilietteessä ja suljetussa jauhinpiirisysteemissä. Tällöin hiukkaspäästökerroin = 0 tai lähellä sitä.

Vaikka malmin jauhatus tapahtuu pääsääntöisesti suljetussa piirissä, jauhatuksesta aiheutuvan pölypäästön voi tarvittaessa laskea alla olevalla kaavalla. Päästöjen vähentäminen voidaan laskea malmin murskauksen päästöjen vähentämisen mukaan.

KHM = k x M x A 

KHM = kokonaishiukkasmäärä (g/vrk) 
k = hiukkaspäästökerroin eri kosteuspitoisuudessa (Taulukko 1, Kappale malmin murskaus (g/ton) 
M = syötteenmäärä/tunti (ton/t)
A = työtunnit vuorokaudessa 

Lähde: modified from WRAP Fugitive Dust Handbook[1] [2]

Lähtötietoja

päästökerroin(kg /ton)

Obs	Kosteus	Hiukkaskoko	Prosessi	Arvo
1	Kuiva	TSP	Esi/karkea murskaus	0.2
2	Kuiva	TSP	Välimurskaus	0.6
3	Kuiva	TSP	Hienomurskaus	1.4
4	Kuiva	TSP	Materiaalin siirto ja kuljetus	0.06
5	Kostea	TSP	Esi/karkea murskaus	0.01
6	Kostea	TSP	Välimurskaus	0.03
7	Kostea	TSP	Hienomurskaus	0.03
8	Kostea	TSP	Materiaalin siirto ja kuljetus	0.005
9	*	TSP	Märkäseulonta	0
10	*	TSP	Kuivaseulonta ilman avulla	14.4
11	*	TSP	Kuivaseulonta ilman ilmapuhallusta	1.2
12	*	TSP	Kuivaus	9.8
13	Kuiva	PM10	Esi/karkea murskaus	0.02
14	Kuiva	PM10	Välimurskaus	0 - 0.6
15	Kuiva	PM10	Hienomurskaus	0.08
16	Kuiva	PM10	Materiaalin siirto ja kuljetus	0.03
17	Kostea	PM10	Esi/karkea murskaus	0.004
18	Kostea	PM10	Välimurskaus	0.012
19	Kostea	PM10	Hienomurskaus	0.01
20	Kostea	PM10	Materiaalin siirto ja kuljetus	0.002
21	*	PM10	Märkäseulonta	0
22	*	PM10	Kuivaseulonta ilman avulla	13
23	*	PM10	Kuivaseulonta ilman ilmapuhallusta	0.16
24	*	PM10	Kuivaus	5.9

läpipääsykerroin(-)

Obs	Prosessi	Tulos
1	Tuulensuojamuuri	0.7
2	Materiaalin kastelu	0.5
3	Kotelointi, sykloni	0.35
4	Kotelointi, harjaus	0.25
5	Kotelointi, kangassuodattimet	0.17
6	suljettu tai maanalainen	0
7	Sähköstaattinen suodatus	0.08 - 0.13

Kaava

Varsinainen metodi

+ Näytä koodi- Piilota koodi library(OpasnetUtils) päästökerroinRaw <- Ovariable(name='päästökerroinRaw', ddata = 'Op_fi2806.paastokerroin') päästökerroin <- Ovariable( name = 'päästökerroin', dependencies = data.frame(Name=c('päästökerroinRaw'), Ident=c(NA)), formula = function(dependencies, ...) { ComputeDependencies(dependencies, ...) d <- päästökerroinRaw@output # Haetaan päästökerrointiedot temp <- data.frame(Kosteus = c("Kuiva", "Kostea"), Kosteus2 = "*") temp <- merge(d, temp, by.x = "Kosteus", by.y = "Kosteus2")[, -1] # Korvataan villikortit oikeilla arvoilla d <- rbind(d[d$Kosteus != "*", ], temp) d <- d[c('Kosteus', 'Hiukkaskoko', 'Prosessi', 'Iter','päästökerroinRawResult')] colnames(d) <- c('Kosteus', 'Hiukkaskoko', 'Prosessi', 'Iter','Result') return(d) } ) läpipääsykerroin <- Ovariable(name = 'läpipääsykerroin', ddata = "Op_fi2806.lapipaasykerroin") MetMalMurskPol <- Ovariable( name = "MetMalMurskPol", dependencies = data.frame( Name = c("läpipääsykerroin","päästökerroin", "M", "A", "prosessi", "kosteus", "vaimennus"), Ident = c(NA, NA, NA, NA, NA, NA, NA) # Jos Ident on pelkkää NA:ta, sitä ei tarvita ollenkaan. ), formula = function(dependencies, N = 100, ...) { ComputeDependencies(dependencies, ...) # Rajataan käyttäjän määrittämiin prosesseihin. out <- päästökerroin@output päästökerroin@output <- out[out$Kosteus == kosteus & gsub('//s','',out$Prosessi) %in% gsub('//s','',prosessi),] if (exists("verbose") && verbose) oprint(päästökerroin@output) läpipääsykerroin@output <- läpipääsykerroin@output[läpipääsykerroin@output$Prosessi %in% vaimennus, ] läpipääsykerroin@output <- as.data.frame(as.table(tapply( läpipääsykerroin@output$läpipääsykerroinResult, läpipääsykerroin@output["Iter"], prod ))) colnames(läpipääsykerroin@output) <- c("Iter", "läpipääsykerroinResult") # Iter on vaarallinen koodissa, koska tulee error jos output ei olekaan probabilistinen. if (exists("verbose") && verbose) oprint(läpipääsykerroin@output) out <- päästökerroin * M * A * läpipääsykerroin # Varsinainen laskentakaava if (exists("verbose") && verbose) oprint(out) return(out) } ) objects.store(läpipääsykerroin, päästökerroinRaw, päästökerroin, MetMalMurskPol) cat("Metodi alustettu.\n")

• Täsmälliset perustelut löytyvät ERAC-wikistä: Metallimalmin murskausprosessin päästökertoimet (suojattu sivu)

Katso myös

Muita Minera-projektin tuotoksia

Minera-mallin sovelluksia	· Luikonlahden tapaustutkimus · Luikonlahden sienitutkimusraportti
Muut	· Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt · Minera-hanke · MINERA Loppuseminaari · Kauppila T, Makkonen S, Komulainen H, Tuomisto JT: Metallikaivosalueiden ympäristöriskinarviointiosaamisen kehittäminen: MINERA-hankkeen loppuraportti. · Lehdistötiedote 15.4.2013 · Kohdekohtainen esimerkki · Lyhenteet ja määritelmät · Loppuraportti kokonaismalli · Kaivostoiminnan ympäristöterveysriskien arviointi (suojattu sivu) · Mallinnusohjelmat päästöjen arvioinnissa · Viitearvot · Talvivaaran kaivoksen terveysvaikutukset · Loppuraportti · Raportti · Yaran tapaustutkimus
Muita kaivostoimintaan liittyvää	· Vesijalanjälki · Hyvä kaivos pohjoisessa · Yhteiskuntatieteellinen kaivostutkimus Itä-Suomen yliopistossa · Teemasivu:Kaivostoiminnan vaikutusarviointi

Avainsanat

Kaivosteollisuus, mineraali

Viitteet

National Pollutant Inventory (NPI), 2011. Emission Estimation Technique Manual for Mining. V.3.0, June 2011. Australian Government, Department of Sustainability, Environment, Water, Population and Communities. http://www.npi.gov.au/publications/emission-estimation-technique/pubs/mining.pdf

Countess Environmental, 2006. WRAP Fugitive Dust Handbook. Western Governors’ Association, Denver, Colorado. 244 s. http://www.wrapair.org/forums/dejf/fdh/content/FDHandbook_Rev_06.pdf

Junttila, S.; Hartikainen, T.; Härmä, P.; Korhonen, K.; Suominen, V.; Tossavainen, A.; Pyy, L. 1994. Kuitumineraalien esiintyminen Suomen kalkkikivikaivoksissa ja kalliomurskelouhoksissa. . Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 127, 54 p.

Kauppila P., Räisänen, M. L. & Myllyoja, S. (toim.), 2011. Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt. Suomen ympäristö 29. Suomen ympäristökeskus, Helsinki. 213 s.

Nikkarinen, Maria; Aatos, Soile; Teräsvuori, Eeva 2001. Asbestin esiintyminen ja sen vaikutus ympäristöön Tuusniemellä, Outokummussa, Kaavilla ja Heinävedellä. Summary: Occurrences of asbestos minerals and their environmental impact in the area of municipalities of Tuusniemi, Outokumpu, Kaavi and Heinävesi, eastern Finland. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti 152, 41 p., 2 apps.

Sandvik Mining & Construction, 2010. Minimizing Dust Emissions at belt transfer Stations. http://www.bulk-solids-handling.com/safety_environment/emission_control/articles/262370/index.html

Junttila, S.; Hartikainen, T.; Härmä, P.; Korhonen, K.; Suominen, V.; Tossavainen, A.; Pyy, L. 1994. Kuitumineraalien esiintyminen Suomen kalkkikivikaivoksissa ja kalliomurskelouhoksissa. . Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti Geological Survey of Finland, Report of Investigation 127, 54 p.

Nikkarinen, Maria; Aatos, Soile; Teräsvuori, Eeva 2001. Asbestin esiintyminen ja sen vaikutus ympäristöön Tuusniemellä, Outokummussa, Kaavilla ja Heinävedellä. Summary: Occurrences of asbestos minerals and their environmental impact in the area of municipalities of Tuusniemi, Outokumpu, Kaavi and Heinävesi, eastern Finland. Geologian tutkimuskeskus, Tutkimusraportti Geological Survey of Finland, Report of Investigation 152, 41 p., 2 apps.