Trendy v remediačných technológiách

1. Trendy v remediačných technológiách Otília Lintnerová Prif. UK Katedra ložiskovej geológie

2. Zásadné polutanty banského prostredia (nebezpečné odpady alebo A-kategória) • Rozpustené kovy • Koloidné a suspendované oxidy kovov • Zmeny pH (silno kyslé AMD, silno alkalické) • Kyanidy • Hlavné problémy v sladkovodných ekosystémoch • Vplyv na zdravie obyvateľstva • Najmä ťažba kovov, osobitne sulidické ložiská

3. „Tailing“ (odkaliskový) manažment • produkcia odpadov ( BRGM, 2002) celosvetová produkcia odpadov z ťažby a úpravy kovov : 861 897 000 ton Sulfidické rudy – neutralizačná kapacita kalov/odkalísk Workshop 1, EPA www.banske odpady.sk + vrátaneTalianska a Rakúska

4. Základné princípy pri náprave negatívnych vplyvov a likvidácii banských odpadov • Znížiť množstvo potenciálne toxickej banskej vody = znížiť množstvo infiltrovanej vody do bane/do odpadov • Zabrániť chemickým reakciám, ktoré vedú k tvorbe toxických vôd (roztokov, výtokov) : zabrániť oxidácii sulfidov, rozpúšťaniu solí, vylúhovaniu.. • Podporiť prirodzený rozklad, odparovanie, riedenie, neutralizáciu, sorpciu, degradáciu– biodegradáciu, a.i. aktívnych látok v odpadoch • Vzniknuté toxické vody sústrediť, odviesť do čistiarne a vyčistiť

7. Preventívne technológie • solídny vedecký základ • cenovo prijateľné („lacné“ a efektívne) • využívanie vhodných surovín a odpadov • využívanie biotechnológií • minimálna tvorba daľších odpadov • dlhodobé pôsobenie

8. EU- program : BAT (Best Avaliable Technik) • Primárne zameranie BAT : Zabezpečiť prevenciu banských havárií • najmä súvisiacich s hrádzami banských odkalísk • optimalizovať dennú staroslivosť o odkaliská a organizovať „manament“ banských odpadov • Nové smery – rozšírenie okruhu používania BAT • - metódy používané pri zvyšovaní hrádzí • - odvodňovanie odkaliskových kalov ( filtračné schopnosti a hrúbka kalov) • zefektívnenie využívania vody – návrat do technológií a znovuvyžívanie vody • - manažovanie AMD • - ošetrenie výluhov z odpadov

9. BAT – univerzálny princíp • Najlepšie dostupné techniky • – riešenia pre všetky súčasti banskej činnosti a úpravy rúd/surovín • Príprava na ťažbu – projekt • Ťažba surovín • Úprava súrovín – drvenie, mletie, získavanie užitkovej zložky • Manažment odpadov – spracovanie odpadov – využitie odpadov • Likvidácia bane • Využitie územia po ťažbe

10. Ťažba zlata v EU Odpad : ťažba rozptýleného zlata ( g/t ) cca – 1 tona zlata = 1 mil ton odpadu ťažba zlata na Slovenku ??

11. Kyanidy

12. Základné informácie o použití kynidov • kyanidy – separácia zlata z rudy - oxidačné prostredie • princíp : 4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O = 4NaAu(CN)2 + 4NaOH • silné komplexy Au s kyanidmi umožňujú separáciu Au a Ag z rudy • malé koncentrácie Au, najmä ak nie sú prítomné iné kovy • iné kovy – zvýšené množstvo kyanidov • alkalické prostredie (8-11, 10,5) • oddelenie z komplexov – cementácia so Zn, adsorpcia na aktívnom uhlí a iné metódy

13. Chemizmus • voľné kyanidy – CN-, HCN • jednoduché zlúčeniny NaCN, KCN, Ca(CN)2, Hg(CN)2, (Zn, Cd, Cu,Ni, Ag) • slabé komplexy – Zn(CN)22-, Cd(CN)2-, Cd(CN)42- • stredne silné : Cu(CN)2- , Cu(CN)32- Ni(CN)42- Ag(CN)2- • silné komplexy : Fe(CN)64-, Co(CN)64-, Au(CN)2- Fe(CN)63-

14. Degradácia kyanidov 1. Tvorba komplexov: toxicita kyanidových komplexov s kovmi (28 prvkov) je závislá na schopnosti komplexu disociovať na voľné kyanidy. V pôdach sa najviac komplexov tvorí so železom. 2. Vyzrážanie kyanidových komplexov: kyanidové komplexy Fe tvoria zrazeniny s Cu, Mg, Ca, Zn v pH rozsahu od 2 do 11 ( 3. Adsorpcia – spôsobuje zachytávanie kyanidov v pôdach na organickú hmotu, na íly a na živce. 4. Oxidácia kyanidov – vznikajú – CNO- zlúčeniny v prítomnosti silných oxidantov, ozónu a peroxidu vodíka. 5. Únik do atmosféry – HCN má bod varu pri 25,7 °C pri normálnej teplote a tlaku, a teda je prchavý. 6. Biodegradácia – v aeróbnych podmienkach dochádza k mikrobiálnej degradácii kyanidov na amoniak a nitráty. 7. Tvorba tiokyanatanov: - kyanidy reagujú s rôznymi formami S na relatívne netoxické CNS-. 8. Hydrolýza a saponifikácia:- HCN sa hydrolyzuje v kyslých podmienkach na kyselinu mravčiu, alebo jej amónnu soľ.

15. vyhúhovanie vodou – premývanie (10-20 dní, 5 dní, 160 dní...rôzne podmienky)oxidácia SO2 : (INCO)CN- + SO2 + O2 + H2O = CNO- + H2SO4 (vápnom –N)3000 až 5000 krát menej toxické ako CN-Noranda proces : (kanadský patent)rozrušenie kyanidov SO2 a CuSO4 FeSO4 : Fe3+ + Cu2+ alkalická chlorinácia –CNCl + ClCNCl + 2OH- = CNO- + Cl- + H2Ooxidácia peroxidom vodíka CN- + H2O2 = CNO- + H2OCNO- + 2H2O = CO32- + NH4+ využívanie biotechnológiíTechnológie na odstraňovanie zvyškových kyanidov z banských - odkaliskových kalov • vyhúhovanie vodou – premývanie (10-20 dní, 5 dní, 160 dní...rôzne podmienky) • oxidácia SO2 : (INCO) CN- + SO2 + O2 + H2O = CNO- + H2SO4 (vápnom – neutralizácia) 3000 až 5000 krát menej toxické ako CN- • Noranda proces : (kanadský patent) rozrušenie kyanidov SO2 a CuSO4 FeSO4 : Fe3+ + Cu2+ • alkalická chlorinácia – CNCl + ClCNCl + 2OH- = CNO- + Cl- + H2O • oxidácia peroxidom vodíka CN- + H2O2 = CNO- + H2O CNO- + 2H2O = CO32- + NH4+ • využívanie biotechnológií US EPA :

16. Odkaliská – stabilita hrází • Cenovo prístupné inžinierske riešenia banských hrádzí : Competitiv a Sustainable Growth (1998-2003) – MIRO (1998) • Technológie ktoré by mohli spojiť cenovo najvýhodnejšií – hydraulický spôsob „dopravy a ukladania“ kalov s výhodami suchého uloženia • Prítomnosť vody - nestabilita, zmeny hustoty, stekutenie, vlastnosti pórových rotokov, tvorba cementov, zmeny priepustnosti, kvalita výtokov a i. • Zlepšenie drenážnych charakteristík odkaliskových kalov aby sa dosiahla fyzikálna stabilita v krátkom čase po uložení(vytváraním horizontálnych drenáží, modifikovaním distribúcie zrnitosti kalov, modifikovaním chemickej reaktivity, pridávaním aditív, encapsuláciou zŕn a i.) (CLOTADAM projekt )

17. Uzatvorenie a rekultivácia(MIRO 1999)Mineral Industry Research Organization: Technical Framework for mine closure planning )

18. Suché prekrytie

19. BAT – preventívne techniky - AMD

20. Nové trendy - „čistenie“ banskej kontaminácie pasívnymi systémami • Výhody a nevýhody • Účinnosť pre rôzne typy - banské dielo, banské odpady – znečistené vody a pevné odpady a iné špecifické znečistenie • Špecifické požiadavky ( Fe, Mn, Al – oxidy, + rôznorodé kovy, sírany, kyanidy a i.) • Dlhodobé účinky bane na prostredie - dlhodobá účinnosť pasívnych systémov • Veľké objemy a/alebo nerovnomerné pôsobenie • Minimálna tvorba sekundárnych odpadov

21. nevýhoda - komplikovaný postup • Laboratórny výskum • Pilotný projekt • Aplikácia v teréne – inštalácia • komplexné informácie o lokalite/prostredí potrebné zohľadniť (zakonponovať) do projektu pred inštaláciou technológie • Údržba a obnova • výhodne/nevýhodné ?! (je to lacné ?)

22. Vedecké projekty na podporu technológií • MiMi – Mitigation of the environemtal impact from minin waste - program MISTRA (Švédsko) - kyslé banské vody (1988-2003) • PIRAMID – Pasive in situ remediation of acid mine /industrial drainage (5 rámcový program EC) • VEGA projekty • Pilotné projekty – Šobov, Smolník, Pezinok ..

23. MiMi projekt : laboratórne štúdium kľúčových procesov • Systém podpovrchovej bariéry pre ošetrenie kyslých bansých vôd (Subsurface Barrier System for the Treatment of AMD) • Sorpcia a povrchové procesy (Sorption and surface proceses) • Interakcia mikroorganizmov s ťažkými kovmi v pôdach a odpadoch a ich potenciálne použitie pre remediáciu pôd a rekultiváciu poškodených banských pôd (Microbial interaction with heavy metals in soil and waste – potential use for soil remdiation and reclamation of mine waste soils (R. Herbert, M. Ledin, L. Lorgren, 1998-2003)

25. Znalosť problematiky – vedecký prínos • Kritický význam rastlín pre dosiahnutie nízkej Fe koncetrácii v aerobickom systéme, bol demonštrovaný spolu s pochopením vplyvu rastúceho obsahu protónov a aktivity kovov na rastliny • Nízka cena materiálov na zachytenie kyslosti – syntetické zeolity, kaustické magnézium, organická hmota, zelená odpadová hmota – podpora bakteriálnej činnosti • Oxidačno-redukčný systém pre čistenie banským vôd s vysokým obsahom arzénu, As-oxidačné baktérie • Bolo tiež sledované - bezpečné odstraňovanie reziduálnych kyanidov zo zlatých odaklísk s použitím pasívnych - kompostových wetlandových systémov, ktoré tiež zachytávajú reziduálnu Cu. - Komplexačné zachytávanie a deštrukcia – degradácia kyanidov

26. Potrebné informácie o podmienkach na mieste Meranie šírenia znečistenia (povrchové, podzemné) Hydrogeochemické hodnotenie vzoriek, vzorkovanie na mieste, v laboratóriu Zhodnotenie vlastností miesta Vlastnosti (fyzikálne, hydraulické a i.) podložia, zemín, (metódy –meranie povrchové, vrty a i) Topografia Kategorizovanie kontaminácie miesta/územia Použitý princíp pasívneho čistenia Aerácia Usadzovacia nádrž (lagúna) Aeróbny močiar (wetland) SCOOFI reaktor (surface-catalysed oxidation of ferrous iron) Anoxická alebo oxická vápencová drenáž kompostový „wetland“ Redukčný a alkalizačný systém Priepustná reaktívna bariéra Postupnost a prepojenie informácii

27. Predbežné zhodnotenie poškodeného územia • terénne parametre • laboratórne: štandardné anlýzy vôd, výluhov z pôd a zemín

28. Informácie získavané počas výskumu potrebné pre plánovanie umiestnenia pasívneho systému

30. Potrebné chemické analýzy pre hodnotenie kontaminácie – typ suroviny

31. Aerácia : venturiho trubica

32. Sedimentačná lagúna – modelový výpočet parametrovlagúny : prietok vs koncentrácia Fe

33. Aeróbny močiar

35. Redukčný a alkalizačný systém

36. Modifikovaný redukčný a alkalizačný (neutralizačný) systém

37. Reaktívna bariéra : využitie vhodného materiálu na konštrukciu ovplyvňuje životnosť bariéry Hydrogelogické, hydrologické,,,, klimatické - sezónne zmeny... Objem, rýchlosť tečenia, doba zdržania – dostattočná na vyčistenie ....

38. Maďarsko, 2005

40. Zhrnutie • Pasívne – in situ - systémi doposial pomerne malé skúsenosti s činnosťou systémov • skôr charakter pilotných programov – trvanie niekoľko rokov • kombinácia aktívnych a pasívnych častí systémov čistenia kalov, vôd • BAT : významná aktivita pre zlepšenie stavu banských prevádzok • BAT rozpracované pre všetky činnosti, uzatváranie – kompendium slovené (MŽP SR....)