В горном деле хвосты или хвосты — это материалы, оставшиеся после процесса отделения ценной фракции от нерентабельной фракции ( пустой породы ) руды . Хвосты отличаются от вскрышных пород , которые представляют собой пустую породу или другой материал, который покрывает руду или минеральное тело и вытесняется во время добычи без обработки.
Извлечение минералов из руды может осуществляться двумя способами: россыпная добыча , при которой для концентрации ценных минералов используется вода и сила тяжести, или добыча твердых пород , при которой измельчается порода, содержащая руду, а затем используются химические реакции для концентрации искомых минералов. материал. В последнем случае извлечение минералов из руды требует измельчения , т.е. измельчения руды на мелкие частицы для облегчения извлечения целевого элемента(ов). Из-за такого измельчения хвосты состоят из суспензии мелких частиц размером от песчинки до нескольких микрометров. [1] Отходы шахт обычно производятся на обогатительной фабрике в виде шлама, который представляет собой смесь мелких минеральных частиц и воды. [2]
Хвосты, вероятно, являются опасными источниками токсичных химикатов, таких как тяжелые металлы , сульфиды и радиоактивные вещества. Эти химикаты особенно опасны при хранении в воде в прудах за хвостохранилищами . Эти пруды также уязвимы к серьезным прорывам или утечкам из плотин, что приводит к экологическим катастрофам , таким как катастрофа на горе Полли в Британской Колумбии . Из-за этих и других экологических проблем, таких как утечка грунтовых вод , токсичные выбросы и гибель птиц, хвостохранилища и пруды стали уделять больше внимания, особенно в странах первого мира, но первый стандарт ООН по управлению хвостохранилищами был установлен только в 2020 году. [3] ]
Существует широкий спектр методов восстановления экономической ценности, сдерживания или иного смягчения воздействия хвостохранилищ. Однако на международном уровне такая практика оставляет желать лучшего и иногда нарушает права человека.
Хвосты также называют шахтными отвалами , отвалами , шламами , отходами , остатками выщелачивания , сликенами или терраконусами (терриконами) .
Стоки хвостов добычи сульфидных полезных ископаемых были описаны как «крупнейший экологический ущерб горнодобывающей промышленности». [4] Эти хвосты содержат большое количество пирита (FeS 2 ) и сульфида железа (II) (FeS), которые отбраковываются из востребованных руд меди и никеля, а также угля. Несмотря на то, что под землей эти минералы безвредны, они реагируют с воздухом в присутствии микроорганизмов, которые, если с ними не обращаться должным образом, приводят к кислотному дренажу шахт .
По оценкам, в результате переработки фосфоритной руды для производства фосфорных удобрений ежегодно образуется от 100 до 280 миллионов тонн отходов фосфогипса . [5] Помимо того, что фосфогипс бесполезен и присутствует в изобилии, он радиоактивен из-за присутствия встречающихся в природе урана и тория , а также их дочерних изотопов . В зависимости от цен, достижимых на урановом рынке , извлечение содержащегося урана может быть экономически выгодным даже при отсутствии других стимулов, таких как снижение вреда, который радиоактивные тяжелые металлы наносят окружающей среде.
Бокситовые хвосты — это отходы, образующиеся при промышленном производстве алюминия . Обеспечить производство примерно 77 миллионов тонн в год — одна из наиболее существенных проблем для горнодобывающей промышленности алюминия. [6]
Красный шлам , который теперь чаще называют бокситовым остатком, представляет собой промышленные отходы , образующиеся при переработке боксита в глинозем с использованием процесса Байера . Он состоит из различных оксидных соединений, в том числе оксидов железа, которые придают ему красный цвет. Более 95% глинозема, производимого в мире, производится по технологии Байера; на каждую тонну произведенного глинозема также производится примерно от 1 до 1,5 тонн красного шлама. Годовое производство глинозема в 2020 году составило более 133 миллионов тонн, в результате чего было произведено более 175 миллионов тонн красного шлама. [7]
Из-за такого высокого уровня производства и высокой щелочности материала при неправильном хранении он может представлять значительную опасность для окружающей среды. В результате значительные усилия вкладываются в поиск более эффективных методов безопасного хранения и решения проблем, таких как повышение ценности отходов для создания полезных материалов для цемента и бетона . [8]
Реже этот материал также известен как бокситовые хвосты, красный шлам или остатки глиноземного завода.
Угольные отходы (также называемые угольными отходами, породой, шлаком, угольными отходами, отходами, каменной насыпью, штыбом, косточкой или комком [9] ) — это материал, оставшийся после добычи угля, обычно в виде отвалов хвостов или отвалов . На каждую тонну каменного угля, полученного в результате добычи, остается 400 кг (880 фунтов) отходов, включая некоторое количество потерянного угля, который частично экономически извлекаем. [10] Угольные отходы отличаются от побочных продуктов сжигания угля, таких как летучая зола .
Кучи угольных отходов могут иметь серьезные негативные последствия для окружающей среды, включая выщелачивание остатков железа, марганца и алюминия в водные пути и кислые шахтные дренажи . [11] Сток может привести к загрязнению как поверхностных, так и подземных вод. [12] Сваи также создают опасность пожара с возможностью самопроизвольного возгорания. Поскольку большая часть угольных отходов содержит токсичные компоненты, их нелегко утилизировать путем пересадки таких растений, как пляжные травы. [13] [14]
Плевок (сокращение от « битумный мусор » [15] ) содержит примерно в четыре раза больше токсичной ртути и серы, чем обычный уголь. [9] Штыб – это термин, обозначающий отходы антрацитового угля. [9]На ранних стадиях добычи полезных ископаемых часто не принимались адекватные меры для обеспечения экологической безопасности хвостохранилищ после закрытия. [16] [17] Современные шахты, особенно те, которые находятся в юрисдикциях с хорошо развитыми правилами добычи полезных ископаемых и которые эксплуатируются ответственными горнодобывающими компаниями, часто включают в свои затраты и деятельность реабилитацию и надлежащее закрытие хвостохранилищ. Например, провинция Квебек , Канада, требует не только представления плана закрытия до начала горнодобывающей деятельности, но и внесения финансовой гарантии, равной 100% предполагаемых затрат на восстановление. [18] Хвостохранилища часто являются наиболее серьезной экологической проблемой для горнодобывающего проекта. [19]
Хвосты шахт могут иметь экономическую ценность для связывания углерода из-за большой открытой поверхности минералов. [20]
Доля хвостов в руде может составлять от 90–98% для некоторых медных руд до 20–50% для других (менее ценных) полезных ископаемых. [21] Отбракованные минералы и горные породы, образующиеся в результате добычи и переработки, могут нанести ущерб окружающей среде, выделяя токсичные металлы (двумя основными виновниками являются мышьяк и ртуть), кислотный дренаж (обычно в результате микробного воздействия на сульфидные руды) или нанося ущерб водные животные, которым нужна чистая вода (по сравнению с суспензиями). [22]
Хвостохранилища также могут быть источником кислотных дренажей , что приводит к необходимости постоянного контроля и очистки воды, проходящей через хвостохранилище; стоимость очистки шахт обычно в 10 раз превышала оценки горнодобывающей промышленности, когда использовалась дренажная кислота. [23]
Самой большой опасностью хвостохранилищ является прорыв дамбы, при этом наиболее широко разрекламированным прорывом в США стал прорыв плотины угольной шлама во время наводнения в Буффало-Крик в Западной Вирджинии в 1972 году, в результате которого погибло 125 человек; Другие катастрофы включают экологическую катастрофу Ок-Теди в Новой Гвинее , которая уничтожила рыбный промысел реки Ок-Теди . В среднем в мире ежегодно происходит одна крупная авария на дамбе хвостохранилища. [23]
Другими катастрофами, вызванными прорывом дамбы хвостохранилища, являются разлив цианида в Бая-Маре в 2000 году и авария на глиноземном заводе в Айке . В 2015 году прорыв дамбы хвостохранилища железной руды на горнодобывающем комплексе Джермано в Минас-Жерайс, Бразилия, стал крупнейшей экологической катастрофой в стране. Прорыв плотины привел к гибели 19 человек из-за затопления хвостохранилищ вниз по течению и затронул около 400 км речной системы Досе с токсичными выбросами в Атлантический океан.
Хвостохранилища, как правило, расположены в сельской местности или вблизи маргинализированных сообществ, таких как коренные общины . Глобальный отраслевой стандарт по управлению хвостохранилищами рекомендует, чтобы «необходим процесс комплексной проверки прав человека для выявления и устранения тех, кто подвергается наибольшему риску со стороны хвостохранилища или его потенциального отказа». [24]
Исторически хвосты утилизировались наиболее удобным способом, например, в проточную воду или в канализацию . Из-за опасений по поводу этих отложений в воде и других проблем стали использоваться хвостохранилища. Задача устойчивого развития при обращении с хвостами и пустой породой состоит в том, чтобы утилизировать материал так, чтобы он был инертным или, если нет, стабильным и локализованным, минимизировать затраты воды и энергии, а также воздействие отходов на поверхность и двигаться к поиску альтернативных вариантов использования. . [22]
Эти дамбы, ограниченные водохранилищами (водохранилищем является плотина), обычно используют «местные материалы», включая сами хвостохранилища, и могут считаться насыпными дамбами . [1] Традиционно единственным вариантом хранения хвостов было хранение шлама из хвостохранилищ местными земляными материалами. [25] Эта суспензия представляет собой разбавленный поток твердых веществ хвостов в воде, который направляется в зону хранения хвостов. Современный проектировщик хвостохранилищ имеет широкий выбор продуктов для хвостохранилищ в зависимости от того, сколько воды удалено из пульпы перед ее сбросом. Для хвостохранилищ все чаще требуются специальные барьеры, такие как битумные геомембраны (БГМ), для удержания жидких шламов хвостов и предотвращения воздействия на окружающую среду. [26] Удаление воды не только может в некоторых случаях создать лучшую систему хранения (например, сухое складирование, см. ниже), но также может помочь в восстановлении воды, что является серьезной проблемой, поскольку многие шахты расположены в засушливых регионах. Однако в описании хвостохранилищ 1994 года Агентство по охране окружающей среды США заявило, что методы обезвоживания могут быть непомерно дорогими, за исключением особых обстоятельств. [1] Также использовалось подводное хранение хвостов. [1]
Хвостохранилища — это территории, на которых хранятся отходы горнодобывающей промышленности, где переносимые водой отходы закачиваются в пруд для осаждения (то есть отделения) твердых веществ от воды. Пруд обычно запружен дамбой и известен как хвостохранилище или хвостохранилище. [1] По оценкам, в 2000 году в мире насчитывалось около 3500 действующих хвостохранилищ. [19] Прудовая вода приносит определенную пользу, поскольку она сводит к минимуму перенос мелких отходов ветром в населенные районы, где токсичные химикаты могут быть потенциально опасны для здоровья человека; однако это также вредно для окружающей среды. Хвостохранилища часто представляют опасность, поскольку привлекают диких животных, таких как водоплавающих птиц или карибу, поскольку они кажутся естественными прудами, но они могут быть высокотоксичными и вредными для здоровья этих животных. Хвостохранилища используются для хранения отходов, образующихся в результате отделения полезных ископаемых от горных пород, или шламов, образующихся при добыче битуминозных песков. Хвосты иногда смешивают с другими материалами, такими как бентонит, для образования более густой суспензии, которая замедляет выброс попавшей воды в окружающую среду.
Существует много различных подмножеств этого метода, включая долинные водохранилища, кольцевые дамбы, внутрикарьерные водохранилища и специально вырытые ямы. [1] Наиболее распространенным является долинный пруд, который использует естественную топографическую депрессию в земле. [1] Можно построить большие земляные дамбы, а затем заполнить их хвостами. Истощенные карьеры могут быть заполнены хвостами. Во всех случаях, помимо других проблем, необходимо уделять должное внимание загрязнению нижележащего уровня грунтовых вод. Обезвоживание является важной частью прудового хранения, так как хвосты добавляются в хранилище, а вода удаляется – обычно путем слива в водоотстойные башни. Таким образом, удаленную воду можно повторно использовать в технологическом цикле. После того, как хранилище будет заполнено и завершено, поверхность можно покрыть верхним слоем почвы и начать восстановление растительности. Однако, если не будет использован метод непроницаемого перекрытия, воду, которая проникнет в хранилище, придется в дальнейшем постоянно откачивать.
Паста хвостохранилищ является модификацией традиционных методов утилизации хвостов (прудовое хранилище). Обычные шламы хвостов состоят из небольшого процента твердых частиц и относительно высокого содержания воды (обычно от 20% до 60% твердых веществ для большинства горных пород), и при попадании в хвостохранилище твердые вещества и жидкости разделяются. В пастообразных хвостах процент содержания твердых веществ в пульпе хвостов увеличивается за счет использования пастообразных загустителей для получения продукта, в котором происходит минимальное разделение воды и твердых веществ, а материал откладывается в хранилище в виде пасты (с консистенцией, напоминающей зубная паста). Преимущество пастообразных хвостов заключается в том, что на перерабатывающем заводе перерабатывается больше воды, и, следовательно, этот процесс более эффективен по воде, чем традиционные хвосты, и существует меньшая вероятность просачивания. Однако стоимость сгущения обычно выше, чем для обычных хвостов, и затраты на перекачку пасты также обычно выше, чем для обычных хвостов, поскольку для транспортировки хвостов с перерабатывающего завода в хранилище обычно требуются объемные насосы. Хвосты пасты используются в нескольких местах по всему миру, включая плотину Санрайз в Западной Австралии и золотой рудник Буланхулу в Танзании. [27]
Хвосты не обязательно хранить в прудах или отправлять в виде шлама в океаны, реки или ручьи. Все шире используется практика обезвоживания хвостов с использованием вакуумных или напорных фильтров, чтобы хвосты затем можно было штабелировать. [28] Это экономит воду, что потенциально снижает воздействие на окружающую среду с точки зрения снижения потенциальной скорости просачивания, используемого пространства, оставляет хвосты в плотном и стабильном расположении и устраняет долгосрочную ответственность, которую оставляют пруды после добычи полезных ископаемых. законченный. Однако, несмотря на потенциальные преимущества сухого складирования хвостов, эти системы часто являются непомерно дорогостоящими из-за увеличения капитальных затрат на приобретение и установку фильтрующих систем и увеличения эксплуатационных расходов (обычно связанных с потреблением электроэнергии и расходных материалов, таких как фильтровальная ткань) таких систем. [ нужна цитата ]
Хотя захоронение в отработанных карьерах, как правило, является простой операцией, захоронение в подземных пустотах является более сложной операцией. Распространенный современный подход заключается в смешивании определенного количества хвостов с заполнителем отходов и цементом с получением продукта, который можно использовать для засыпки подземных пустот и очистных забоев . Общий термин для этого — HDPF — паста высокой плотности. HDPF — более дорогой метод утилизации хвостов, чем хранение в пруду, однако он имеет много других преимуществ — не только экологических, но и может значительно повысить устойчивость подземных выработок, предоставляя возможность передачи напряжения грунта через пустоты — вместо необходимости проходить вокруг них, что может вызвать сейсмические явления, вызванные горными работами, подобные тем, которые произошли ранее при катастрофе на шахте Биконсфилд .
Обычно называется RTD – размещение речных хвостов. В большинстве сред, что не является особенно экологически безопасной практикой, в прошлом он широко использовался, что привело к такому впечатляющему экологическому ущербу, как нанесение компанией Mount Lyell Mining and Railway Company на Тасмании реке Кинг или отравлению на шахте Пангуна . на острове Бугенвиль , что привело к крупномасштабным гражданским беспорядкам на острове и, в конечном итоге, к окончательному закрытию рудника. [23]
По состоянию на 2005 год только три шахты, управляемые международными компаниями, продолжали использовать речное водоотведение: шахта Ок Теди , шахта Грасберг [23] и шахта Поргера , все на Новой Гвинее. Этот метод используется в таких случаях из-за сейсмической активности и опасности оползней, которые делают другие методы утилизации непрактичными и опасными.
Обычно называется STD (подводное захоронение хвостов) или DSTD (глубоководное захоронение хвостов). Хвосты можно транспортировать по трубопроводу, а затем выгружать, чтобы в конечном итоге опустить на глубину. Практически это не идеальный метод, поскольку непосредственная близость к недрам шельфа встречается редко. При использовании STD глубина разряда часто равна тому, что [ кем? ] неглубокие, и может привести к значительному повреждению морского дна из-за его покрытия отходами хвостохранилища. [29] Это также критично [ по мнению кого? ] для контроля плотности и температуры хвостового продукта, предотвращения его перемещения на большие расстояния или даже всплывания на поверхность.
Этот метод используется на золотом руднике на острове Лихир ; его утилизация отходов была рассмотрена экологами [ кто? ] как весьма вредный, в то время как владельцы утверждают, что он безвреден. [23]
Фитостабилизация — это форма фиторемедиации , в которой используются растения-гипераккумуляторы для долгосрочной стабилизации и сдерживания отходов путем связывания загрязняющих веществ в почве возле корней. Присутствие растения может уменьшить ветровую эрозию, а корни растения могут предотвратить водную эрозию, иммобилизовать металлы путем адсорбции или накопления и создать зону вокруг корней, где металлы могут осаждаться и стабилизироваться. Загрязнители становятся менее биодоступными, а воздействие на домашний скот, дикую природу и человека снижается. Этот подход может быть особенно полезен в засушливых условиях, подверженных воздействию ветра и воды. [30]
Продолжаются значительные усилия и исследования для открытия и совершенствования более эффективных методов утилизации отходов. Исследования на золотом руднике Поргера сосредоточены на разработке метода объединения продуктов хвостохранилища с крупнозернистой пустой породой и отработанными шламами для создания продукта, который можно хранить на поверхности в обычных отвалах или отвалах. Это позволит прекратить нынешнее использование речных сбросов. Предстоит проделать значительную работу. Однако совместное захоронение было успешно реализовано несколькими проектировщиками, включая AMEC , например, на шахте Элквью в Британской Колумбии.
При добыче нефти из нефтеносных песков также образуются хвосты, состоящие из воды, ила, глин и других растворителей. Это твердое вещество под действием силы тяжести превратится в зрелые мелкие хвосты. Фогт и др. (1985) подсчитали, что на миллилитр хвостохранилища приходится 10 3 анаэробных гетеротрофов и 10 4 сульфатредуцирующих прокариот , основываясь на традиционных методах наиболее вероятного подсчета. Фогт поставил эксперимент с двумя хвостохранилищами, и анализ архей , бактерий и газа, выделяющегося из хвостохранилищ, показал, что это были метаногены . По мере увеличения глубины количество выделившегося CH 4 действительно уменьшалось. [31]
Сиддик (2006, 2007) утверждает, что метаногены в хвостохранилище живут и размножаются путем анаэробного разложения, что приводит к снижению молекулярной массы от нафты до алифатических , ароматических углеводородов, диоксида углерода и метана. Эти археи и бактерии могут разлагать нафту, которая считалась отходами при переработке нефти. Оба этих испорченных продукта полезны. Алифатические, ароматические углеводороды и метан могут использоваться в качестве топлива в повседневной жизни человека. Другими словами, эти метаногены улучшают коэффициент использования. Более того, эти метаногены изменяют структуру хвостохранилища и помогают повторно использовать отходящие поровые воды для переработки нефтеносных песков. Поскольку археи и бактерии метаболизируют и выделяют пузырьки внутри хвостов, поровая вода может легко проходить через почву. Поскольку они ускоряют уплотнение зрелых мелких хвостов, хвостохранилища позволяют быстрее осаждать твердые частицы, что позволяет раньше утилизировать хвосты. Кроме того, воду, выделяющуюся из хвостов, можно использовать в процессе переработки нефти. Сокращение потребности в воде также может защитить окружающую среду от засухи. [32]
По мере совершенствования методов добычи полезных ископаемых и цен на полезные ископаемые нередко хвосты перерабатываются с использованием новых методов или более тщательно с использованием старых методов для извлечения дополнительных полезных ископаемых. Обширные хвостохранилища Калгурли /Боулдер в Западной Австралии были прибыльно переработаны в 1990-х годах компанией KalTails Mining. [33]
Установка под названием «Перерабатывающий завод ПЭТ4К» в течение последних 20 лет использовалась во многих странах для восстановления загрязненных хвостохранилищ. [34]
ООН и бизнес-сообщество разработали международный стандарт управления хвостохранилищами в 2020 году после критического разрушения плотины Брумадинью . [3] Программа была организована Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Международным советом по горнодобывающей промышленности и металлам (ICMM) и Принципами ответственного инвестирования . [3]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)