Кіріспе
Пайдалы кендерді кеннен бөлуден қалған материалдар. Тау-кен өндірісінде қалдықтар немесе құйрықтар – пайдалы фракцияны кеннің экономикалық емес фракциясынан (бангысынан) бөлу процесінен кейін қалған материалдар. Кеннен минералдарды алу екі жолмен жүзеге асырылады: су мен гравитация күші арқылы құнды минералдарды шоғырландыру, немесе қатты тау жынысын өндіру, онда кен бар тау жынысын ұнтақтап, содан кейін ізделінетін материалды шоғырландыру үшін химиялық реакциялар қолданылады. Соңғы жағдайда, кеннен минералдарды алу үшін ұсақтау қажет, яғни мақсатты элементтерді алуды жеңілдету үшін кенді ұсақ бөлшектерге дейін ұсақтау қажет. Осы ұсақтау процесінің нәтижесінде, қалдықтар құм түйіршігінің мөлшерінен бірнеше микрометрге дейінгі ұсақ бөлшектердің қоспасынан тұрады. Қалдықтар ауыр металдар, сульфидтер және радиоактивті заттар сияқты улы химиялық заттардың қауіпті көзі болуы мүмкін. Бұл химиялық заттар әсіресе су қоймаларында, қалдықтар тоғандарының артында сақталған кезде қауіпті. Бұл тоғандар тоған бөгеттерінің ірі бұзылуларына немесе ағып кетулеріне ұшырауы мүмкін, бұл Британдық Колумбиядағы Маунт-Полли апаты сияқты экологиялық апаттарға әкеледі. Осы және басқа да экологиялық мәселелерге байланысты, мысалы, жер асты суларының ағып кетуі, улы эмиссиялар және құстардың өлімі, қалдықтар үйірлері мен тоғандарына көбірек назар аударылуда, әсіресе дамыған елдерде. Бірақ қалдықтарды басқару бойынша БҰҰ деңгейіндегі алғашқы стандарт тек 2020 жылы бекітілді. Бұл қалдықтарда мыс пен никель кенінен, сондай-ақ көмірден шығарылатын пирит (FeS2) және темір(II) сульфиді (FeS) көп мөлшерде кездеседі. Жер астында зиянсыз болса да, бұл минералдар микроорганизмдердің қатысуымен ауамен реакцияға түседі, егер дұрыс басқарылмаса, топырақ қышқылдануына әкеледі.
In mining, tailings or tails are the materials left over after the process of separating the valuable fraction from the uneconomic fraction (gangue) of an ore. Tailings are different from overburden, which is the waste rock or other material that overlies an ore or mineral body and is displaced during mining without being processed. The extraction of minerals from ore can be done two ways: placer mining, which uses water and gravity to concentrate the valuable minerals, or hard rock mining, which pulverizes the rock containing the ore and then relies on chemical reactions to concentrate the sought after material. In the latter, the extraction of minerals from ore requires comminution, i. e., grinding the ore into fine particles to facilitate extraction of the target element(s). Because of this comminution, tailings consist of a slurry of fine particles, ranging from the size of a grain of sand to a few micrometres. Tailings are likely to be dangerous sources of toxic chemicals such as heavy metals, sulfides and radioactive content. These chemicals are especially dangerous when stored in water in ponds behind tailings dams. These ponds are also vulnerable to major breaches or leaks from the dams, causing environmental disasters, such as the Mount Polley disaster in British Columbia. Because of these and other environmental concerns such as groundwater leakage, toxic emissions and bird death, tailing piles and ponds have received more scrutiny, especially in first world countries, but the first UN level standard for tailing management was only established 2020. These tailings contain large amounts of pyrite (FeS2) and Iron(II) sulfide (FeS), which are rejected from the sought after ores of copper and nickel, as well as coal. Although harmless underground, these minerals are reactive toward air in the presence of microorganisms, which if not properly managed lead to acid mine drainage.
Фосфатты тау-кен өндірісі
Жыл сайын фосфатты тыңайтқыштар өндіру үшін фосфатты тау жыныстарын өңдеу нәтижесінде 100 миллионнан 280 миллион тоннаға дейін фосфогипс қалдықтары түзіледі деп бағаланады. Фосфогипс пайдасыз және көп мөлшерде болатындықтан, сонымен қатар табиғи түрде кездесетін уран мен торийдің, сондай-ақ олардың ыдырау өнімдерінің болуына байланысты радиоактивті. Уран нарығындағы бағаға байланысты, уранды өндіру, қоршаған ортаға радиоактивті ауыр металдардың зиянын азайту сияқты қосымша стимулдарсыз да экономикалық жағынан тиімді болуы мүмкін.
Алюминий
Боксит қалдықтары – алюминийді өнеркәсіптік өндіру барысында түзілетін қалдық өнім. Жыл сайын өндірілетін шамамен 77 миллион тоннаны басқару алюминий кенін өндіру өнеркәсібі үшін ең ірі мәселелердің бірі болып табылады.
Экономика
Алғашқы кен өндіру операциялары көбінесе жабылғаннан кейін қалдықтар аймақтарын қоршаған орта үшін қауіпсіз етуге жеткілікті шаралар қолданбады. Қазіргі заманғы кен орындары, әсіресе кен өндіру ережелері жақсы дамыған және жауапты компаниялар басқаратын аймақтарда, қалдықтарды қайта жаңарту мен дұрыс жабуды өздерінің шығындары мен іс-әрекеттеріне қосады. Мысалы, Канаданың Квебек провинциясы, кен өндіруді бастамас бұрын жабу жоспарын ұсынуды ғана емес, сонымен қатар болжамды қайта жаңарту шығындарының 100% құрайтын қаржылық кепілді де талап етеді. Қалдықтар тоғандары көбінесе кен жобасы үшін ең маңызды экологиялық тәуекел болып табылады. Кен қалдықтары минералдардың үлкен ашық бетінің болуына байланысты көміртегіні сіңіруде экономикалық құндылыққа ие болуы мүмкін.
Қоршаған ортаны қорғау
Кейбір мыс кендері үшін таужынысының қалдықтарының үлесі 90-98% аралығында, ал басқа, құны төмен минералдар үшін – 20-50% болуы мүмкін. Кен өндіру және өңдеу процесінде бөлініп шыққан тазаланбаған минералдар мен тау жыныстары қоршаған ортаға зиян келтіру қаупін тудырады: улы металдарды (арсен және сынап – екі негізгі себепкер), қышқылды дренаж (әдетте сульфид кендеріне микробиологиялық әсер ету арқылы) немесе таза суға тәуелді су жануарларына зиян келтіру арқылы. Қалдықтар сақтау тоғандары да қышқылды дренаж көзі болуы мүмкін, бұл қалдық бөгеті арқылы өтетін суды үнемі бақылау және тазалау қажеттілігіне әкеледі. Кенді тазалауға кеткен шығын, қышқылды дренаж болған жағдайда, кен өнеркәсібінің бағалауынан 10 есе артық болған. Қалдықтар бөгетінің бұзылуынан туындаған басқа да апаттар: 2000 жылғы Бая-Маредегі цианидтің төгілуі және Аджка алюминий зауытының апаты. 2015 жылы Бразилияның Минас-Жерайс штатындағы Германо кен кешеніндегі темір кенінен алынған қалдықтар бөгетінің бұзылуы елдегі ең ірі экологиялық апатқа айналды. Бөгеттің бұзылуы салдарынан су тасқынынан 19 адам қаза тауып, Дос өзенінің 400 шақырымға жуық бөлігі уытты сумен ластанды, содан кейін Атлант мұхитына құйылды.
Адам құқықтары
Таратылған қалдықтар көбінесе ауылдық жерлерде немесе әсіресе жергілікті халықтар сияқты әлеуметтік жағдайы нашар қауымдастардың жанында орналасады. Таратылған қалдықтарды басқару жөніндегі жаһандық стандарт "таратылған қалдықтарды басқару қондырғысының немесе оның күйреуінің салдарынан ең көп тәуекелге ұшырайтын адамдарды анықтау және оларға қатысты шаралар қабылдау үшін адам құқықтарын сақтау бойынша міндетті тексеру процесі қажет" деп көрсетеді.
Сақтау әдістері
Тарихи тұрғыдан алғанда, қалдықтар ең қолайлы жолмен, мысалы, ағын суға немесе дренажға тасталатын. Осы шөгінділердің суда болуы және басқа да мәселелерге байланысты қалдықтар сақтау тоғандары қолданысқа енді. Қалдықтар мен тау жынысы қалдықтарын басқарудағы тұрақтылықтың мәселесі – материалды инертті ету немесе, егер мүмкін болмаса, тұрақты және қауіпсіз жағдайда сақтау, су және энергия жұмсалуын азайту, қалдықтардың жер бетіндегі іздерін барынша азайту және оларға баламалы қолданыстар табу болып табылады. Бұл суспензия – қалдықтарды сақтау аймағына жіберілген, судағы қалдықтардың сұйытылған ағыны. Қазіргі кездегі қалдықтарды жобалаушы, судың қанша мөлшерде алынып тасталғанына байланысты, қалдықтар өнімдерінің әртүрлі түрлерін таңдауға мүмкіндік алады. Қалдықтарды сақтау орындарында сұйық қалдықтар суспензиясын ұстап тұру және қоршаған ортаға тигізетін зиянды болдырмау үшін битумді геомембраналар (БГМ) сияқты арнайы тосқауылдар жиі талап етіледі. Суды алу, кейбір жағдайларда жақсырақ сақтау жүйесін құруға (мысалы, құрғақ үйілу, төменде қараңыз) ғана емес, сонымен қатар суды қайта пайдалануға көмектеседі, бұл көптеген кен орындары шөлейт аймақтарда орналасқандықтан маңызды мәселе болып табылады. Алайда, 1994 жылы қалдықтарды жинау орындары туралы сипаттамасында АҚШ Қоршаған ортаны қорғау агенттігі (EPA) сусыздандыру әдістері ерекше жағдайларды қоспағанда, тым қымбатқа түсуі мүмкін екенін мәлімдеді. 2000 жылы әлемде шамамен 3500 активті қалдықтар жинау орындары бар екені есептелді.
Құрғақ үйілу
Таратылған қалдықтарды көлдерге жинаудың немесе оларды суспензия түрінде мұхиттарға, өзендерге немесе ағыстарға жіберудің қажеті жоқ. Таратылған қалдықтарды вакуумдық немесе қысымды сүзгілер арқылы кептіру практикасы кеңінен қолданылуда, содан кейін қалдықтар үйіліп жиналады. Бұл суды үнемдеуге мүмкіндік береді, нәтижесінде қоршаған ортаға тигізетін әсер азаяды, мысалы, сіңу жылдамдығының төмендеуі, қолданылатын аумақтың азаюы, қалдықтардың тығыз және тұрақты күйде қалуы және кен өндірісі аяқталғаннан кейін көлдерге байланысты болатын ұзақ мерзімді жауапкершіліктің жойылуы. Дегенмен, құрғақ үйіліп жиналған қалдықтардың артықшылықтары болғанымен, мұндай жүйелер көбінесе сүзгі жүйелерін сатып алу және орнату құнының жоғары болуына, сондай-ақ олардың пайдалану шығындарының артуына (әдетте электр энергиясын тұтыну және сүзгі матасы сияқты материалдар) байланысты өте қымбатқа түседі.
Жер астындағы жұмыстарға сақтау
Ашық шұңқырларға тастау әдетте қарапайым операция болып табылады, ал жер астындағы қуыстарға тастау күрделірек. Қазіргі заманғы кең таралған тәсіл – қалдықтардың белгілі бір мөлшерін қалдықтардан алынған қоспа мен цементке араластыру, нәтижесінде жер астындағы қуыстар мен шахталарды толтыруға қолданылатын өнім жасау. Бұл үшін қолданылатын жиі қолданылатын термин – HDPF – жоғары тығыздықты паста толтыру. HDPF – қалдықтарды көлде сақтауға қарағанда қымбат әдіс, бірақ оның көптеген басқа да артықшылықтары бар – экологиялық емес, сонымен қатар жер асты қазбаларының тұрақтылығын айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді, себебі бұл жер стресін қуыстардың айналысынан емес, олар арқылы берілуіне жағдай жасайды, бұл Бейконсфилд кеніш апатында болғандай, кен өндіруден туындаған сейсмик оқиғалардың алдын алуға көмектеседі.
Өзендердегі қалдықтар
Көбінесе RTD – Өзенге қалдықтарды төгу деп аталады. Көптеген жағдайларда, бұл экологиялық тұрғыдан тиімді емес практика, бірақ бұрын кеңінен қолданылып, Тасманиядағы Маунт Лайелл тау-кен және теміржол компаниясының Кинг өзеніне келтірген ауқымды экологиялық зиянға немесе Бугенвилл аралындағы Пангуна кенінен болған улануға, аралдағы кең ауқымды әлеуметтік толқуларға және кенінің соңында толығымен жабылуына әкелді. Қалдықтардың тығыздығы мен температурасы бақыланбаса, олар ұзақ қашықтыққа таралуы немесе тіпті бетке шығуы мүмкін. Бұл әдіс Лихир аралындағы алтын кені қолданады; экологиялық белсенділер оның қалдықтарын жоюын өте зиянды деп есептейді, ал кен иелері оның зиянды емес екенін мәлімдейді.
Әртүрлі әдістер
Қалдықтарды жоюдың жақсы әдістерін табу және жетілдіру үшін үлкен күш-жігер мен зерттеулер жалғасуда. Поргера алтын кенішіндегі зерттеулер қалдық өнімдерін ірі қалдық тас және қалдық балшықпен біріктіру әдісін әзірлеуге бағытталған, нәтижесінде алынған материалды жалпы көріністегі қалдық үйінділерінде немесе қоймаларда жер бетінде сақтауға болады. Бұл өзендерге қалдықтарды төгуді тоқтатуға мүмкіндік береді. Әлі көп жұмыс жасау қажет. Дегенмен, бірлесіп қалдықтарды жою әдісі AMEC сияқты бірнеше жобалаушылармен, мысалы, Британдық Колумбиядағы Elkview кенішінде сәтті іске асырылды.
Микробиология арқылы тоғандарды қалпына келтіру
Мұнай құмынан мұнайды өндіру кезінде су, лай, саз және басқа да еріткіштерден тұратын қалдықтар да пайда болады. Бұл қатты заттар гравитация әсерінен пісіп жетілген ұсақ қалдықтарға айналады. Foght және авторлар (1985) ең ықтимал сандық әдістерге сүйене отырып, қалдықтар тоғанында әр миллилитрге 103 анаэробты гетеротрофтар және 104 сульфатты азайтушы прокариоттар бар екенін анықтады. Foght екі қалдық тоғанымен эксперимент жүргізді, ал археялар, бактериялар және қалдық тоғанынан бөлінетін газды талдау нәтижесінде олар метаногендер екені белгілі болды. Темеңдік артқан сайын, бөлінетін СН4 мөлшері азайды. Siddique (2006, 2007) қалдық тоғанындағы метаногендердің анаэробты деградация арқылы тіршілік ететінін және көбейетінін, бұл нафтанды алифалық, ароматты көмірсутектерге, көмірқышқыл газына және метанға дейін молекулалық салмағын төмендететінін хабарлайды. Бұл археялар мен бактериялар мұнайды тазарту процесінде қалдық деп есептелген нафтаны ыдырата алады. Бұл екі деградация өнімі де пайдалы. Алифалық, ароматты көмірсутектер мен метан адамдардың күнделікті өмірінде отын ретінде қолданылуы мүмкін. Басқаша айтқанда, бұл метаногендер пайдалану коэффициентін жақсартады. Бұдан әрі, бұл метаногендер қалдық тоғанының құрылымын өзгертеді және мұнай құмдарын өңдеу үшін тесік суын қайта пайдалануға көмектеседі. Археялар мен бактериялар қалдықтарды метаболизмдейді және ішіндегі көпіршіктерді бөліп шығарады, нәтижесінде тесік суы топырақ арқылы оңай өтеді. Олар пісіп жетілген ұсақ қалдықтардың тығыздалуын үдетеді, бұл қалдық тоғандарының қатты заттарды жылдам шөгуіне мүмкіндік береді, соның салдарынан қалдықтарды ертерек қалпына келтіруге болады. Сонымен қатар, қалдықтардан бөлінетін су мұнайды тазарту процесінде қолданылуы мүмкін. Суға деген қажеттілікті азайту, құрғақшылықтан қоршаған ортаны қорғауға көмектеседі.
Қайта өңдеу
Тау-кен өндірісінің техникасы мен минералдар бағасы жақсарғанда, қалдықтарды жаңа әдістермен немесе ескі әдістерді толықтырып, қосымша минералдарды алу үшін қайта өңдеу жиі кездеседі. Батыс Австралиядағы Калгурли / Боулдердегі кең ауқымды қалдықтар жинағыштары 1990 жылдары KalTails Mining компаниясымен табысты түрде қайта өңделді. PET4K өңдеу орнатылысы деп аталатын машина соңғы 20 жыл бойына түрлі елдерде ластанған қалдықтарды залалсыздандыруға қолданылып келеді.
Халықаралық саясат
БҰҰ және бизнес қауымдастықтары 2020 жылы Брумадиньо су тоғанының қирауынан кейін қалдықтарды басқару бойынша халықаралық стандартты жасады. Бағдарламаны БҰҰ Қоршаған ортаны қорғау бағдарламасы (БҰҰЖП), Халықаралық тау-кен және металлургия кеңесі (ХҚММ) және Жауапты инвестициялар қағидаттары ұйымдастырды.