ali İhsan arol maden mühendisliği bölümü filemadencilikte atık yönetimiı atık türleri:...

MADENCİLİKTE ATIK YÖNETİMİ

Ali İhsan Arol

Maden Mühendisliği Bölümü

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Türleri:• Terkedilmiş arazi ve tesisler: Yeraltı ve açık ocaklar, stok sahaları, cevher

zenginleştirme tesisleri, sosyal tesisler.

Madencilik faaliyetleri sonucu çatlatılmış kükürtlü mineral içeren kayaçlar en

az cevher zenginleştirme sonucu ortaya çıkan ince atıklar kadar sorunludur.

• Malzeme (katı ve sıvı): Örtü kazı, cevher zenginleştirme sonucu ortaya

çıkan katı ve sıvı atıklar. Tehlikeli, tehlikesiz, inert

• Evsel ve endüstriyel

Mad

en

cil

iğe ö

zg

ü

Her türlü sanayi tesisi

ATIK NEDİR? Üreticisi veya fiilen elinde bulunduran gerçek veya tüzel kişi

tarafından çevreye atılan veya bırakılan ya da atılması zorunlu olan

herhangi bir madde veya materyal. (MADEN ATIKLARI YÖNETMELİĞİ)

Madencilik faaliyetleri sonucu oluşan, sosyal, çevresel ve ekonomik

etkileri olan her türlü çıktı. (Kapsayıcı tanım)

Terkedilmiş Arazi ve Tesisler

Madencilikte Atık Yönetimiı

Terkedilmiş Arazi ve Tesislerin Doğaya Geri Kazandırılması

Wieliczka Tuz Madeni

Çankırı Tuz Madeni

Madencilikte Atık Yönetimiı

Terkedilmiş Arazi ve Tesislerin Doğaya Geri Kazandırılması

(Step Rock Iron Mine, Canada)

Madencilikte Atık Yönetimiı

Terkedilmiş Arazi ve Tesislerin Doğaya Geri Kazandırılması

Osarizawa Madeni, Kazuno, Akita, Japonya: Polimetalik cevher, 1936-1965

Madencilikte Atık Yönetimiı

Terkedilmiş Arazi ve Tesislerin Doğaya Geri Kazandırılması

Madencilikte Atık Yönetimiı

MATEL A. Ş.

Terkedilmiş Arazi ve Tesislerin Doğaya Geri Kazandırılması

Madencilikte Atık Yönetimiı

TKİ Genel Müdürlüğü tarafından ağaçlandırılan sahalar

Katı ve Sıvı Atıkların Bertarafı:

Amaç:• Yığma

Katı malzemenin yığın halinde tutulması

• Tecrit

Katı ve sıvı malzemenin dış etkenlerden (hava, su) uzak tutulması

• Katı-Sıvı Ayırımı

Suyun geri dönüşümü

• Dolgu Malzemesi

Katının geri dönüşümü

• Kimyasal Tepkime

Seyrelme, buharlaşma, gaz çıkışı, soğrulma-sıyırılma, katyon

değiştirme, nötürleştirme, indirgeme-yükseltgeme, çökelme, biyolojik

ve ışınsal tepkimeler.

• Atık Kullanımı

Katı atıkların katma değerli bir ürün olarak kullanılması

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Bertaraf Yöntemleri:Yerine, yapım biçimine ve yerleşim düzenine göre farklı yöntemler

mevcuttur.

Yerüstü bertaraf yöntemleri, yeraltı ocaklarında bertaraf, derin deniz

deşarjı, nehir ve göl deşarjı.

Yerüstü Bertaraf Yöntemleri:

Atık Barajları, açık ocak çukurları, özel olarak kazılan

çukurlar ve bataklık alanları başlıca yerüstü atık bertaraf

yöntemleridir.

Madencilikte Atık Yönetimiı

• Su Barajı Türü Atık Barajları:

Aşamalı Yükselen Setli Atık Barajlar:

Adından da anlaşılacağı gibi bu tür barajların yapımı, seddeler, gereksinim

duyuldukça zamanla yükseltilerek, gerçekleştirilir.

1. Kaynağa Doğru Yükselen Barajlar:

Madencilikte Atık Yönetimiı

2. Akış Yönünde Yükselen Barajlar:

Madencilikte Atık Yönetimiı

2. Yerinde Yükselen Barajlar:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Setli atık barajlarının karşılaştırılması:

Baraj Türü

Atılacak

Atık

Türü

Baraja

Besleme

Biçimi

Su Tutma

Özelliği

Depreme

Dayanım

Dolgu

MalzemesiMaliyet

Su Tutma

Barajı TürüHer tür

Her tür, her

yerYüksek İyi

Taş ve

toprak

Yüksek,

başlangıçta

Kaynağa

Doğru

Yükselen

40-60%

kum, düşük

katı

yoğunluğu

Çevresel,

siklonKötü* Kötü

Doğal

toprak,

maden ve

tesis atıkları

Düşük,

aşamalı

Akış

Yönünde

Yükselen

Her türÇevresel,

Her yer Yüksek İyi

Doğal

toprak,

maden ve

tesis atıkları

Yüksek,

aşamalı

Yerinde

Yükselen

Kum, kilsiz

şlam Çevresel,

siklonOrta Orta

Doğal

toprak,

maden ve

tesis atıkları

Orta,

aşamalı

Madencilikte Atık Yönetimiı

*CVRD,Brumadinho (Brezilya), demir madeni atık barajı kazası 110 ölü, 238 kayıp

Yerüstü Atık Bertaraf Yapılarının Yerleşimi:

• Vadiyi Kesen: (a) Tekli, (b) çoklu.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Yerüstü Atık Bertaraf Yapılarının Yerleşimi:

• Yamaç tipi: (a) Tekli, (b) çoklu.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Yerüstü Atık Bertaraf Yapılarının Yerleşimi:

• Vadi dibi tipi: (a) Tekli, (b) çoklu.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Yerüstü Atık Bertaraf Yapılarının Yerleşimi:

• Ova tipi: (a) Tekli, (b) çoklu.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Yerüstü Atık Barajlarının Tasarım Ölçütleri:

• Depolama Kapasitesi:

• Sedde Şev Açısı:

FOS= tanφ/tani = 1,5-2,0;

i=20-25o

• Sedde Yüksekliği ve Genişliği:

Yükseklik: 50-60 m, maksimum 200 m.

Üst genişliği: 6-10 m.

• Depreme Dayanıklılık:

Yasal düzenlemelere bağlı. Yüksek güvenlik için, barajın

yapıldığı yerde kaydedilmiş en yüksek «g» değeri alınmalıdır.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Yerüstü Atık Barajlarının Tasarım Ölçütleri:

• Su Yönetimi:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Su Bütçesi:

Baraja Gelen Su Barajdan Çıkan Su

Tesisten gelen su Tesise geri beslenen su

Yağıştan gelen su Buharlaşan su

Su toplama havzasından gelen su Atık barajında hapsolan su

Sızan su

Deşarj edilen su

Toplam Gelen Su Toplam Çıkan Su

Atık barajları, maksimum yağış ve sel koşullarında da güvenli bir

biçimde işlevlerini yerine getirmelidir. Yüzyılda bir görülen ve 72 saat

boyunca devam eden sel ve/veya yağışı sorunsuz depolayabilmelidir.

Sedde Su Tablası:Baraj seddesinde su tablasının konumu, barajın yapımında

kullanılan malzemelerin geçirgenliğine bağlıdır. Su tablası, sedde

içinde mümkün olduğu kadar düşük seviyede olmalı, seddenin dış

yüzeyinde görülmemelidir.

(a) Heyelan olasılığı (su tablası seviyesi) yüksek sedde

Madencilikte Atık Yönetimiı

Sedde Su Tablası:Baraj seddesinde su tablasının konumu, barajın yapımında

kullanılan malzemelerin geçirgenliğine bağlıdır. Su tablası, sedde

içinde mümkün olduğu kadar düşük seviyede olmalı, seddenin dış

yüzeyinde görülmemelidir.

(b) Heyelan olasılığı (su tablası seviyesi) düşük sedde

Madencilikte Atık Yönetimiı

Sedde Su Tablası:Baraj seddesinde su tablasının konumu, barajın yapımında

kullanılan malzemelerin geçirgenliğine bağlıdır. Su tablası, sedde

içinde mümkün olduğu kadar düşük seviyede olmalı, seddenin dış

yüzeyinde görülmemelidir.

(c) Farklı geçirgenlikteki malzemeler ile inşa edilen yüksek güvenlikli sedde

Madencilikte Atık Yönetimiı

Geçirimsiz tabaka, k1

Filtre, k2

Drenaj, k3

k6 k5

k1<k2<k3>k6 ve k5

Sedde Yıkılmaları:Seddeyi aşma

Madencilikte Atık Yönetimiı

Sedde heyelanı:

Atık Barajlarında Sızıntı Kontrolü:i. Sızıntı Engelleri:

(a) Kil dolgu

(b) Çamur duvarı

(c) Çimento enjeksiyon perdesi

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Barajlarında Sızıntı Kontrolü:ii. Sızıntı Toplama ve Geri Pompalama:

(a) Sızıntı toplama kanalı

(a) Sızıntı toplama kuyusu

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Barajlarında Sızıntı Kontrolü:iii. Astarlar:

• şlam astar, k=10-4-10-6 cm/san.

• kil (doğal toprak veya bentonit) astar, k=10-8-10-10 cm/san

• beton astar,

• sentetik (jeomemberan), k=10-10-10-12 cm/san

Sentetik ağJeomemberanSıkıştırılmış kil

Zemin

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Barajlarında Sızıntı Kontrolü:iii. Astarlar:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atık Bertaraf Seçeneklerinin Değerlendirilmesi:

Topografik özellikler:%15 eğimden daha dik,Ulaşılması sorunlu yerler.İklimsel etkenler:Hakim rüzgarlara tamamen açık, koruma sağlanamayan,Şiddetli hava koşullarının bertaraf işlerini etkileyebileceği yerler.Arazi kullanımı ve ekolojik özellikler:Önemli mesire yerleri,Yaban hayvanların hassas çoğalma ve yaşam alanları,Hassas ekosistem ve tehlike altında türlerin bulunduğu yerler,Madencilik yapılan yerler,Arkeolojik niteliği olan yerler,Tarım alanları,Diğer sanayi etkinliklerinin olduğu yerler,Hidrolojik Koşullar: Su toplama havzası 15 km2’den daha büyük yerler,Yeraltı suyunun çıkış yerleri.Jeolojik Koşullar:Ana fay hatları,Kolayca taşınabilen ve yüksek geçirgenliğe sahip alüvyonlu yerler,Karstik oluşumlar.Olasıl cevherleşme bölgeleri.Yasalarla atık bertarafı yasaklanmış diğer yerler.

Atık alanı olarak kullanılamayacak yerler:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atıklardan Asit Kaya Drenajı (ARD):Hangi form ve irilikte olursa olsun, maden atıklarının, özellikle metalik maden atıklarının,

asit kaya drenajına (ARD) neden olma olasılığı vardır. ARD nedeniyle suların pH’ı düşer ve

ağır metal konsantrasyonları artar. Her iki durumda çevresel açıdan olumsuzdur.

Matsuo, Japonya kükürt yer altı madeni, 1914-1971

Madencilikte Atık Yönetimiı

Matsukawa Nehri

Kitakami Nehri

Arıtmadan önce Arıtmadan sonra

Arıtma Tesisi, 1982

Atıklardan Asit Kaya Drenajı (ARD):Neden ve nasıl olur: ARD’ye malzeme bünyesinde bulunan «S» neden olur.

2FeS2(s) + 7O2(g) + 2H2O(l) = 2Fe2+(aq) + 4SO42−(aq) + 4H+(aq)

4Fe2+(aq) + O2(g) + 4H+(aq) = 4Fe3+(aq) + 2H2O(l)

FeS2(s) + 14Fe3+(aq) + 8H2O(l) = 15Fe2+(aq) + 2SO42−(aq) + 16H+(aq)

Fe3+ + 3H2O <--> Fe(OH)3 (s) + 3H+

Her kayacın hem asit üretme potansiyeli (AP),

hem de asit nötralizasyon potansiyeli (NP) vardır.

AP ve NP CaCO3 eşdeğeri olarak ifade edilir. Genellikle, kg CaCO3 /1 ton kaya

olarak hesaplanır.

AP ve NP hesaplanarak bir kayanın asit üretme potansiyeli hesaplanır. Bu hesaba

ABA (Acid-Base-Accounting) denir.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atıklardan Asit Kaya Drenajı (ARD):Bir kayanın asit üretme potansiyeli statik ve dinamik testlerle yapılabilir. Statik test kısa

sürede yapılabilir ve kayanın mümkün olan en yüksek AP değerini ortaya koyar. Dinamik

testler, kayanın davranışını belirlemede daha gerçekçidir.

Statik ABA testi (Sobek yöntemi de denir) aşağıdaki gibi yapılır.

AP değeri için, Kayanın içindeki «S» değeri analiz edilir.

32 gr S’ü nötralize etmek için 100 gr CaCO3, gerektiğine göre; 1 birim S’ün eşdeğeri

100/32=3,125 birim CaCO3’tır. O halde, asit üretme potansiyeli olarak, %1 S içeren bir

malzemenin AP’si endüstride kullanıldığı biçimiyle: 31,25 kg CaCO3 (eşdeğer)/1 ton kaya

veya 31,25 ton CaCO3 (eşdeğer)/1000 ton kaya olarak değerlendirilir.

NP değeri, titrasyon ve “fizz” testi ile belirlenir.

Titrasyon: Belli derişimdeki asitle belli miktar malzemenin süspansiyonunun pH’nın 6 (

ya da 3,5) indirilmesi içinin gerekli asit miktarı.

Fizz testi: Belli derişimdeki asidin belli miktar malzemenin üzerine döküldüğü zaman gaz

(CO2) çıkışının bittiği («fizzzz» sesinin kesildiği) zamana kadar harcanan asit belirlenir.

1 Birim S 1 Birim H2SO4 + 1 Birim CaCO3 H2CO3+CaSO4

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atıklardan Asit Kaya Drenajı (ARD):

Örnek: Analizler, atık olarak depolanacak kayanın içinde %1 S içerdiğini, ve bu

malzemenin fizz testinde 5 ml 1N HCl asit kullanıldığını göstermektedir. Bu atığın, net

AP’sı nedir.

Bu malzemenin AP’si 31,25 kg CaCO3/ 1 ton eşdeğeri AP değeri olduğu bulunmuştu.

NP’si aşağıdaki şekilde hesaplanır:

CaCO3+ 2HCl CaCl2+H2O+CO2

100 g CaCO3 için 2x37= 74 gr HCl tüketiliyorsa

X g CaCO3 için 5 ml x 37 g/1000 ml tüketilir.

Bu tüketime eşdeğer olan CaCO3 miktarı= (5x37/1000)x100/74=0,25 g olarak bulunur. 10

g öğütülmüş malzeme içinde 0,25 g CaCO3 eşdeğeri malzeme olduğuna göre, 1 ton kaya

içinde 25 kg CaCO3 eşdeğeri (veya 25 ton CaCO3/1000 ton) NP olduğu hesaplanır.

Madencilikte Atık Yönetimiı

Atıklardan Asit Kaya Drenajı (AKD):Değerlendirme: Kayanın sahip olduğu net NP değeri üzerinden yapılır.

NNP=NP-AP

NNP<0 ise kaya asit üretme potansiyeline sahiptir.

Benzer biçimde;

NP/AP oranına bakılarak da bir değerlendirme yapılabilir.

NP/AP<1: Kaya asit üretme potansiyeline ve etkin önlem alınmalıdır.

1<NP/AP<3: Kayanın asit üretme potansiyeli zayıftır, dikkatlice bertaraf edilmelidir.NP/AP>1: Kayanın asit üretme potansiyeli yoktur, ARD yönünden herhangi bir işlem yapılmadan

bertaraf edilebilir.

Örnekte:

AP=31,25 kg CaCO3/ton kaya

NP= 25 kg CaCO3/ton kaya

NP/AP=0.80 olup, değelendirilen kayanın asit üretme potansiyeli yüksektir ve önlem

alınarak bertaraf edilmelidir.

Madencilikte Atık Yönetimiı

AKD KONTROLÜ:Üç şekilde yapılır:

1. ARD’nın oluşumunu önlemek. Kayanın içinde S, su hava ve bakterinin herhangi

birinin girmesini engeleyerek.

2. Oluşan ARD’nin yayılmasını önlemek.

3. ARD’yi CaCO3, CaO, Ca(OH)2, NaOH, Na2CO3, CaCO3.MgCO3 ile

nötürleştirmeye tabi tutarak veya insan yapımı bataklıklarda tutarak.

Pasif AKD nötürleştirme sistemleri

Madencilikte Atık Yönetimiı

AKD KONTROLÜ:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Aktif nötürleştirme sistemleri

SİYANÜR BOZUNDURMA:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Doğal Bozundurma:

Gelen atık: 20 mg/l CN- →Bozunan çözelti: 1 mg/l CN-

Kimyasal Bozundurma:

INCO SO2/Hava Prosesi

SO2 + O2 + H2O + CN- 2OCN- + SO4-2 + 2H+Cu+2 Katalizör

OCN- + H+ + H2O → CO2 + NH3

Siyanür Türleri:WAD Siyanür: Serbest siyanür (HCN ve CN-)+zayıf asitle ayrışan siyanür

kompleksleri

Toplam Siyanür: WAD+Fe-siyanür kompleksleri (güçlü)

SİYANÜR BOZUNDURMA:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Kimyasal Bozundurma:

Hidrojen Peroksit

H2O2 + CN- OCN- +H2OCu+2 Katalizör

Alkali Klorlama

Cl2+ 2NaOH+CN- OCN- +2NaCl+H2O

Caro Asidi

H2SO5+ +CN- OCN- +SO4-2+2H+

H2O2 + H2SO4 → H2SO5 + H2O

SİYANÜR BOZUNDURMA:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Kimyasal Bozundurma:

Ozonlama

O3 + CN- OCN- +O2

Ferro siyanür olarak çöktürme

Fe+2+ 6CN- (FeCN)64-

2Fe+2+(FeCN)64- Fe2(FeCN)6

Caro Asidi

H2SO5+ +CN- OCN- +SO4-2+2H+

H2O2 + H2SO4 → H2SO5 + H2O

SİYANÜR KAZANMA:

Madencilikte Atık Yönetimiı

2CN- + H2SO4 → 2HCN(aq) + 2SO4-2 (asitleştirme)

HCN(aq) → HCN(g) (sıyırma)

HCN(g) + NaOH → NaCN + H2O (soğurma)

HCN

(aq)CN-

pH

pC

9,3

ATIKLARIN KULLANIMI:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Bor atıkları, uçucu küller, kömür hazırlama atıkları, vb

atıkların inşaat malzemesi yapımında kullanılması.

Piritli atıkların, alkali toprakların iyileştirilmesinde

kullanılması.

Test bitkisi ile sera çalışması

ATIKLARIN KULLANIMI:

Madencilikte Atık Yönetimiı

Toz mermer atıklarının asidik toprakların iyileştirilmesinde

kullanılması. Bulancak, Giresun’da fındık için yapılan arazi

çalışmalarında tarım kirecine eşdeğer verim artışı, ̴ %40.

Test bitkisi ile sera çalışması

Parça mermer atıkları, mozaik ve kaldırım döşemesi, Portekiz

ve Brezilya

Attığın malzemeyi «atık» diyerek geçme, tanı*

*Milli şairimiz Mehmet Akif Ersoy’un affına sığınarak.