В горнодобывающей промышленности хвосты или отвалы представляют собой материалы, остающиеся после процесса отделения ценной фракции от неэкономичной фракции ( пустой породы ) руды . Хвосты отличаются от вскрыши , которая представляет собой пустую породу или другой материал, который залегает над рудным или минеральным телом и смещается во время добычи без обработки.
Извлечение минералов из руды может осуществляться двумя способами: россыпная добыча , которая использует воду и гравитацию для концентрации ценных минералов, или добыча твердых пород , которая измельчает породу, содержащую руду, а затем полагается на химические реакции для концентрации искомого материала. В последнем случае извлечение минералов из руды требует измельчения , т. е. измельчения руды на мелкие частицы для облегчения извлечения целевого элемента(ов). Из-за этого измельчения хвосты состоят из пульпы мелких частиц, размером от песчинки до нескольких микрометров. [1] Шахтные хвосты обычно производятся из мельницы в виде пульпы, которая представляет собой смесь мелких минеральных частиц и воды. [2]
Хвосты, вероятно, являются опасными источниками токсичных химикатов, таких как тяжелые металлы , сульфиды и радиоактивное содержимое. Эти химикаты особенно опасны, когда хранятся в воде в прудах за хвостохранилищами . Эти пруды также уязвимы для крупных прорывов или утечек из плотин, вызывающих экологические катастрофы , такие 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 объектом более пристального внимания, особенно в развитых странах, но первый стандарт на уровне ООН по управлению хвостохранилищами был установлен только в 2020 году. [3]
Существует широкий спектр методов восстановления экономической ценности, сдерживания или иного смягчения последствий хвостохранилищ. Однако на международном уровне эти практики неэффективны и иногда нарушают права человека.
Хвосты также называют шахтными отвалами , отвалами штыбов , шламами , отходами , остатками выщелачивания , шламами или терраконами (терриконами) .
Сточные воды из хвостов добычи сульфидных минералов были описаны как «крупнейшая экологическая ответственность горнодобывающей промышленности». [4] Эти хвосты содержат большое количество пирита (FeS2 ) и сульфида железа (II) (FeS), которые отбраковываются из востребованных руд меди и никеля, а также угля. Хотя эти минералы безвредны под землей, они реагируют с воздухом в присутствии микроорганизмов, что, если не управлять ими должным образом, приводит к кислотному дренажу шахт .
По оценкам, ежегодно в результате переработки фосфатной руды для производства фосфатных удобрений образуется от 100 до 280 миллионов тонн отходов фосфогипса . [5] Помимо того, что он бесполезен и обилен, фосфогипс радиоактивен из-за присутствия в нем природных урана и тория , а также их дочерних изотопов . В зависимости от цены, достигаемой на рынке урана , извлечение уранового содержимого может быть экономически выгодным даже при отсутствии других стимулов, таких как снижение вреда, наносимого радиоактивными тяжелыми металлами окружающей среде.
Бокситовые хвосты являются отходами, образующимися при промышленном производстве алюминия . Обеспечение примерно 70 миллионов тонн (150 миллиардов фунтов), которые производятся ежегодно, является одной из самых важных проблем для алюминиевой горнодобывающей промышленности. [6]
Красный шлам , который сейчас чаще называют бокситовым остатком, представляет собой промышленные отходы, образующиеся при переработке бокситов в глинозем с использованием процесса Байера . Он состоит из различных оксидных соединений, включая оксиды железа, которые придают ему красный цвет. Более 97% глинозема, производимого в мире, производится с помощью процесса Байера; на каждую тонну (2200 фунтов) произведенного глинозема также производится приблизительно от 1 до 1,5 тонн (от 2200 до 3300 фунтов) красного шлама; средний мировой показатель составляет 1,23. Годовое производство глинозема в 2023 году составило более 142 миллионов тонн (310 миллиардов фунтов), что привело к образованию приблизительно 170 миллионов тонн (370 миллиардов фунтов) красного шлама. [7]
Из-за этого высокого уровня производства и высокой щелочности материала , если он не хранится должным образом, он может представлять значительную опасность для окружающей среды. В результате, значительные усилия вкладываются в поиск лучших методов безопасного хранения и обращения с ним, таких как валоризация отходов с целью создания полезных материалов для цемента и бетона . [8]
Менее распространено, что этот материал также известен как бокситовые хвосты, красный шлам или остатки глиноземного завода. Все чаще используется название обработанный боксит, особенно при использовании в цементных изделиях.
Угольные отходы (также называемые угольными отходами, породой, шлаком, угольным хвостом, отходами, каменным куском, штыбом, костью или глиной [9] ) — это материал, остающийся после добычи угля, обычно в виде отвалов или отвалов . На каждую тонну каменного угля, полученного в результате добычи, остается 400 кг (880 фунтов) отходов, включая часть потерянного угля, который частично можно извлечь экономически выгодным способом. [10] Угольные отходы отличаются от побочных продуктов сжигания угля, таких как летучая зола .
Груды угольных отходов могут иметь значительные негативные экологические последствия, включая выщелачивание остатков железа, марганца и алюминия в водные пути и кислотные шахтные дренажи . [11] Сток может загрязнять как поверхностные, так и грунтовые воды. [12] Груды также создают опасность пожара, с потенциалом самовозгорания. Поскольку большинство угольных отходов содержат токсичные компоненты, их нелегко утилизировать путем повторной посадки растений, таких как пляжные травы. [13] [14]
В отходах угля содержится примерно в четыре раза больше токсичной ртути и серы, чем в типичном угле. [9] Штыб — это термин для обозначения отходов антрацитового угля. [9]Ранние горнодобывающие операции часто не предпринимали адекватных шагов для того, чтобы сделать хвостохранилища экологически безопасными после закрытия. [15] [16] Современные шахты, особенно те, которые находятся в юрисдикциях с хорошо разработанными правилами добычи и те, которые эксплуатируются ответственными горнодобывающими компаниями, часто включают восстановление и надлежащее закрытие хвостохранилищ в свои расходы и мероприятия. 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. [17] Дамбы хвостохранилищ часто являются самой значительной экологической ответственностью для горнодобывающего проекта. [18]
Отходы горнодобывающей промышленности могут иметь экономическую ценность в плане связывания углерода из -за большой площади открытой поверхности минералов. [19]
Доля хвостов в руде может составлять от 90 до 98% для некоторых медных руд и от 20 до 50% для других (менее ценных) минералов. [20] Отбракованные минералы и породы, высвобождаемые в процессе добычи и переработки, могут нанести вред окружающей среде, выделяя токсичные металлы (мышьяк и ртуть являются двумя основными виновниками), кислотным дренажем (обычно за счет микробного воздействия на сульфидные руды) или нанося вред водной фауне, которая зависит от чистой воды (по сравнению с суспензиями). [21]
Хвостохранилища также могут быть источником кислотного дренажа , что приводит к необходимости постоянного мониторинга и очистки воды, проходящей через хвостохранилище; стоимость очистки шахты обычно в 10 раз превышает оценки горнодобывающей промышленности, когда задействован кислотный дренаж. [22]
Наибольшую опасность для хвостохранилищ представляет собой прорыв плотины, причем наиболее известным прорывом в США был прорыв плотины угольного шлама во время наводнения в Западной Вирджинии Буффало-Крик в 1972 году, в результате которого погибло 125 человек; другие обрушения включают экологическую катастрофу Ок-Теди в Новой Гвинее , которая уничтожила рыбный промысел реки Ок-Теди . В среднем, в мире ежегодно происходит одна крупная авария, связанная с плотиной хвостохранилища. [22]
Другие катастрофы, вызванные прорывами хвостохранилищ, включают разлив цианида в Байя-Маре в 2000 году и аварию на глиноземном заводе Айка . В 2015 году прорыв дамбы хвостохранилища железной руды на руднике Джермано в штате Минас-Жерайс, Бразилия, стал крупнейшей экологической катастрофой страны. Прорыв дамбы привел к гибели 19 человек из-за затопления хвостохранилища ниже по течению и затронул около 400 км системы реки Досе токсичными стоками и в Атлантический океан.
Хвостохранилища, как правило, располагаются в сельской местности или вблизи маргинализированных общин, таких как коренные общины . Глобальный отраслевой стандарт по управлению хвостохранилищами рекомендует, чтобы «процесс должной осмотрительности в отношении прав человека был необходим для выявления и решения проблем тех, кто подвергается наибольшему риску из-за хвостохранилища или его потенциальной аварии». [23]
Исторически хвосты утилизировались наиболее удобным способом, например, в проточной воде или в дренажных системах . Из-за опасений по поводу этих отложений в воде и других проблем, хвостохранилища стали использоваться. Задача по обеспечению устойчивости при управлении хвостами и пустой породой заключается в утилизации материала таким образом, чтобы он был инертным или, если нет, стабильным и локализованным, чтобы минимизировать потребление воды и энергии и поверхностный след отходов и двигаться в направлении поиска альтернативных вариантов использования. [21]
Ограниченные водохранилищами (водохранилище — это плотина), эти плотины обычно используют «местные материалы», включая сами хвосты, и могут считаться насыпными плотинами . [1] Традиционно единственным вариантом для хранения хвостов было удержание хвостового шлама с помощью местных земляных материалов. [24] Этот шлам представляет собой разбавленный поток твердых частиц хвостов в воде, который отправлялся в зону хранения хвостов. Современный проектировщик хвостов имеет ряд хвостовых продуктов на выбор в зависимости от того, сколько воды удаляется из шлама перед сбросом. Все чаще для хвостохранилищ требуются специальные барьеры, такие как битумные геомембраны (БГМ), для удержания жидких хвостовых шламов и предотвращения воздействия на окружающую среду. [25] Удаление воды не только может создать лучшую систему хранения в некоторых случаях (например, сухое складирование, см. ниже), но также может помочь в восстановлении воды, что является серьезной проблемой, поскольку многие шахты находятся в засушливых регионах. Однако в описании хвостохранилищ 1994 года Агентство по охране окружающей среды США заявило, что методы обезвоживания могут быть чрезмерно дорогими, за исключением особых обстоятельств. [1] Также использовалось подводное хранение хвостов. [1]
Хвостохранилища — это области отбросов горнодобывающей промышленности , где водные отходы закачиваются в пруд , чтобы обеспечить седиментацию (то есть отделение) твердых веществ от воды. Пруд, как правило, запружен плотиной и известен как хвостохранилища или хвостохранилища. [1] По оценкам, в 2000 году в мире было около 3500 действующих хвостохранилищ. [18] Запруженная вода приносит некоторую пользу, поскольку она сводит к минимуму перенос мелких хвостов ветром в населенные районы, где токсичные химикаты могут быть потенциально опасны для здоровья человека; однако она также вредна для окружающей среды. Хвостохранилища часто бывают несколько опасны, потому что они привлекают диких животных, таких как водоплавающие птицы или карибу, поскольку они кажутся естественным прудом, но они могут быть очень токсичными и вредными для здоровья этих животных. Хвостохранилища используются для хранения отходов, полученных при отделении минералов от горных пород, или шлама, полученного при добыче битуминозных песков. Иногда хвосты смешивают с другими материалами, например, с бентонитом, чтобы образовать более густую суспензию, которая замедляет выброс загрязненной воды в окружающую среду.
Существует множество различных подвидов этого метода, включая долинные водохранилища, кольцевые дамбы, внутрикарьерные водохранилища и специально вырытые ямы. [1] Наиболее распространенным является долинный пруд, который использует преимущества естественной топографической депрессии в земле. [1] Могут быть построены большие земляные плотины, а затем заполнены хвостами. Истощенные открытые карьеры могут быть заполнены хвостами. Во всех случаях необходимо должным образом учитывать загрязнение нижележащего уровня грунтовых вод, среди прочих вопросов. Осушение является важной частью хранения в пруду, поскольку по мере добавления хвостов в хранилище вода удаляется — обычно путем слива в конструкции декантационных башен. Таким образом, удаленная вода может быть повторно использована в цикле обработки. После того, как хранилище заполнено и завершено, поверхность может быть покрыта верхним слоем почвы и начато восстановление растительности. Однако, если не используется метод непроницаемого покрытия, вода, которая просачивается в хранилище, должна будет постоянно откачиваться в будущем.
Пастообразные хвосты — это модификация традиционных методов утилизации хвостов (хранение в пруду). Традиционные хвостовые пульпы состоят из низкого процента твердых веществ и относительно высокого содержания воды (обычно от 20% до 60% твердых веществ для большинства горнодобывающих предприятий), и при размещении в хвостохранилище твердые вещества и жидкости разделяются. В пастообразных хвостах процент твердых веществ в хвостовой пульпе увеличивается за счет использования загустителей пасты для получения продукта, в котором происходит минимальное разделение воды и твердых веществ, и материал размещается в зоне хранения в виде пасты (с консистенцией, похожей на зубную пасту). Пастообразные хвосты имеют то преимущество, что на перерабатывающем заводе рециркулируется больше воды, и поэтому процесс более водоэффективен, чем обычные хвосты, и существует меньшая вероятность просачивания. Однако стоимость сгущения обычно выше, чем для обычных хвостов, а расходы на перекачку пасты также обычно выше, чем для обычных хвостов, поскольку для транспортировки хвостов с перерабатывающего завода в зону хранения обычно требуются насосы объемного типа. Пастообразные хвосты используются в нескольких местах по всему миру, включая плотину Санрайз в Западной Австралии и золотой рудник Булянхулу в Танзании. [26]
Хвосты не обязательно хранить в прудах или отправлять в виде пульпы в океаны, реки или ручьи. Все чаще используется практика обезвоживания хвостов с помощью вакуумных или напорных фильтров, чтобы хвосты можно было затем складировать. [27] Это экономит воду, что потенциально снижает воздействие на окружающую среду с точки зрения снижения потенциальных скоростей просачивания, используемого пространства, оставляет хвосты в плотном и стабильном расположении и устраняет долгосрочную ответственность, которую пруды оставляют после окончания добычи. Однако, хотя есть потенциальные преимущества для сухого складирования хвостов, эти системы часто являются непомерно дорогими из-за возросших капитальных затрат на покупку и установку систем фильтрации и увеличения эксплуатационных расходов (обычно связанных с потреблением электроэнергии и расходных материалов, таких как фильтровальная ткань) таких систем. [ необходима цитата ]
В то время как утилизация в отработанных карьерах, как правило, является простой операцией, утилизация в подземных пустотах является более сложной. Обычный современный подход заключается в смешивании определенного количества хвостов с отходами и цементом, создавая продукт, который можно использовать для заполнения подземных пустот и забоев . Распространенный термин для этого — HDPF — High Density Paste Fill. HDPF — более дорогой метод утилизации хвостов, чем хранение в прудах, однако он имеет много других преимуществ — не только экологических, но и может значительно повысить устойчивость подземных выработок, предоставляя средства для передачи напряжения грунта через пустоты — вместо того, чтобы проходить вокруг них — что может вызвать сейсмические события, вызванные добычей полезных ископаемых, подобные тем, которые произошли ранее во время катастрофы на шахте Биконсфилд .
Обычно называется RTD — Riverine Tailings Disposal. В большинстве сред, не особенно экологически безопасная практика, она значительно использовалась в прошлом, что привело к такому впечатляющему экологическому ущербу, как нанесенный компанией Mount Lyell Mining and Railway Company в Тасмании реке Кинг , или отравлению из шахты Panguna на острове Бугенвиль , что привело к крупномасштабным гражданским беспорядкам на острове и в конечном итоге к постоянному закрытию шахты. [22]
По состоянию на 2005 год только три шахты, эксплуатируемые международными компаниями, продолжали использовать речное захоронение: шахта Ок-Теди , шахта Грасберг [22] и шахта Поргера , все на Новой Гвинее. Этот метод используется в этих случаях из-за сейсмической активности и опасности оползней, которые делают другие методы захоронения непрактичными и опасными.
Обычно упоминается как STD (подводное захоронение хвостов) или DSTD (глубоководное захоронение хвостов). Хвосты можно транспортировать с помощью трубопровода, а затем сбрасывать так, чтобы они в конечном итоге опустились на глубину. На практике это не идеальный метод, так как близость к глубинам за пределами шельфа встречается редко. При использовании STD глубина сброса часто сравнительно невелика, и может возникнуть обширный ущерб морскому дну из-за покрытия хвостами. [28] Если плотность и температура хвостов не контролируются, они могут перемещаться на большие расстояния или даже всплывать на поверхность.
Этот метод используется на золотом руднике на острове Лихир ; экологи [ кто? ] считают, что утилизация отходов наносит большой вред, в то время как владельцы утверждают, что это не вредно. [22]
Фитостабилизация — это форма фиторемедиации , которая использует растения-гипераккумуляторы для долгосрочной стабилизации и локализации хвостохранилищ, путем секвестрации загрязняющих веществ в почве около корней. Присутствие растения может уменьшить ветровую эрозию, или корни растения могут предотвратить водную эрозию, иммобилизовать металлы путем адсорбции или накопления и создать зону вокруг корней, где металлы могут осаждаться и стабилизироваться. Загрязняющие вещества становятся менее биодоступными, а воздействие на скот, диких животных и человека снижается. Этот подход может быть особенно полезен в засушливых условиях, которые подвержены ветровой и водной дисперсии. [29]
Значительные усилия и исследования продолжаются для открытия и совершенствования лучших методов утилизации хвостов. Исследования на золотом руднике Поргера сосредоточены на разработке метода объединения хвостовых продуктов с грубой пустой породой и отработанными шламами для создания продукта, который может храниться на поверхности в обычных на вид отвалах или штабелях. Это позволило бы прекратить текущее использование утилизации в реках. Значительная работа еще предстоит. Тем не менее, совместная утилизация была успешно реализована несколькими проектировщиками, включая AMEC , например, на руднике Элквью в Британской Колумбии.
Во время извлечения нефти из нефтяного песка также создаются хвосты, состоящие из воды, ила, глины и других растворителей. Это твердое вещество под действием силы тяжести станет зрелыми тонкими хвостами. Фогт и др . (1985) подсчитали, что в хвостохранилище содержится 10 3 анаэробных гетеротрофов и 10 4 сульфатредуцирующих прокариот на миллилитр, основываясь на обычных методах наиболее вероятного числа. Фогт провел эксперимент с двумя хвостохранилищами, и анализ архей , бактерий и газа, выделяемого из хвостохранилищ, показал, что это были метаногены . По мере увеличения глубины моли выделяемого CH 4 фактически уменьшались. [30]
Siddique (2006, 2007) утверждает, что метаногены в хвостохранилище живут и размножаются путем анаэробной деградации, что снижает молекулярный вес от нафты до алифатических , ароматических углеводородов, углекислого газа и метана. Эти археи и бактерии могут разлагать нафту, которая считалась отходами во время процедуры очистки нефти. Оба этих разложенных продукта полезны. Алифатические, ароматические углеводороды и метан могут использоваться в качестве топлива в повседневной жизни людей. Другими словами, эти метаногены улучшают коэффициент использования. Более того, эти метаногены изменяют структуру хвостохранилища и помогают оттоку поровой воды повторно использоваться для переработки нефтяных песков. Поскольку археи и бактерии метаболизируют и выделяют пузырьки внутри хвостохранилища, поровая вода может легко проходить через почву. Поскольку они ускоряют уплотнение зрелых мелких хвостов, хвостохранилища способны быстрее осаждать твердые частицы, так что хвосты могут быть восстановлены раньше. Более того, вода, выделяемая из хвостов, может быть использована в процессе очистки нефти. Сокращение потребности в воде также может защитить окружающую среду от засухи. [31]
По мере совершенствования методов добычи и повышения цен на минералы, не редкость, когда хвосты перерабатываются с использованием новых методов или более тщательно с использованием старых методов для извлечения дополнительных минералов. Обширные хвостохранилища Калгурли /Боулдер в Западной Австралии были переработаны с прибылью в 1990-х годах компанией KalTails Mining. [32]
Машина под названием PET4K Processing Plant использовалась в разных странах в течение последних 20 лет для рекультивации загрязненных хвостохранилищ. [33]
ООН и деловые круги разработали международный стандарт управления хвостохранилищами в 2020 году после критической аварии на плотине Брумадинью . [3] Программа была организована Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Международным советом по горному делу и металлам (ICMM) и Принципами ответственного инвестирования . [3]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)