Loppuraportti murskaus
Johdanto
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.
Pölypäästöjen laskeminen
Kuva 1. Kaaviokuva murskauksen aiheuttamista hiukkaspäästöistä
| 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 |
Taulukko 1. Murskausvaihekohtainen hiukkaspäästökerroin kahdessa eri kosteuspitoisuudessa kokonais- (TSP) ja hengitettäville hiukkasille (PM10) (kg/ton, Countess Environmental, 2006)
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
| 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 (Sandvik Mining and construction, 2010) | 0,13-0,08 |
Taulukko 2. Teknisiä menetelmiä pölypäästöjen hallitsemiseksi sekä niiden läpipäästökertoimia (National Pollutant Inventory (NPI), 2011).
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
Lähteet
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