Louhinnan päästöt

Tämä sivu on siirretty sivulta [1]

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

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi3352
Moderaattori:Tkauppil (katso kaikki) Sivun edistyminen: Luonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi3352}}

Kysymys

Kuinka arvioidaan louhinnan, erityisesti räjäytysten ja porausten, aiheuttamat mineraalipölypäästöt?

Vastaus

Louhinnan pölypäästöt

Räjäytyksen pölypäästöä voidaan arvioida kolmella tavalla:

• Räjäytettävän pinta-alan perusteella
• Pinta-alan + räjäytysreikien syvyyden perusteella
• Käytetyn räjähdysainemäärän perusteella

Räjäytyksen hiukkaspäästöt

Räjäytettävän pinta-alan perusteella

E = 344*A^0.8 /(M^1.9*D^1.8 ) kg/räjäytys

Jossa:

• A = räjäytettävä ala(m²)
• M = räjäytettävän kiven kosteus (%, 'vapaa', ilmakuivattu kosteus)
• D = räjäytysreikien syvyys (m).

Yksinkertaistettu arviointitapa on: E = 0,00022*A^1,5 (kg/kertaräjäytys)

Kyseessä olevat arvot ovat kokonaisleijuma-arvoja (TSP) ja PM10 on tästä n. 52% (kerroin 0,52). Jos sovelletaan hiukkaskokosuhteita alla olevan räjähdysaineen määrään perustuvan hiukkaspäästön mukaisesti, PM_2,5 on noin 5 % TSP:stä.

Lähde:US EPA AP-42 -arvoja lähteestä: NPI Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver. 2.3, 2001.

Huom. Vuonna 2005 julkaistiin Sinclair, Knight & Merz (SKM) -yhtiön tekemä selvitys Australian NPI-ohjeen (National Pollutant Inventory) päästökertoimista. Sen mukaan yllä esitetty pinta-alan ja kiven kosteuden huomioiva laskentatapa on alun perin kehitetty hiilikaivoksille ja niiden sivukivelle ja sitä on suositeltu niille vuoteen 1998 asti (SKM 2005). Mallia testattiin myös muille, kovemmille kivilajeille ja mallin sanottiin ennustavan myös niiden tulokset riittävän hyvin, mutta SKM (2005) mukaan ero voi olla jopa 30 kertainen. Esim. graniitin räjäyttäminen pölyää selvästi enemmän kuin malli ennustaa. Uusimmassa NPI-ohjeistuksessa laskutapa on kuitenkin säilytetty.

US EPA:n AP-42 'Western Surface Coal Mines' sisältää myös laskentakaavan, joka perustuu kerralla räjäytettävään pinta-alaan ja räjäytysten määrään vuodessa (max 21 m syvät räjäytykset). Tämän laskentakaavan luotettavuusarvio on 'heikko' ja tarkoitetun kaltaisten kaivosten kivilajit poikkeavat suomalaisista.

E=k*N*0,0005*A^1,5, jossa

• E = hiukkasemissio (paunaa/vuosi)
• k = hiukkaskokokerroin (TSP = 1, PM10 = 0,52 ja PM2,5 = 0,52)
• N = räjäytyksiä vuodessa
• A = tyypillisen räjäytyksen pinta-ala (vaakasuora kenttä, neliöjalkaa)

Edellä esitetyn perusteella suositeltavin tapa arvioida räjäytyksen pölypäästöä on:

E = 0,00022*A1,5 (kg/kertaräjäytys),jossa 
A = kerralla räjäytettävä vaakasuoran kentän pinta-ala (m2; enintään 9600 m2)

Käytetyn räjähdysainemäärän perusteella

Lähde 'NPI Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges 1999' sisältää hiukkaskokokohtaiset arviot räjäytysten hiukkaspäästöille räjähdysainetonnia kohden:

0-2.5µm 5.1 kg/t
2.5-15µm 46.0 kg/t
15-30µm 49.9 kg/t

Uudemmassa versiossa (2012) ei ole ilmoitettu 15-30 µm arvoa lainkaan. Näiden päästökertoimien laatuluokitus on "U", unrated.

Louhittavan materiaalin määrän perusteella

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries esittää päästökertoimet, jotka perustuvat räjäyttämällä irrotettavan kiven määrään (kg/t irrotettua kiveä). "Irrotettava" tarkoittaa riittävää löyhdyttämistä, jotta aines voidaan siirtää tai ottaa edelleen käsiteltäväksi.

E(TSP)   = 0,8 kg/t
E(PM10)  = 0,04 kg/t
E(PM2.5) = 0,04 kg/t

Porauksen pölypäästöt

Chakraborty et al. (2002) esittävät empiirisen yhtälön (pääasiassa sedimenttikivien) porauksen pölypäästölle (g/s). Yhtälöitä laadittaessa käytettiin dataa seitsemästä hiilikaivoksesta ja kolmesta rautakaivoksesta Intiassa. Mallin validoinnissa käytettiin yhtä kaivoskohdetta.

E = 0.0325[{(100−m)su} /{(100−s) m}]^0.1(df)^0.3

Jossa: m = kosteuspitoisuus (%); s = silttipitoisuus (%); u = tuulen nopeus (m/s); d = reiän halkaisija (mm) ja f = reikien lukumäärä päivässä.

Kuten laskentakaavasta näkyy, yhtälö on tarkoitettu huonosti konsolidoituneille materiaaleille ja sedimenttikiville, eikä todennäköisesti sovellu suomalaisiin kiteisiin kiviin sovellettavaksi.

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) Emissions Inventory Guidance Mineral Handling and Processing Industries on määritellyt keskimääräisen räjäytysreikien poraamisen aiheuttaman pölypäästön räjäytysreikien määrän perusteella seuraavasti:

*TSP Ef = 0.59 kg/räjäytysreikä
*PM10 Ef = 0.31 kg/räjäytysreikä
*PM2.5 Ef = 0.31 kg/räjäytysreikä

Tämänkin arviointitavan alkuperä on US EPA AP-42 (§11.9, Overburden Drilling, Western Surface Coal Mines) eikä se ota huomioon esimerkiksi reikien syvyyttä ja halkaisijaa tai kivilajia. Lisäksi PM10 ja PM2.5 arvioiden summa on suurempi kuin TSP-arvio. Paremman arviointimenetelmän puuttuessa em. päästökertoimien käyttö on kuitenkin suositeltavaa.

Porauksen pölyn hiukkaskokojakauma

Güyagüler (1991) tutki porauksen pölypäästön hiukkaskokojakaumaa sedimenttikivissä. Testatuista kivistä neljä oli hiekkakiviä, kaksi savikiviä ja yksi konglomeraatti. Kaikista syntynyt porauspölyn hiukkaskokojakauma oli hyvin saman kaltainen ja hiukkaskoon geometrinen keskiarvo oli 0.89 - 0.95 µm. Suurin osa pölystä oli hiukkaskooltaan 0,5 - 1,75 µm ja alle 2,5 µm ainesta oli 87 - 89,5 %.

Pölyn määrä vaihteli myös kivilajeittain siten, että konglomeraatin poraamisesta syntyi eniten pölyä, sitten savikivien ja vähiten hiekkakiven poraamisesta.

Viitteet

Chakraborty, M.K., Ahmad, M., Singh, R.S., Pal, D., Bandopadhyay, C. & Chaulya, S.K. 2002. Determination of the emission rate from various opencast mining operations. Environmental Modelling & Software 17: 467-480.

Güyagüler, T. 1991. Size distribution of airborne dust produced by the drilling process. Mining Science and Technology 13, 389-394.

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District, 2000. Emissions Inventory Guidance, Mineral Handling and Processing Industries. 31 p.

National Pollutant Inventory (NPI) 1999. Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges. Commonwealth of Australia, Canberra.

National Pollutant Inventory (NPI) 2012. Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges. Commonwealth of Australia, Canberra, 22p.

National Pollutant Inventory (NPI) 2001. Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver. 2.3, Commonwealth of Australia, Canberra.

National Pollutant Inventory (NPI) 2011. Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver. 3.0, Commonwealth of Australia, Canberra, 69 p.

Sinclair, Knight & Merz (SKM) 2005. Improvement of NPI Fugitive Particulate Matter Emission Estimation Techniques. Adelaide, Australia. 95 p.

Western Regional Air Partnership (WRAP) 2006. WRAP Fugitive Dust Handbook. Western Governors' Association, Denver, Colorado.

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>

Louhinnan pölypäästöjen arviointi

Louhinnan aiheuttamien mineraalipölypäästöjen arviointi keskittyy louhintaräjäytysten aiheuttamaan pölyvaikutukseen ja räjäytyskentän valmisteluun liittyvän kallion porauksen pölyvaikutuksiin. Louhintatavasta riippuen olisi hyvä tarpeen mukaan arvioida myös syntyneen louheen rikotuksen aiheuttama pölyvaikutus, mutta sille ei ole löytynyt julkaistuja päästöarviointimenetelmiä. Rikotus saattaa myös olla varsin pieni mineraalipölyn lähde.

Räjäytyksen pölypäästön arviointi

Räjäytyksen pölypäästöjen arviointimenetelmät perustuvat kolmeen eri muuttujaan: kerralla räjäytettävä vaakasuora pinta-ala, räjäytysreikien syvyys tai käytetty räjähdysainemäärä.Commonwealth of Australia (2001) esittää alun perin USEPA AP-42 laskentatavan räjäytyspölyn laskennalle:

E = 344*A0.8 /(M1.9*D1.8 ) kg/räjäytys

jossa:
A = räjäytettävä ala(m2)
M = räjäytettävän kiven kosteus (%, 'vapaa', ilmakuivattu kosteus)
D = räjäytysreikien syvyys (m).

Kyseessä olevat arvot ovat kokonaisleijuma-arvoja (TSP) ja PM10 on tästä n. 52% (kerroin 0,52). Laskentamenetelmän yhteydessä ei ole esitetty PM2.5 laskentaa, mutta jos sovelletaan hiukkaskokosuhteita alla olevan räjähdysaineen määrään perustuvan hiukkaspäästön mukaisesti, PM_2,5 on noin 5 % TSP:stä (Commonwealth of Australia 1999).

Vuonna 2005 julkaistiin Sinclair, Knight & Merz (SKM) -yhtiön tekemä selvitys Australian NPI-ohjeen (National Pollutant Inventory) päästökertoimista (SKM 2005). Sen mukaan yllä esitetty pinta-alan ja kiven kosteuden huomioiva laskentatapa on alun perin kehitetty hiilikaivoksille ja niiden sivukivelle ja sitä on suositeltu niille vuoteen 1998 asti (SKM 2005). Mallia testattiin myös muille, kovemmille kivilajeille ja mallin sanottiin ennustavan myös niiden tulokset riittävän hyvin, mutta SKM (2005) mukaan ero voi olla jopa 30 kertainen. Esim. graniitin räjäyttäminen pölyää selvästi enemmän kuin malli ennustaa. Uusimmassa NPI-ohjeistuksessa laskutapa on kuitenkin säilytetty (Commonwealth of Australia 2011).

US EPA:n AP-42 'Western Surface Coal Mines' sisältää myös laskentakaavan, joka perustuu kerralla räjäytettävään pinta-alaan ja räjäytysten määrään vuodessa (max 21 m syvät räjäytykset). Tämän laskentakaavan luotettavuusarvio on 'heikko' ja tarkoitetun kaltaisten kaivosten kivilajit poikkeavat suomalaisista.

E=k*N*0,0005*A^1,5, jossa

• E = hiukkasemissio (paunaa/vuosi)
• k = hiukkaskokokerroin (TSP = 1, PM10 = 0,52 ja PM2,5 = 0,03)
• N = räjäytyksiä vuodessa
• A = tyypillisen räjäytyksen pinta-ala (vaakasuora kenttä, neliöjalkaa)

SKM (2005) ja em. arviointitapojen alkuperäisen käyttötarkoituksen perusteella suositeltavin tapa arvioida räjäytysten pölymäärää on Commonwealth of Australia (2001) esittämä, alun perin USEPA AP-42:ssa esitetty yksinkertaistettu, räjäytettävän rintauksen vaakasuoraan pinta-alaan perustuva menetelmä. Se perustuu AP-42 kenttäaineiston uudelleenarviointiin (USEPA 1998).

E = 0,00022*A1,5 (kg/kertaräjäytys),jossa 
A = kerralla räjäytettävä vaakasuoran kentän pinta-ala (m2; enintään 9600 m2)

Kaava on kokonaisleijumalle (TSP) ja PM10 sekä PM2.5 saadaan kertoimilla 0,52 ja 0,03 (TSP:stä).

Edellä kuvatun yhtälön perusteella laskettu maksimipölypäästö kertaräjäytyksestä (9600 m² rintaus) on n. 207 kg. Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) esittää päästökertoimet, jotka perustuvat räjäyttämällä irrotettavan kiven määrään (kg/t irrotettua kiveä). "Irrotettava" tarkoittaa riittävää löyhdyttämistä, jotta aines voidaan siirtää tai ottaa edelleen käsiteltäväksi. Näiden kertoimien perusteella laskettu hiukkaspäästö on huomattavasti edellä esitettyä suurempi tyypillisen pengerlouhinnan rintauksien korkeus huomioiden.

E(TSP)   = 0,8 kg/t
E(PM10)  = 0,04 kg/t
E(PM2.5) = 0,04 kg/t

Commonwealth of Australia (1999) (NPI Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges) esittää hiukkaskokokohtaiset arviot räjäytysten hiukkaspäästöille räjähdysainetonnia kohden. Oppaan uudemmassa versiossa (Commonwealth of Australia 2012) ei ole ilmoitettu 15-30 µm arvoa lainkaan. Näiden päästökertoimien laatuluokitus on "U", unrated.

0-2.5µm 5.1 kg/t
2.5-15µm 46.0 kg/t
15-30µm 49.9 kg/t

Porauksen pölypäästöt

Räjäytyskenttien valmisteluun liittyvän porauksen pölypäästön arviointiin on tarjolla menetelmiä lähinnä hiilikaivoksille ja sedimenttikivien poraukseen. Chakraborty et al. (2002) esittävät empiirisen yhtälön (pääasiassa sedimenttikivien) porauksen pölypäästölle (g/s). Yhtälöitä laadittaessa käytettiin dataa seitsemästä hiilikaivoksesta ja kolmesta rautakaivoksesta Intiassa. Mallin validoinnissa käytettiin yhtä kaivoskohdetta.

E = 0.0325[{(100−m)su} /{(100−s) m}]^0.1(df)^0.3

Jossa: m = kosteuspitoisuus (%); s = silttipitoisuus (%); u = tuulen nopeus (m/s); d = reiän halkaisija (mm) ja f = reikien lukumäärä päivässä.

Kuten laskentakaavasta näkyy, yhtälö on tarkoitettu huonosti konsolidoituneille materiaaleille ja sedimenttikiville, eikä todennäköisesti sovellu suomalaisiin kiteisiin kiviin sovellettavaksi.

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District (2000) on määritellyt keskimääräisen räjäytysreikien poraamisen aiheuttaman pölypäästön räjäytysreikien määrän perusteella seuraavasti:

TSP Ef = 0.59 kg/räjäytysreikä
PM10 Ef = 0.31 kg/räjäytysreikä
PM2.5 Ef = 0.31 kg/räjäytysreikä

Tämänkin arviointitavan alkuperä on US EPA AP-42 (Chapter 11.9, Overburden Drilling, Western Surface Coal Mines) eikä se ota huomioon esimerkiksi reikien syvyyttä ja halkaisijaa tai kivilajia. Lisäksi PM10 ja PM2.5 arvioiden summa on suurempi kuin TSP-arvio. Paremman arviointimenetelmän puuttuessa em. päästökertoimien käyttö on kuitenkin suositeltavaa.

Lähteet

Chakraborty, M.K., Ahmad, M., Singh, R.S., Pal, D., Bandopadhyay, C. & Chaulya, S.K. 2002. Determination of the emission rate from various opencast mining operations. Environmental Modelling & Software 17: 467-480.

Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District, 2000. Emissions Inventory Guidance, Mineral Handling and Processing Industries. 31 p.

Commonwealth of Australia 1999. National Pollutant Inventory (NPI), Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges. Commonwealth of Australia, Canberra.

Commonwealth of Australia 2012. National Pollutant Inventory (NPI), Emission Estimation Technique Manual for Explosives Detonation and Firing Ranges. Commonwealth of Australia, Canberra, 22p.

Commonwealth of Australia 2001. National Pollutant Inventory (NPI), Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver. 2.3, Commonwealth of Australia, Canberra.

Commonwealth of Australia 2011. National Pollutant Inventory (NPI), Emission Estimation Technique Manual for Mining, ver. 3.0, Commonwealth of Australia, Canberra, 69 p.

SKM 2005. Improvement of NPI Fugitive Particulate Matter Emission Estimation Techniques. Sinclair, Knight & Merz, Adelaide, Australia. 95 p.