Madenlerde Atık Yönetimi ve Macun Teknolojisi



Yüklə 31.04 Kb.
tarix30.01.2018
ölçüsü31.04 Kb.














Madenlerde Atık Yönetimi ve Macun Teknolojisi

  1. Giriş


Günümüzde sanayi hızla gelişmekte ve ham madde ihtiyacı bu gelişeme paralel olarak her geçen gün artmaktadır. Sürekli büyüyen bu ham madde ihtiyacı, ilerleyen teknolojinin getirdiği olanaklar ile birlikte daha düşük tenörlü cevherlerin, daha ince boyutlarda ekonomik olarak işlenmesini mümkün kılmıştır. Bunun doğal bir sonucu olarak da cevher hazırlama ve zenginleştirme tesislerinde açığa çıkan atık ve artık malzeme oranı giderek artmaktadır.

Ortaya çıkan atıkların uygun şekilde bertaraf edilmesi ve depolanması hem ekonomik boyutlarıyla hem de çevresel boyutlarıyla maden endüstrisinin son yıllarda büyüyen sorunlarından bir tanesidir. Dünyada ve ülkemizde bu soruna çözüm üretmek amacıyla çeşitli araştırmalar yapılmış ve belirli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemler arasında “Macun Teknolojisi” sağladığı faydalar bakımından öne çıkmaktadır.


  1. Maden Atıkları


Maden atıkları, cevher hazırlanması ve zenginleştirilmesi sürecinde cevher ekonomik olarak kazanıldıktan sonra geriye kalan, çoğunlukla gang mineraller ve çok az bir miktarda günümüz şartlarında ekonomik değeri olmayan cevher içeren, ince taneli bir son üründür. Maden atıkları işlem tipine bağlı olarak yüksek oranda su içerebilen, çok ince taneli pülp kıvamında bir malzeme özelliği gösterir. Kimyasal içerikleri ise son derece karmaşık olabilmektedir. Maden atıkları, üretilen cevherin fiziksel, kimyasal, jeolojik özelliklerine bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Bu nedenle atıkların özelliklerinin isabetli bir şekilde belirlenmesi ve davranışlarının anlaşılması önemlidir.

Yine bu bağlamda atıkların özelliklerine, çevresel etkilerine, depolanma ve bertaraf şekillerine ve depolandıkları bölgenin iklimsel ve jeolojik şartlarına göre sınıflandırılması da dikkat edilmesi gereken bir husustur. Sıcak – soğuk iklim, kurak veya yağışlı iklim, sismik olarak aktif ya da inaktif bölge, yerleşim yerlerine olan yakınlığı, yeraltında veya yer üzerinde depolanması, su seviyesi altında veya üzerinde depolanması, depolanma yöntemi, asit üretme potansiyeli gibi parametreler sınıflamaya etki etmektedir.

Özellikle polimetalik ve sülfürlü maden atıkları ağır metal içerikleri ve asit üretme kabiliyetleri nedeniyle büyük çevresel tehditler oluşturmaktadır. Sülfürlü mineraller oksijen ile temas ettiklerinde oksidasyon sürecine girer ve sülfirik asit oluştururlar. Ortamın pH’ını daha da düşüren bu asidite, atık içerisindeki ağır metallerin çözülerek suya karışmasına sebep olur. Bu fenomene asit maden drenajı adı verilmektedir. Asit maden drenajı bir kez ortaya çıktığında sürecin geri çevrilmesi çok zor ve çevresel etkilerinin ortadan kaldırılması ise çok büyük maliyetlere neden olmaktadır. Asit maden drenajı uygun koşullarda yüzlerce yıl devam edebilir.

Atıkların depolanması ise üzerinde çok fazla çalışma yapılmış bir konudur. Atık tipine en uygun, en güvenli ve ekonomik depolama yönteminin tespit edilmesi zor bir görevdir. Atıkların çevresel etkilerinin minimize edilerek bertaraf edilmesi ise hem yasalar hem de çevresel sorumluluk bilinci dahilinde bir zorunluluktur. Dünyada ve ülkemizde son yıllarda gündeme gelen, atıklarla ilgili çevresel facialar ise bu konuya daha da fazla özen gösterilmesine sebep olmuştur. Avrupa’nın en büyük çevresel felaketlerinden bir tanesi olan Stava (1985, İtalya) faciasında 250 bin metreküp atık saatte 90 kilometreye varan bir hızla kilometrelerce akarak yoluna çıkan köyleri gömmüş, 268 insanın hayatını kaybetmesine neden olmuştur. Amerika Birleşik Devletleri’nin Montana eyaletinde yer alan Golden Sunlight madeni ise asit maden drenajı nedeniyle büyük problemler yaşamaktadır.


  1. Maden Atıklarını Depolama Yöntemleri

    1. Atık Barajları


Geleneksel atık barajları, bir baraj inşa edilmesiyle hem suyun hem de atıkların birlikte depolanmasında kullanılan geleneksel bir yöntemdir. Baraj ve set tipi olmak üzere iki ana türü bulunur. Arasındaki başlıca fark ise baraj tipinde bütün yapının üretim faaliyetleri başlamadan önce bütünüyle planlanmış ve tek seferde bütünüyle inşa edilmiş olması zorunluluğudur. Öte yandan set tipinde ise depolama kapasitesine erişildikçe veya kapasite artımına gidilmesi gerektiğinde setin yükseltilebilmesi seçeneği mevcuttur. Set tipinin sunduğu bu kademeli inşaat olanağı esneklik kazandırmaktadır ancak her bir kademenin inşaatında gerekli olan dolgu malzemenin artan miktarı maliyetlerin de katlanarak artmasına neden olmaktadır.

Set ve baraj tipi geleneksel depolama uygulamalarında statik ve sismik-dinamik yükler yenilmelerin ve atığın büyük alanlara yayılarak çevresel felaketlere neden olmasının başlıca sebebidir. Özellikle bir deprem ülkesi olan Türkiye’de bu nokta ayrıca önem kazanmaktadır.


    1. Yer altı Dolgusu


Atıkların susuzlandırılarak katı içeriklerinin yükseltilmesiyle, üretim sürecinde yeraltında oluşan boşlukların doldurulmasında kullanımı yaygındır. Bu uygulama hem yüzey deplasmanı (Tasman) toleransı olmayan sahalarda üretimin güvenli bir şekilde devam etmesine yardımcı olurken, hem de yüzeyde depolanması gereken artık miktarını da %50’ye kadar azaltabilmektedir. Doğası gereği mekanik dayanımları çok düşük olan atıkların üzerine gelen yükü taşımalarını sağlamak ve dayanımını artırmak için çimento ve çimento katkıları kullanılır. Susuzlandırma ve çimento kullanımı maliyetleri büyük oranda olumsuz etkilese de çimento içerisindeki alkaliler ile asidikliği nötrleyebilmesi ve dayanım kazandırması bakımından kaçınılmazdır. Bu paradoks atıkların yeraltında çimentolanarak depolanmasında karışım oranlarının optimize edilmesini zorunlu kılmaktadır. Uygulamanın başarısı optimizasyonun kalitesi ile orantılı olacaktır.

Öte yandan katı içeriği yüksek ve çimentolu atıkların yeraltında boşluklara nakledilmesi, dolgunun uygulanış biçimi kritik önem arz etmektedir. Madenden madene değişecek olan özelliklere bağlı olarak atıklar kadar uygulama formatının da optimizasyonu zorunludur. Uygun pompa ve boru seçimi, uygulamanın şeklinin doğru belirlenmesi, malzemenin yerinde denenmesi ve davranışlarının belirlenmesi, uzun ve kısa vade de mekanik ve jeokimyasal davranışlarının saptanması uygulama süresince yöntemin sürekli bir evrimleşme içerisinde olmasını gerektirir.


    1. Açık Ocak İçerisinde Depolama


Atıkların, faaliyeti durmuş olan açık ocakların içerisinde gölet oluşturmak suretiyle depolanması pek yaygın olmasa da örnekleri olan bir uygulamadır. Ancak Bu yöntemin ciddi bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Özellikle uzun vadede yer altı suyunun kirlenmesi riski söz konusudur. Homojen olmayan ve kontrolsüz kuruma sebebiyle zayıf konsalidasyon ve dayanım kayıpları ortaya çıkmaktadır. Sıvılaşan atıklar yer altı suyuna karışabilir veya yüzeyde ciddi deplasmanlar yaratabilir.
    1. Kuru İstifleme


Kuru istifleme yöntemi maden atıklarının katı konsantrasyonlarının %90 – 95’lere kadar arttırılarak yüzeyde depolanmasıdır. Böyle bir malzeme artık içerisinde çok az nem içeriği bulanan katı bir malzemedir. Pompalanarak nakledilmesi mümkün olmadığı için kamyonlarla veya bant konveyörler ile nakledilir. Yüzeye yerleştirilme işlemi de yine makineler aracılığı ile gerçekleştirilir. Malzemenin susuzlandırılmasında ise thickenerler ve filtreler kullanılmaktadır.

Oluşan yığın artık kuru bir yığındır ve doygun olmayan malzemeden oluşmaktadır. Oluşan istif dinamik yüklere dayanıklı olduğundan deprem riski olan bölgelerde kullanımı bulunmaktadır. Aynı zamanda soğuk iklimlerde boru içlerinde gerçekleşen donma riski bu yöntemde ortadan kalkmaktadır. Kurak iklimlerde suyun sızarak yer altı doğal su kaynaklarına karışma riski bulunmamaktadır. Yine kurak iklimlerde proses suyu büyük oranda geri kazanıldığından madenin su ihtiyacı azaltılmaktadır.


    1. Susuzlandırılmış Atıkların Yüzeyde Depolanması


Atıkların susuzlandırılarak belirli bir kıvama getirilmesi ve daha sonra yüzeyde uygun şekillerde belirlenmiş sahalara pompalanarak depolanması yöntemidir. Burada amaç atıkların katı içeriklerinin nakliye ve depolama sırasında tane boyut dağılımında bir ayrışmanın gerçekleşmeyeceği düzeye kadar arttırılarak dayanım kazandırılmış artıkların, ayrıca bir destek yapısına ihtiyaç duymadan kendi kendini tutabilen şevler oluşturmasını sağlayarak depolamaktır. Atıklar katman katman depolanarak büzülme limitlerine kadar homojen şekilde kurumaları arzu edilir, böylelikle zemin sıvılaşması riski önlenmiş olur.

Bu yöntem, geleneksel yöntemler ile kıyaslandığında hem ekonomik hem de güvenlidir. Proses suyunun geri kazanımı mümkündür. Depolanacak suyun miktarı azaldığı ve malzeme kendi kendini tutabildiği için büyük barajların inşa edilmesine gerek yoktur. Tane boyutunda ayrışma olmadığı ve iyi konsolide oldukları için porozite çok düşüktür. Bu sayede su ve oksijen girişi sınırlandırılmış olur ve asit maden drenajına sebep olabilecek sülfürlü minerallerin oksitlenmesinin önüne geçilir. Maliyetlere etki eden en büyük faktör susuzlandırma ekipmanlarının maliyetleridir. Thickener ve filtrasyon ekipmanlarının, bu noktada yine projeye münhasır iyi bir optimizasyonu kaçınılmaz olmaktadır.


    1. Macun Teknolojisi


Macun, atıkların sıvı limitine kadar kıvamlaştırılarak macun davranışları benimseyen yeni bir malzeme elde edilmesidir. Bu malzeme düşük kesme gerilmelerinde katı ve daha büyük kesme gerilmelerinde ise sıvı davranışı benimseyecektir. Bu davranış akışkanlar mekaniğinde Non-Newtonian akışlardaki Bingham modeline uymaktadır. Malzemenin %85’lere yakın olan katı içeriği, tane ayrışmasının önüne geçmekte, malzemenin dayanımı artırmakta ve malzemenin hala pompalanabilir olmasını sağlamaktadır. Malzeme, mekanik ve jeokimyasal özelliklerinin arttırılması için çimento ve çimento katkıları ile karıştırılır. Mekanik ve kimyasal özellikleri iyileştirilmiş olan malzeme bir çok parametre açısından stabil bir yapı kazanır ve yüzeyde rahatlıkla depolanabilir.

Su içeriğinin düşmesi ile barajlara ve setlere olan ihtiyaç ortadan kalkar. İyi konsolide olmuş, doygun malzemenin porozitesi de düştüğünden oksijen ve su difüzyonu minimize edilerek asit maden drenajı riski engellenir. Sızıntı suyunun yer altı sularına karışma riski önlenir. Daha az su içeren ve daha dik şev açılarında stabil kalabilen malzeme, aynı hacim içen diğer yöntemlere göre daha az depolama sahası gereksinimi doğurur. Bir yenilme durumunda malzemenin viskozitesi çok düşük olduğunda büyük atık yayılımları gerçekleşmez ve çevresel felaketler görülmez.

Macun malzemenin hazırlanması için macun tesisi gereklidir. Böyle bir tesiste thickenerler, filtre sistemleri, karıştırıcılar bulunur. Thickenerler ve filtreler katı – sıvı ayrımı yapılarak proses suyunun uzaklaştırılmasında ve geri kazanılmasında, karıştırıcılar ise malzemenin homojenliğinin arttırılmasında ve çimento ile harmanlanmasında kullanılır. Maliyetlere doğrudan etki eden bu sistemin optimizasyonu büyük önem taşımaktadır.

Hazırlanan malzeme tesisten depolanacağı yere pompalar ve boru sistemi aracılığıyla nakledilir. Bu noktada boru çaplarının ve doğru pompaların tercih edilmesi sistemin başarısını doğrudan etkileyecektir.

Depolama sahasında malzeme birkaç metrelik kuleler aracılığıyla, konik yığınlar oluşturacak şekilde depolanır. Katman katman depolanan malzemenin belli bir süre konsolide olması ve kuruması beklenir. Böylelikle malzemenin üzerine ikinci bir katman gelmeden, ilk yerleştirilen katmanın tam dayanımını kazanmış olması sağlanır. Bu nedenle birden fazla boşaltım kulesi gereklidir. Birden fazla noktadan yapılan boşaltım, üretim sürecinde aksamaların yaşanmasını önler ve esneklik sağlar.

Macun malzemenin özelliklerinin tespit edilmesi için saha ve laboratuar deneyleri gereklidir. Bu deneyler mekanik, reolojik ve jeokimyasal deneylerdir.

Saha deneyleri; tesiste susuzlandırma ve filtrasyon, tam ölçekte pompa çevrimleri, slump ve dayanım testleri olarak sıralanabilir.

Laboratuar deneyleri ise; tane boyut dağılımı analizi, kimyasal element içeriği analizi, tane şekli, kompaksiyon eğrileri ve optimum yoğunluk analizi, likit limit analizi, porozite, geçirimlilik, slump ve su içeriği, çöktürme ve filtrasyon, boru içi akış testleri, kanal içi akış testleri, akma gerilmesi, basma dayanımı, kesme gerilmesi, proses suyu kalite analizi, vizkozite, sıvılaşma, konsolidasyon, kuruma çatlaklarının yoğunluğu analizi, su tutma eğrileri, v.b olarak gerçekleştirilmektedir. Aynı zamanda macun malzemenin davranışlarının simule edilmesi için fiziksel model tanklarda saha koşulları canlandırılarak laboratuar ortamında ölçümler ve analizler yapılmaktadır. Analizlerde kullanılacak sensör türleri ve yardımcı ekipmanları aşağıda yer almaktadır.



  • Decagon ® MPS-1 dielektrik su potansiyeli (emme) sensör

  • Decagon ® AT-TM toprak nem ve sıcaklık sensörü

  • Decagon Em50 Digital/Analog Datalogger

  • Decagon Datatrack Yazılım

  • Apoje ® SO-100 & 200 Serisi oksijen sensörü

  1. Zemin Mekaniği

Atıkların ve özel geliştirilmiş ürünlerin (köpüklü-kum uygulaması foamed-sand slurry) maden, inşaat ve tünelcilik uygulamalarında geniş bir kullanım alanı vardır. Bu ürünler yeraltında dolgu malzemesi olarak kullanılabildiği gibi, zemin iyileştirmede çatlak ve boşlukların doldurulmasında, yine tünel faaliyetlerinde su geliri olan çatlaklarda uygulanarak su gelirinin önlenmesi ya da şev stabilitesinin sağlanması gibi geniş bir kullanım alanına sahiptir.

  1. Uygulama Alanları;

  • Agrega ve Beton Uygulamaları

  • Atık Yönetimi- Macun Dolgu Teknolojisi

  • Zemin Mekaniği-Zemin İyileştirme Yöntemleri

  • Zemin Modellme Teknikleri (Plaxis vb ile)



İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,

Maden Mühendisliği Bölümü,

Maden İşletme Anabilim Dalı, Avcılar/İstanbul

Tel: 0 212 473 70 70 (19409-17875)

madenbb@istanbul.edu.tr http://www.istanbul.edu.tr/eng/maden/index.html

İstanbul Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,

Maden Mühendisliği Bölümü, Avcılar/İstanbul

Tel-Fax: 0 212 473 70 69-0212 473 71 80

madenbb@istanbul.edu.tr www.istanbul.edu.tr/eng2/maden/



Dostları ilə paylaş:


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©muhaz.org 2019
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə