ΠΔΡΙΒΑΛΛΟΝΣΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ ΜΔΣΑΛΛΔΤΣΙΚΩΝ ΚΑΙ ΛΑΣΟΜΙΚΩΝ ΓΡΑΣΗΡΙΟΣΗΣΩΝ Διζαγωγή Ο ηόπνο, επηθαλεηαθόο ή ππόγεηνο, από ηνλ νπνίνλ εμάγνληαη ρξήζηκα νξπθηά, ιέγεηαη ορστείο. Υπάξρνπλ δύν είδε νξπρείσλ, ηα λαηομεία θαη ηα μεηαλλεία. Από ηα ιαηνκεία εμάγνληαη πιηθά, ηα νπνία ρξεζηκνπνηνύληαη γηα νηθνδνκηθέο δξαζηεξηόηεηεο, ελώ από ηα κεηαιιεία πιηθά, από ηα νπνία γίλεηαη αλάθηεζε κεηάιισλ. Οη κέζνδνη εμόξπμεο είλαη: Επηθαλεηαθή εμόξπμε Υπόγεηα εμόξπμε Εμόξπμε κε ρξήζε δηαιπκάησλ Η επηινγή ηεο κεζόδνπ εμαξηάηαη από δηαθόξνπο παξάγνληεο, όπσο ε αμία ηνπ νξπθηνύ, ε θαζαξόηεηα, ε κνξθή, ην κέγεζνο, ην βάζνο θαη ε δηαιπηόηεηα ηνπ νξπθηνύ, νη γεσινγηθέο, πδξνγεσινγηθέο θαη γεσκεραληθέο ζπλζήθεο ηνπ ππνγείνπ πεξηβάιινληνο, νη πεξηβαιινληηθέο ζπλζήθεο ηνπ πεξηβάιινληνο ρώξνπ, ε ζεηζκηθόηεηα ηεο πεξηνρήο θαη νη πεξηβαιινληηθέο επηπηώζεηο ηνπ έξγνπ. Σπρλά, ε εμόξπμε μεθηλά κε ηελ επηθαλεηαθή κέζνδν, ζπλήζσο κε ηελ ρξήζε αλνηθηνύ νξύγκαηνο. Με απμαλόκελν βάζνο, απμάλεη ζεκαληηθά ην θόζηνο θαη ε εμόξπμε ζηακαηά ή ζπλερίδεηαη κε ηελ ππόγεηα κέζνδν. Ελ γέλεη, ε ππόγεηα κέζνδνο είλαη πεξηζζόηεξν δαπαλεξή από ηελ επηθαλεηαθή θαη εμαξηάηαη από ηελ ζηαζεξόηεηα ηνπ γεσινγηθνύ πιηθνύ (απνθπγή θαηαξξεύζεσλ θαη αηπρεκάησλ) θαη ηνλ βαζκό αζπλερείαο ηνπ νξπθηνύ. Μεγάιε αζπλέρεηα δύλαηαη λα ειαηηώζεη ηελ πνζόηεηα ηνπ εμνξπζζνκέλνπ πιηθνύ θαη λα θαηαζηήζεη ηελ όιε δξαζηεξηόηεηα αζύκθνξε. Τα Σρήκαηα 1 θαη 2 παξνπζηάδνπλ ζθαξηθήκαηα ηεο επηθαλεηαθήο θαη ππόγεηαο εμόξπμεο. Η κέζνδνο αλνηθηνύ νξύγκαηνο παξάγεη, ζπλήζσο, κεγαιύηεξε πνζόηεηα ζηείξσλ ζε ζύγθξηζε κε ηελ ππόγεηα εμόξπμε. Τα ζηείξα ελαπνηίζεληαη πιεζίνλ ηνπ νξύγκαηνο ή εληόο ηνπ ηδίνπ ή άιινπ γεηηνληθνύ νξύγκαηνο ή ηεκαρίδνληαη θαη πσινύληαη, εάλ ππάξρεη αγνξά γηα ην πιηθό. Απελαληίαο, ε ππόγεηα εμόξπμε είλαη πεξηζζόηεξν επηιεθηηθή θαη γη απηό δύλαηαη λα απνθύγεη παξαγσγή ζεκαληηθώλ πνζνηήησλ ζηείξσλ. 1
Σρήκα 1. Σθαξίθεκα κεζόδνπ αλνηθηνύ νξύγκαηνο (Πεγή: EC, 2009). Σρήκα 2. Σθαξίθεκα κεζόδνπ ππόγεηαο εμόξπμεο (Πεγή: EC, 2009). 2
Γιατείριζη ηελμάηων και ζηείρων Οη ζπρλόηεξεο επηινγέο γηα ηε δηαρείξηζε ηεικάησλ θαη ζηείξσλ είλαη νη εμήο: Απόζεζε ηεικάησλ ζε ιίκλεο. Απόζεζε ηεικάησλ ή ζηείξσλ ζε ππόγεηα ιαηνκεία θαη νξπρεία ή αλνηθηά νξύγκαηα ή ρξεζηκνπνίεζή ηνπο γηα θαηαζθεπή θξαγκάησλ ηνπνζέηεζεο ηεικάησλ. Δηάζεζε μεξώλ ηεικάησλ θαη ζηείξσλ ζε ζσξνύο ή ζε πξαλή ιόθσλ. Απόξξηςε ηεικάησλ ζε επηθαλεηαθά ύδαηα ή ππόγεηα ύδαηα. Η επηινγή ηεο κεζόδνπ δηαρείξηζεο εμαξηάηαη από ην θόζηνο, ηελ πεξηβαιινληηθή επίδνζε θαη ηελ πηζαλόηεηα αζηνρίαο. Υγξέο θαη αέξηεο εθπνκπέο, ειεγρόκελεο ή κε, από ηέικαηα θαη ζηείξα κπνξεί λα είλαη ηνμηθέο ζε αλζξώπνπο, δώα θαη θπηά. Οη πγξέο εθπνκπέο κπνξεί λα είλαη όμηλεο ή αιθαιηθέο θαη κπνξεί λα πεξηέρνπλ δηαιειπκέλα κέηαιια θαη δηαιπηέο ή κε νξγαληθέο νπζίεο. Έλα ζεκαληηθό πξόβιεκα πγξώλ εθπνκπώλ πνπ ζρεηίδεηαη κε ζεηνύρα νξπθηά, όπσο ησλ Pb, Zn, Cu, Au, C, είλαη απηό ηεο όμηλεο απνξξνήο. Έλα άιιν ζεκαληηθό πξόβιεκα είλαη ε παξαγσγή ηεικάησλ από ηελ αλάθηεζε ρξπζνύ, πνπ πεξηέρνπλ θπαληνύρα ηόληα. 3
ΟΞΙΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗ Η όμηλε απνξξνή παξάγεηαη θαηά ηελ νμείδσζε ζεηνύρσλ νξπθηώλ (π.ρ., ζηδεξνππξίηε), όηαλ έξρνληαη ζε επαθή κε ην νμπγόλν θαη ην λεξό. Η όμηλε απνξξνή από ην ζύζηεκα απηό ραξαθηεξίδεηαη από ρακειό ph (2 3), πςειή ζπγθέληξσζε ζηδήξνπ θαη άιισλ βαξέσλ κεηάιισλ, πςειή ζπγθέληξσζε δηαιειπκέλσλ ζηεξεώλ θαη έληνλν θηηξηλν-θαθέ ρξώκα. Τν θαηλόκελν πεξηγξάθεηαη από ηηο αληηδξάζεηο: 4FeS 2(s) + 14O 2 + 4H 2 O 4Fe 2+ + 8H + 2- + 8SO 4 4Fe 2+ + 8H + + O 2 4Fe 3+ + 2H 2 O 4Fe 3+ + 12H 2 O 4Fe(OH) 3(s) + 12H + Τν απνηέιεζκα ησλ αλσηέξσ αληηδξάζεσλ είλαη όηη 4 mol ζηδεξνππξίηε νμεηδώλνληαη θαη παξάγνπλ 4 mol Fe(OH) 3(s), ην νπνίν δίλεη ην θηηξηλνθαθέ ρξώκα ζην λεξό. Επί πιένλ, παξάγνληαη 12 mol Η +, δειαδή ηζρπξό νμύ, ην νπνίν δηαιύεη ηα γεσινγηθά πιηθά πνπ έξρεηαη ζε επαθή, κε απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή πςειώλ ζπγθεληξώζεσλ βαξέσλ κεηάιισλ, ζθιεξόηεηαο θαη νιηθώλ δηαιειπκέλσλ ζηεξεώλ. Μία επί πιένλ ζεκαληηθή αληίδξαζε είλαη: FeS 2(s) + 14Fe 3 + 8H 2 O 15Fe 2+ + 2SO 2-4 + 16H + H νμείδσζε ηνπ δηζζελνύο ζε ηξηζζελή ζίδεξν είλαη πνιύ βξαδεία ζε όμηλν πεξηβάιινλ. Όκσο, εθηόο από ηηο αλσηέξσ αβηνηηθέο αληηδξάζεηο ππάξρνπλ θαη απηέο πνπ θαηαιύνληαη από κηθξννξγαληζκνύο, κε απνηέιεζκα ηελ ζεκαληηθή αύμεζε ηεο ηαρύηεηαο απηώλ. Γηα παξάδεηγκα, ν Thiobacillus ferrooxidans θαηαιύεη ηελ νμείδσζε ηνπ δηζζελνύο ζε ηξηζζελή ζίδεξν θαη ηνπ ζηνηρεηαθνύ ζείνπ ζε ζεηηθά αληόληα θαη ν Ferrobacillus ferrooxidans επίζεο ηελ νμείδσζε ηνπ δηζζελνύο ζε ηξηζζελή ζίδεξν. Έηζη, όηαλ κηθξό κόλνλ κέξνο ηνπ ζηδεξνππξίηε νμεηδσζεί κε αηκνζθαηξηθό νμπγόλν, παξάγεηαη ηξηζζελή ζίδεξνο, ν νπνίνο νμεηδώλεη ηνλ ζηδεξνππξίηε, ζύκθσλα κε ηελ ηειεπηαία αληίδξαζε. Με βάζε ηνλ αλσηέξσ κεραληζκό, «ζθξάγηζκα» κεηαιιείσλ γηα ηελ παξεκπόδηζε εηζαγσγήο νμπγόλνπ θαη ηνλ έιεγρν παξαγσγήο όμηλεο απνξξνήο δελ ζα είλαη απνηειεζκαηηθή ελέξγεηα γηα δύν ιόγνπο: Πξώηνλ, δηόηη πνιύ κηθξέο πνζόηεηεο νμπγόλνπ απαηηνύληαη γηα λα μεθηλήζεη ε νμείδσζε ηνπ ζηδεξνππξίηε. Δεύηεξνλ, δηόηη νη 4
κηθξννξγαληζκνί πνπ θαηαιύνπλ ηελ νμείδσζε ηνπ δηζζελνύο ζηδήξνπ απαηηνύλ κόλνλ κηθξέο πνζόηεηεο νμπγόλνπ γηα λα αλαπηπρζνύλ. 5
ΑΝΑΚΣΗΗ ΥΡΤΟΤ ΜΔ ΣΗ ΜΔΘΟΓΟ ΣΟΤ ΚΤΑΝΙΟΤ Η ζπγθέληξσζε ηνπ ρξπζνύ ζηα ρξπζνθόξα κεηαιιεύκαηα είλαη ζπλήζσο πνιύ ρακειή, π.ρ., < 10 g/ton ή < 0,001% θαηά βάξνο. Σηηο πεξηπηώζεηο απηέο, ε ρξήζε πδξνκεηαιινπξγηθώλ κεζόδσλ, όπσο ε εθρύιηζε ηνπ ρξπζνύ κε πδαηηθά δηαιύκαηα πνπ πεξηέρνπλ ηα θαηάιιεια αληηδξαζηήξηα είλαη ε κέζνδνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ αλάθηεζή ηνπ από ην κεηάιιεπκα. Τν εθρύιηζκα δηαρσξίδεηαη από ηα ζηεξεά θαη ππνβάιιεηαη ζε πξνζξόθεζε ζε ελεξγό άλζξαθα, από ηνλ νπνίνλ αλαθηάηαη ν ρξπζόο κε όμηλε έθπιπζε (Σρήκα 3). Σρήκα 3. Δηάγξακκα ξνήο επεμεξγαζίαο κεηαιιεύκαηνο θαη παξαγνκέλσλ ηεικάησλ. 6
Εηδηθόηεξα, ηα ζηάδηα επεμεξγαζίαο ηνπ εμνξπζζνκέλνπ κεηαιιεύκαηνο είλαη: Θξαύζε θαη ιεηνηξίβεζε ηνπ κεηαιιεύκαηνο. Εθρύιηζε ηνπ πνιθνύ ιεηνηξίβεζεο κε δηάιπκα θπαληνύρνπ λαηξίνπ ζε αιθαιηθό πεξηβάιινλ, παξνπζία ελεξγνύ άλζξαθα. Αλάθηεζε ρξπζνύ θαη αξγύξνπ από ηνλ ελεξγό άλζξαθα κε όμηλε έθπιπζε. Αλαγέλλεζε ηνπ ελεξγνύ άλζξαθα θαη επαλαρξεζηκνπνίεζή ηνπ. Ηιεθηξναλάθηεζε ησλ πνιπηίκσλ κεηάιισλ (ρξπζνύ-αξγύξνπ) από ην κεηαιινθόξν δηάιπκα. Τήμε ησλ πνιπηίκσλ κεηάιισλ θαη παξαγσγή ξάβδσλ ρξπζνύαξγύξνπ. Προεηοιμαζία ηοσ τρσζοθόροσ μεηαλλεύμαηος Σθνπόο ηεο πξνεηνηκαζίαο είλαη λα θέξεη ην κεηάιιεπκα ζε κνξθή πνπ ζα επηηξέςεη ηελ νηθνλνκηθά βέιηηζηε αλάθηεζε ηνπ ρξπζνύ. Τν πξώην ζηάδην πεξηιακβάλεη ζξαύζε θαη ιεηνηξίβεζε ηνπ κεηαιιεύκαηνο. Εάλ ππάξρεη ειεύζεξνο ρξπζόο, γίλεηαη αλάθηεζε απηνύ κε κεζόδνπο πνπ ζηεξίδνληαη ζηε βαξύηεηα θαη θαηόπηλ ρξεζηκνπνηείηαη ε εθρύιηζε κε θπαληνύρν λάηξην ζην ππόιεηκκα. Μεηαιιεύκαηα, ηα νπνία πεξηέρνπλ ρξπζό καδί κε ζεηνύρα θαη αλζξαθηθά νξπθηά, απαηηνύλ πεξαηηέξσ επεμεξγαζία, πξηλ ηελ εθρύιηζε κε δηάιπκα θπαληνύρνπ λαηξίνπ. Απηό είλαη απαξαίηεην, δηόηη ηα θπαληνύρα ηόληα αληηδξνύλ θαηά πξνηίκεζε κε ηα ζεηνύρα ηόληα θαη όρη κε ην ρξπζό θαη ζρεκαηίδνπλ ζεηνθπαληθά ηόληα. Τα ελ ιόγσ νξπθηά εκπινπηίδνληαη κε επίπιεπζε θαη ππνβάιινληαη ζε νμείδσζε ησλ ζεηνύρσλ, ώζηε λα κελ αληηδξνύλ κε ηα θπαληνύρα θαηά ην ζηάδην ηεο εθρύιηζεο. Τα αλζξαθηθά νξπθηά πξνζξνθνύλ ην ρξπζό κεηά ηελ δηαιπηνπνίεζή ηνπ θαη γη απηό πξνζηίζεηαη ελεξγόο άλζξαθαο γηα αληαγσληζηηθή πξνζξόθεζε (Carbon in Leach CIL method). Δκτύλιζη με διάλσμα κσανιούτοσ ναηρίοσ Η εθιεθηηθή δηαιπηνπνίεζε ηνπ ρξπζνύ από ην κεηάιιεπκα πεξηγξάθεηαη από ηηο εμήο αληηδξάζεηο: 2Au + 4NaCN + O 2 + 2H 2 O 2NaAu(CN) 2 + 2NaOH + H 2 O 2 7
2Au + 4NaCN + H 2 O 2 2NaAu(CN) 2 + 2NaOH To άζξνηζκα ησλ αλσηέξσ δύν αληηδξάζεσλ απνηειεί ηελ θιαζζηθή αληίδξαζε Elsner: 4Au + 8NaCN + O 2 +2H 2 O 4NaAu(CN) 2 + 4NaOH Η ζπκπινθνπνίεζε ηνπ ρξπζνύ ππνβνεζείηαη από ηελ παξνπζία νμπγόλνπ, γη απηό θαη γίλεηαη εκθύζεζε αέξα ή νμπγόλνπ ζηνλ αληηδξαζηήξα εθρύιηζεο. Τν παξαγόκελν ζύκπινθν είλαη ζηαζεξό θαη πξνζξνθάηαη ζε ελεξγό άλζξαθα. Ο ζπλνιηθόο ρξόλνο θπάλσζεο γηα πνιθό κε πεξηεθηηθόηεηα ζηεξεώλ 50% είλαη πεξίπνπ 20 ώξεο. Αλάινγα κε ην είδνο ηνπ κεηαιιεύκαηνο, ε ζπγθέληξσζε ηνπ θπαληνύρνπ λαηξίνπ είλαη 300 500 mg/l, σο NaCN. Η θπάλσζε γίλεηαη ζε αιθαιηθό πεξηβάιινλ κε πξνζζήθε αζβέζηε, ώζηε λα απνθεύγεηαη ε παξαγσγή αεξίνπ πδξνθπαλίνπ, ηόζν γηα ιόγν πγείαο θαη αζθάιεηαο ησλ εξγαδνκέλσλ, όζν θαη γηα δηαηήξεζε ηεο απαξαίηεηεο ζπγθεληξώζεσο ζηε δηεξγαζία ηεο εθρύιηζεο. Γιατείριζη ηελμάηων Ο πνιθόο ηνπ κεηαιιεύκαηνο, κεηά ηελ απνκάθξπλζε ησλ επγελώλ κεηάιισλ ππνβάιιεηαη ζε επεμεξγαζία γηα ηελ θαηαζηξνθή ησλ ππνιεηκκαηηθώλ θπαληνύρσλ. Μία θνηλή κέζνδνο επεμεξγαζίαο είλαη ε κέζνδνο INCO (SO 2 + νμπγόλν), κε ηελ νπνίαλ ηα θπαληνύρα ηόληα νμεηδώλνληαη ζε θπαληθά, κε παξνπζία ζεηηθνύ ραιθνύ σο θαηαιύηε. Καηόπηλ, ηα θπαληθά πδξνιύνληαη ζε ακκσλία θαη δηνμείδην ηνπ άλζξαθνο, ζύκθσλα κε ηηο αληηδξάζεηο: CN - + SO 2 + O 2 + H 2 O + Cu 2+ CNO - + H 2 SO 4 + Cu 2+ CNO - + 2H 2 O OH - + NH 3 + CO 2 Τα θπαληνύρα ζύκπινθα ηνπ ηξηζζελνύο ζηδήξνπ ζα θαηαβπζίδνληαη σο αδηάιπηεο ζηδεξνθπαληνύρεο ελώζεηο κεηάιισλ, κε γεληθό ηύπν Me 2 [Fe(CN) 6 ], όπνπ Me = Cu, Ni, Zn, ζύκθσλα κε ηηο αληηδξάζεηο: 2[Fe(CN) 6 ] 3- + SO 2 + 2H 2 O 2[Fe(CN) 6 ] 4- + 4H + 2- + SO 4 2Me 2+ + [Fe(CN) 6 ] 4- + xh 2 O Me 2 [Fe(CN) 6 ].xh 2 O (s) Τα βαξέα κέηαιια πνπ δελ απνκαθξύλνληαη κε ηελ αλσηέξσ αληίδξαζε, ζα θαηαβπζίδνληαη σο ζηεξεά πδξνμείδηα κε πξνζζήθε αζβέζηε: Me 2+ + 2OH - Me(OH) 2(s) Σρεηηθέο πεηξακαηηθέο δνθηκέο έδεημαλ όηη ε αλσηέξσ κέζνδνο κπνξεί λα επηηύρεη ζπλνιηθή ππνιεηκκαηηθή ζπγθέληξσζε θπαληνύρσλ κηθξόηεξε ησλ 0,5 mg/l. Η ηηκή απηή είλαη πεξίπνπ 100 θνξέο κηθξόηεξε ηνπ νξίνπ 8
ησλ 50 mg/l γηα ηελ αζθαιή δηαβίσζε πηελώλ. Τν όξην ησλ νιηθώλ θπαληνύρσλ ζην πόζηκν λεξό ζηηο ΗΠΑ είλαη 0,2 mg/l. Γηα ειεύζεξα θπαληνύρα, ε ζαλαηεθόξα δόζε ζηνλ άλζξσπν κε θαηάπνζε ή εηζπλνή θπκαίλεηαη από 50 έσο 200 mg (1 3 mg/kg βάξνπο). Μεηά ηελ θαηαζηξνθή ησλ θπαληνύρσλ, ηα ηέικαηα πεξηέρνπλ πεξίπνπ 50% ζηεξεά θαη κεηαθέξνληαη πδξαπιηθά θαη απνηίζεληαη ζε θαηάιιεια δηακνξθσκέλε πδαηνζηεγή ιεθάλε απνζέζεσο. Γηα ηε δηακόξθσζε ηεο ιεθάλεο απηήο θαηαζθεπάδνληαη θξάγκαηα κε δηεζλείο πξνδηαγξαθέο, ιακβάλνληαο ππ όςηλ ηνλ κέγηζην δπλαηό ζεηζκό θαη ηελ κέγηζηε πηζαλή βξνρόπησζε. Σηα αλάληε ηνπ θξάγκαηνο θαηαζθεπάδνληαη πεξηκεηξηθέο ηάθξνη εθηξνπήο. Σηνλ ππζκέλα ηεο ιεθάλεο απόζεζεο θαηαζθεπάδεηαη ζύλζεηνο θξαγκόο απνηεινύκελνο από αξγηιηθό θξαγκό πδξαπιηθήο αγσγηκόηεηνο Κ < 10 9 m/sec θαη γεσκεκβξάλεο από πνιπαηζπιέλην πςειήο ππθλόηεηαο. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ European Commission, Reference Document on Best Available Techniques for Management of Tailings and Waste-Rock in Mining Activities, January 2009. 9
10