Metallimalmin hihnakuljetuksen pölypäästöt

Edistymisluokitus
Opasnetissa lukuisat sivut ovat työn alla eri vaiheissa. Niiden tietosisältöön pitää siis suhtautua harkiten. Tämän sivun sisällön edistyminen on arvioitu: Tämä sivu on täysluonnos Sivu on kirjoitettu kertaalleen alusta loppuun eli kaikki olennaiset sisällöt ovat jo paikoillaan. Kuitenkaan sisältöjä ei ole vielä kunnolla tarkistettu, ja esimerkiksi tärkeitä viitteitä voi puuttua.

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi2825
Moderaattori:Marjo (katso kaikki) Sivun edistymistä ei ole arvioitu. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi2825}} Huom! Käytät vanhoja parametreja (todennäköisesti stub). Käytä mieluummin parametria edistyminen = Raakile.

Kysymys

Miten lasketaan metallimalmin hihnakuljetuksen pölypäästöt?

Vastaus

TODO: {{#todo:Taulukko kuuluu dataan ja se pitäisi halkaista kahdeksi taulukoksi: päästökerroin ja läpipääsykerroin, jolloin joutavat sarakkeet voi poistaa. Sen lisäksi rcode pitäisi päivittää vastaamaan uusinta ajattelua aiheesta. Myös sisältö sivulta Loppuraportti hihnakuljetus pitäisi siirtää tänne. --Jouni Tuomisto 25. helmikuuta 2013 kello 16.27 (EET)||Minera}}

Johdanto

Hihnakuljetuksessa syntyy pölypäästöjä hihnalle lastaamisesta, materiaalin ohjaimista, hihnan ohjainpyöristä sekä hihnalta purkamisesta (Mody & Jakhete, 1987). Pölypäästöjen lähteet voidaan jakaa kahteen kategoriaan; prosessilähteisiin, joista pöly voidaan kerätä talteen ja karkaavan pölyn lähteisiin, joista pöly voi lähteä liikkeelle tuulen tai koneiden tärinän ja liikkeen vaikutuksesta (US EPA 2009). Prosessilähteiden päästöjä tulee pitää karkaavan pölyn lähteen päästöinä jos lähdettä ei ole tuuletettu letkusuodatuskammioon tai suljettu tuuletettuun koteloon (US EPA 2009). Päästöihin vaikuttavat raekoko ja materiaalin koostumus, kosteus, käsitelty materiaalin määrä, laitteisto ja niiden suojarakenteet, laitteiden käyttö, maaston muodot sekä ilmastotekijät (US EPA 2009). Suojarakenteettomia hihnakuljettimia pidetään pääsääntöisesti karkaavan pölyn lähteinä.

Materiaalin kosteudella on suuri vaikutus pölypäästöihin. Tästä syystä sekä yllä mainittujen vaikuttavien tekijöiden suuren määrän johdosta ei yksiselitteisiä päästökertoimia eri tekijöiden yhdistelmille pystytä antamaan (US EPA 2009). Suurin osa pölypäästöistä tapahtuu kuljettimen lastaamisessa, vaihtamisessa ja purkamisessa, joten päästökertoimet (Taulukko 1.) on annettu näissä kohdissa tapahtuville päästöille, kuivalle ja kastellulle materiaalille erikseen (US EPA 2009). Lisäksi Taulukossa 2 on annettu pölyn läpipäästökertoimia eri teknisille pölynvähennysmenetelmille. Päästökertoimet on laskettu kalkkikivi ja graniittikaivoksista saadun aineiston perusteella (US EPA 2009). Näiden tuloksien ajatellaan edustavan myös muiden kiteisten kivilajien hihnakuljetuksesta syntyviä päästöjä.

Materiaalin kosteuden lisäksi teknisin keinoin voidaan rajoittaa pölypäästöjen syntymistä ja leviämistä. Tällaisia keinoja ovat mm. kuljettimien kotelointi, pölyverhot, hihnan puhdistimet ja elektrostaattiset suodattimet (Mody & Jakhete 1987, Sandvik Mining & Construction 2010). Elektrostaattisilla systeemeillä voidaan poistaa ilmasta 87-92% syntyvästä pölystä (Sandvik Mining & Construction 2010). Lisäksi hihnan oikeanlainen lastaaminen ja lastauksessa käytetty suojaus vähentää pölyn muodostumista, kun taas hihnan käyttäminen ylikapasiteetilla lisää pölypäästöjä(Mody & Jakhete 1987).

Tässä tarkastelussa on käytetty kiviainesteollisuuden päästökertoimia metallikaivostoiminnan kertoimien sijasta. Tämä on perusteltua suomalaisissa kaivoksissa, joissa louhittava kivi usein on kovaa kiteistä kiveä (Sinclair, Knight & Merz 2005).

Päästöjen ja päästöjen vähentämisen laskeminen

Alla esitetyt kaava, malli ja päästökertoimet pätevät murskatulle kovalle kiteiselle kivelle, kuten graniitille ja marmorille (US EPA 2009). Päästökertoimet on annettu erikseen kuivalle ainekselle (alkuperäisessä aineistossa vesipitoisuus 0,21-1,3% tai alle) ja kastellulle materiaalille (alkuperäisessä aineistossa vesipitoisuus 0,55-2,88% tai yli) (US EPA 2009). Pölypäästön massa vuorokautta kohden tulee laskea erikseen jokaisessa hinhan lastaus, vaihto ja purkupisteessä. Laskettu pölypäästön massa on hallitsemattomalle päästölle.

Hihnakuljetuksen pölypäästö vuorokautta kohden lasketaan kaavalla:

E=m*t*EF*L

jossa:

E = Päästön massa vuorokaudessa (kg/d) (hallitsematon)
m = Hihnakuljettimelle lastatun materiaalin massa tuntia kohden (t/h)
t = Työtunnit vuorokaudessa
EF = Päästökerroin (kg/t) 
L = Hihnan lastauskerrat

Ylläolevaa kaavaa voi käyttää hihnakuljetusjärjestelmille, joissa kaikissa hihnanlastauspisteissä materiaali on samassa kosteudessa ja sen massa pysyy samana. Ajoneuvoon lastaaminen lasketaan myös ylläolevalla kaavalla ja lisätään päästön kokonaismassaan. Jos hihnan eri lastauksissa materiaalin kosteus tai massa vaihtelevat tulee käyttää alla olevaa kaavaa jokaiselle hihnan vaihdolle:

E=m1*t1*EF+m2*t2*EF...mn*tn*EF

jossa: 
E = Päästön massa vuorokaudessa (kg/d) (hallitsematon)
m1-mn = Hihnakuljettimelle lastatun materiaalin massa kussakin hihnanlastauspisteessä tuntia kohden (t/h)
t1-tn = Työtunnit vuorokaudessa kussakin hihnanlastauspisteessä
EF = Päästökerroin (kg/t) 

Lähde	TPM	PM-10	PM-2,5
Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto
Kuiva materiaali	0,0015	0,00055	ND
Materiaalin kastelu	0,00007	2,3x10-5	6,5x10-6
Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen
Kuiva materiaali	ND	5,0x10-5	ND

Taulukko 1. Murskatun kiven päästökertoimia hihnakuljetuksessa (kg/t, TPM=Total Particulate Matter, ND=No Data)(US EPA, 2009). Kuivalla materiaalilla kosteusprosentti vaihtelee välillä 0,21-1,3% ja materiaalin kastelussa välillä 0,55-2,88%.

Pölypäästöjen vähentäminen

Alla olevassa taulukossa on teknisiä menetelmiä pölypäästöjen hallitsemiseksi sekä niiden läpipäästökertoimia.

Päästövähennys lasketaan hallitsemattomasta pölypäästöstä kaavalla:

Eh=E*C1*C2...*Cn (kaikissa hihnan lastauksissa on sama kosteusprosentti, massa tai samat pölypäästöjen vähentämismenetelmät)

jossa:

Eh = päästön massa (kg, hallittu)

E = päästön massa (hallitsematon)

C1-Cn = pölypäästöjen vähentämisen tehokkuuskertoimet kullekin käytetylle menetelmälle

tai

  Eh=E1*C1*C2...*Cn+E2*C1*C2...*Cn...+En*C1*C2...*Cn (kosteusprosentti, massa tai pölypäästöjen vähentämismenetelmät vaihtelevat hihnan lastauspisteissä) 

jossa:

Eh = päästön massa (kg, hallittu)

E1-En = päästön massa kussakin hihnanlastauspisteessä (hallitsematon)

C1-Cn = pölypäästöjen vähentämisen tehokkuuskertoimet kullekin käytetylle menetelmälle.

Hallintamenetelmä	Pölyn läpipäästökerroin
Tuulensuojamuuri	0,7
Materiaalin kastelu	0,5
Hihnan kotelointi, sykloni	0,35
Hihnan kotelointi, harjaus	0,25
Hihnan kotelointi, kangassuodattimet	0,17
suljettu tai maanalainen	0
Sähköstaattinen suodatus (Sandvik Mining & Construction 2010)	0,13-0,08

Taulukko 2. Teknisiä menetelmiä pölypäästöjen hallitsemiseksi sekä niiden läpipäästökertoimia (National Pollutant Inventory (NPI), 2011).

Ero sivun ”Metallimalmin hihnakuljetuksen pölypäästöt” versioiden välillä(kg/ton, -)

Obs	Suure	Yksikkö	Kosteus	Hiukkaskoko	Prosessi	Arvo
1	Päästökerroin	kg /ton	Kuiva	PM10	Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto	0.00055
2	Päästökerroin	kg /ton	Kuiva	PM2.5	Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto	0
3	Päästökerroin	kg /ton	Kostea	TSP	Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto	0.00007
4	Päästökerroin	kg /ton	Kostea	PM10	Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto	0.000023
5	Päästökerroin	kg /ton	Kostea	PM2.5	Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto	0.0000065
6	Päästökerroin	kg /ton	Kuiva	TSP	Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen	0
7	Päästökerroin	kg /ton	Kuiva	PM10	Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen	0.00055
8	Päästökerroin	kg /ton	Kuiva	PM2.5	Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen	0
9	Päästökerroin	kg /ton	Kostea	PM2.5	Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen	0
10	Läpipääsykerroin	-	*	*	Tuulensuojamuuri	0.7
11	Läpipääsykerroin	-	*	*	Materiaalin kastelu	0.5
12	Läpipääsykerroin	-	*	*	Hihnan kotelointi, sykloni	0.35
13	Läpipääsykerroin	-	*	*	Hihnan kotelointi, harjaus	0.25
14	Läpipääsykerroin	-	*	*	Hihnan kotelointi, kangassuodattimet	0.17
15	Läpipääsykerroin	-	*	*	suljettu tai maanalainen	0
16	Läpipääsykerroin	-	*	*	Sähköstaattinen suodatus	0.13 - 0.08

Huom! materiaalin kastelun vähennys on käytössä myös kostealle materiaalille. Tällä tarkoitetaan jatkuvaa kastelua, jolloin materiaali ei pääse kuivamaan missään vaiheessa. Tämä pätee myös murskauksen osalta.

Huom2! Päästökerroin nollat tarkoittavat, ettei tietoa ole käytössä. Kunhan epävarmuusjakaumat saadaan toimimaan, voidaan antaa jakauma.

Esimerkki laskenta

Kuinka monta tonnia syötettä kulkee kuljettimen läpi tunnissa?: Montako tuntia prosessia ajetaan päivässä?: Mikä kuljetusprosessi on käytössä?: Hihnalle lastaaminen ja hihnan vaihto Hihnalta ajoneuvoon lastaaminen Montako lastausta prosessiin kuuluu?: 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(xtable) Fetch2(data.frame(Name = 'MetMalHihPol' , Key = "Sz4hFo3m3QL8DsqW")) temp <- EvalOutput(MetMalHihPol) cat(paste("Pölypäästöt (kg/d) prosessista, kun prosessoidaan ", HiHM * HiHA, " tonnia päivässä.\n", sep="")) out <- temp@output print(xtable(out), type = 'html') print(xtable(as.data.frame(as.table(tapply(out$MetMalHihPolResult, out$Hiukkaskoko, sum)))), type = 'html')

R-koodi

+ Näytä koodi- Piilota koodi library(OpasnetUtils) library(xtable) riippuvuudet <- data.frame( Name = c("HiHM", "HiHA", "HiHprosessi", "HiHkosteus", "HiHvaimennus") ) funktio <- function(dependencies, ...) { data <- op_baseGetData("opasnet_base", "Op_fi2825") # Haetaan päästökerrointiedot data <- tidy(data) # Siistitään data out <- data[data$Suure == "Päästökerroin", c("Kosteus", "Hiukkaskoko", "Prosessi", "Result")] # Valitaan päästökerroinrivit temp <- data.frame(Kosteus = c("Kuiva", "Kostea"), Kosteus2 = "*") temp <- merge(out, temp, by.x = "Kosteus", by.y = "Kosteus2")[, -1] # Korvataan villikortit oikeilla arvoilla out <- rbind(out[out$Kosteus != "*", ], temp) out <- merge(out, data.frame(Kosteus = HiHkosteus, Prosessi = HiHprosessi)) # Rajataan käyttäjän määrittämiin prosesseihin. if(class(HiHvaimennus)!="list") { HiHvaimennus <- list(HiHvaimennus) } vaim <- 1 for(i in 1:length(HiHvaimennus)) { vaim[i] <- exp(sum(log(as.numeric(data[data$Suure == "Läpipääsykerroin" & data$Prosessi %in% HiHvaimennus[[i]], "Result"])))) } out$Result <- as.numeric(out$Result) * HiHM * HiHA * vaim # Varsinainen laskentakaava out <- dropall(out) # Tiputetaan turhat levelit return(out) } MetMalHihPol <- new("ovariable", name = "MetMalHihPol", dependencies = riippuvuudet, formula = funktio ) objects.put(MetMalHihPol)

<math> Paasto = M * A * p_k * \Pi_j v_j </math>

jossa
Paasto = prosessin tuottama pölypäästö
M = aktiviteetin määrä tunnissa,
A = työtuntien määrä,
p = päästökerroin prosessille malmin kosteudella k,
v = vaimennuskerroin vaimennusprosessille j.

Perustelut

• Päästölähteet: Hihnakuljetus (suojattu sivu)
• Hihnakuljetus (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

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

Mody, V. & Jakhete, R. 1987. Dust Control Handbook for Mineral Processing. Martin Marietta Corporation and Marcom Associates, Inc., U.S Department of the Interior, Bureau of Mines. Final contract report J0235005, OFR 2-88, NTIS PB88-159108, 1987 Feb; :220 pp. http://www.osha.gov/dsg/topics/silicacrystalline/dust/dust_control_handbook.html

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

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

US EPA, 2009. AP 42, Fifth Edition. Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Volume 1: Mineral Products Industry. Chapter 11.19.2 Crushed Stone Processing and Pulverized Mineral Processing. http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch11/final/c11s1902.pdf

Aiheeseen liittyviä tiedostoja

<mfanonymousfilelist></mfanonymousfilelist>