___________________________________________________________________________
Ewaluacja rozwiązań projektowych i wyzwania
w zakresie rozbudowy Obiektu Unieszkodliwiania
Odpadów Wydobywczych Żelazny Most
o Kwaterę Południową
Zbigniew SKRZYPCZAK
KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hydrotechniczny, Lubin
Streszczenie
Omówiono ogólną charakterystykę Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most i wynikające z niej potrzeby technologiczne rozbudowy. Przedstawiono rozpa-trywane warianty wdrażania poszczególnych technologii i ścieżkę doboru przyjętych rozwią-zań. Scharakteryzowano zakres i wpływ badań pilotażowych na proces projektowania oraz zakres dalszych, planowanych badań, mających pozwolić na wielowątkową optymalizację procesu. Obejmować ma ona głównie zagadnienia technologiczne, ekonomiczne i geotech-niczne.
Słowa kluczowe: Żelazny Most, zagęszczanie odpadów, badania pilotażowe
Evaluation of design solutions and challenges related to the
extension of the Zelazny Most Tailings Storage Facility with the
Southern Extension
Abstract
The general characteristics of the Zelazny Most Tailings Storage Facility and resulting tech-nological needs of the expansion have been discussed. Variants of implementation of indi-vidual technologies and the path of selection of adopted solutions are presented. The scope and impact of pilot tests on the design process and the scope of further, planned research aimed at multithreaded process optimization were characterized. It covers mainly technologi-cal, economic and geotechnical issues.
Key words: Zelazny Most, thickened tailings, pilot test
1.
Opis Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych (OUOW)
Żelazny Most
Jeden z największych tego typu obiektów na świecie [1], powierzchnia ok. 1600 ha, otoczony zaporami o wysokości przekraczającej 70 m, gromadzi ponad miliard ton suchej masy odpadów poflotacyjnych w postaci drobno zmielonych skał oraz ponad 5 mln m sześc. wody nad osadowej, tworzącej akwen w środkowej części składowiska.
Rys. 1. Widok na południowo-zachodnią zaporę OUOW Żelazny Most
Ruda miedzi wydobywana przez KGHM Polska Miedź S.A. zawiera obecnie po-niżej 2% miedzi, zatem olbrzymia część urobku to odpad, który po procesie wzbo-gacania rud trafia na obiekt unieszkodliwiana odpadów wydobywczych. Wzbogaca-nie rud obejmuje m.in. ich mieleWzbogaca-nie, tym samym odpad zawiera ponad 50% ziaren poniżej 0,1 mm oraz w zasadzie nie zawiera ziaren większych niż 0,5 mm. W takiej postaci odpad gromadzony jest na OUOW Żelazny Most nieprzerwanie od 1977 r., co spowodowało osiągnięcie opisanych parametrów.
2.
Funkcja obiektu, technologia składowania poszczególnych
strumieni
Obiekt Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most pełni kilka funkcji jednocześnie:
magazynowanie (unieszkodliwianie poprzez składowanie) odpadów poflota-cyjnych w postaci mechanicznie rozdrobnionej masy skalnej,
klarowanie wody wykorzystywanej w procesie technologicznym, retencja wód technologicznych zabezpieczająca zmienność procesu, odbiór wód pochodzących z odwadniania kopalń.
W Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym działają trzy rejony wzbogacania rud miedzi: Lubin, Rudna i Polkowice, stanowiące wspólnie KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Wzbogacania Rud. Każdy z nich, z uwagi na przeróbkę nieco od-miennych rud, wytwarza odpad, różniący się składem granulometrycznym i minera-logicznym [2]. Proces wzbogacania wymaga użycia wody, więc schodzący z proce-su odpad to wodna zawiesina o koncentracji masowej ok. 14%. Hydromieszanina jest transportowana sieciami rurociągów na obiekt unieszkodliwiania. Odpad z ZWR rejon Rudna i Lubin, z racji zawartości frakcji piaszczystych, jest wylewany- -namywany przy koronach korpusu OUOW, skąd płynąc do środkowej części akwe-nu, segreguje się grawitacyjnie (rys. 3). Proces ten jest na tyle efektywny, że uzy-skiwany jest materiał o parametrach geotechnicznych, pozwalających na wbudowa-nie go w korpus zapór pierścieniowych. Tym samym odpad stanowi źródło materiału do nadbudowy obiektu, w którym jest on gromadzony, zatem jest to wykorzystanie odpadu jako materiału budowlanego. Odpad z rejonu Polkowice, zawierający w przeważającej części frakcje pylaste, jest odprowadzany wprost do środkowej części składowiska. Te drobne frakcje, gromadzone w środkowej części obiektu, stanowią materiał uszczelniający dno akwenu.
Rys. 3. Widok namywanej plaży, w tle rurociąg do zrzutu odpadów drobnoziarnistych Dzięki odpowiedniemu prowadzeniu namywów [15] na obwodzie składowiska ukształtowano nieckę w jego środkowej część, gdzie gromadzone są wody nad-osadowe. Części stałe zawiesiny sedymentując, powodują oczyszczanie się wody procesowej, której akwen ma powierzchnie ok. 450 ha oraz głębokość, dochodzącą do 3 m. Ta sklarowana woda ujmowana jest przy pomocy wież przelewowych i pompowana do ponownego użycia w procesie wzbogacania rud. Jest to po-wszechna praktyka prowadzenia gospodarki wodno-szlamowej na świecie [3].
3.
Ograniczenie rozbudowy OUOW Żelazny Most związane
z podłożem oraz zmiana technologii składowania, wynikająca
z powierzchni Kwatery Południowej oraz najlepszych
dostępnych praktyk
Obiekt zlokalizowany jest w obszarze o skomplikowanej budowie geotechnicznej, złożony układ warstw oraz duże zróżnicowanie parametrów geotechnicznych, jak również parametry geometryczne obiektu stanowią ograniczenie znacznej dalszej jego nadbudowy [4, 5]. Prowadzona analiza zachowania obiektu i jego współpracy z podłożem wykazała potrzebę znaczącego ograniczenia przyrostu naprężeń w czasie, a zatem przeniesienia głównego ciężaru eksploatacji na inny obiekt [1]. Ponieważ Żelazny Most jest jedynym czynnym obiektem unieszkodliwiana odpadów wydobywczych eksploatowanym przez KGHM Polska Miedź S.A., oczywista stała się konieczność budowy nowego składowiska.
Po przeprowadzeniu analiz jako lokalizację nowego obiektu wybrano teren bez-pośrednio przylegający do istniejącego składowiska od jego Południowej strony [11]. Jest to obszar o powierzchni około 600 ha, zatem znacznie mniejszy niż powierzch-nia dotychczas eksploatowanego OUOW. Ograniczenie obszaru nowego obiektu unieszkodliwiania wynika z ukształtowania terenu, warunków hydrogeologicznych, prowadzonej działalności górniczej i planów produkcji, zabudowy terenu, własności gruntów. Skutkiem ograniczenia obszaru jest brak możliwości utrzymania obecnej technologii eksploatacji na nowym składowisku przy obecnym poziomie produkcji odpadu. Powierzchnia nie pozwala na ukształtowanie odpowiednio dużego akwenu wodnego, pozwalającego na klarowanie wody, a mniejszy obwód koron uniemożli-wia utrzymanie wymaganych dotąd zasad namywu plaż.
Kolejną istotną przyczyną decyzji o zmianie dotychczasowej technologii, mimo że będzie to technologia generująca większe nakłady, było dążenie do zwiększenia bezpieczeństwa nowego obiektu. Ubożejące w cenne surowce rudy oraz coraz wy-dajniejszy proces wzbogacania przyczynia się do stopniowej zmiany krzywej uziar-nienia odpadów w kierunku zwiększenia zawartości frakcji drobnych względem piaszczystych [3, 6]. Ta zmiana, szczególnie w przypadku wysokich zapór, nieko-rzystnie wpływa na bezpieczeństwo obiektów, wznoszonych metodą upstream, czyli dotychczas stosowaną. Również światowe trendy, określane przez dokumenty BAT, czy wytyczne, określane mianem dobrych praktyk, publikowane zarówno przez agencje rządowe, jak i pozarządowe, wskazują, jako bezpieczniejsze, metody skła-dowania odpadów w postaci zagęszczonej i wznoszone metodą downstream [3, 4, 6-8]. Jest to związane zarówno z lepszą kontrolą parametrów technicznych zapory, jak i z ograniczeniem wielkości akwenu na tego typu składowiskach, a źródła poda-ją, że nawet do 50% awarii spowodowanych jest nieprawidłową gospodarką wodną na akwenie [6].
4.
Przetwarzanie całości strumienia odpadów w oparciu
o hydrocyklony i zagęszczacze grawitacyjne
Pierwotnie na podstawie wytycznych zespołu ekspertów międzynarodowych (jedne-go z głównych zespołów opiniujących przedsięwzięcia związane z rozbudową OUOW) i innych organów doradczych pojęto decyzję o opracowaniu dokumentacji projektowej, zakładającej przeróbkę przez rozsegregowanie i zagęszczanie
odpa-dów pochodzących z wszystkich trzech źródeł zasilających obiekt unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, tj. Zakładu Wzbogacania Rud (ZWR) rejon Rudna, Lubin i Polkowice. Dwie wiodące w branży przetwarzania odpadów wydobywczych firmy wykonały wstępne studium wykonalności takiego projektu. Ponieważ wnioski z nich płynące były obiecujące, tj. potwierdziły możliwość techniczną osiągnięcia zakłada-nych parametrów w ramach akceptowalzakłada-nych ram ekonomiczzakłada-nych, podjęto kolejne decyzje o rozwijaniu kierunku przeróbki odpadów. Zlecono firmie Golder Associates opracowanie projektu bazowego, obejmującego technologię przeróbki odpadów.
5.
Założenia projektowe stacji segregacji i zagęszczania odpadów
o zdolnościach przeróbczych, odpowiadających produkcji
odpadów przez wszystkie rejony Oddziału
Zakład Wzbogacania Rud
Projekt zakładał budowę stacji, pozwalającej na rozsegregowanie przy użyciu hy-drocyklonów, odpadów, co pozwoliłoby uzyskać materiał gruboziarnisty, wykorzy-stywany do wznoszenia zapór obiektu. Pozostały z procesu hydrocyklonowania przelew wraz z pozostałymi odpadami trafiać miał do zagęszczaczy grawitacyjnych, gdzie przy współudziale środków flokujących zagęszczany miał być do gęstości ponad 1,7 Mg/m3. Uzyskany w tym procesie odpad miał układać się ze stosunkowo dużym spadkiem przy jego namywie, zawierającym się w przedziale 3,5-7%. Takie parametry pozwoliłyby na formowanie przewyższenia środkowej części składowiska w stosunku do koron. Były też dyskusje na temat możliwości implementacji tej me-tody na istniejącym obiekcie [9].
Już w trakcie opracowywania projektu, które obejmowało liczne badania labora-toryjne próbek szlamów, projektanci zgłaszali problemy z osiągnięciem zakładanych parametrów. Wątpliwości budziły przede wszystkim: możliwość osiągnięcia zakłada-nych spadków składowazakłada-nych odpadów oraz uzyskanie zakładanego stopnia za-gęszczenia odpadów i klarowności wody technologicznej przy akceptowalnym po-ziomie kosztów. Ostatecznie złożony w 2014 r. projekt wykazał potrzebę angażowa-nia technologii pras filtracyjnych do zapewnieangażowa-nia wymaganych parametrów, a w przypadku ich obniżenia do nieco niższych gęstości rzędu 1,6 Mg/m3
stosowa-nia dużej ilości środków flokujących oraz systemu pomp wyporowych do hydro-transportu odpadów [12, 18, 19].
Trudności były spowodowane w większości dużą zmiennością dostarczanych do stacji odpadów, dużym udziałem odpadów drobnoziarnistych i związanych z tym trudności w klarowaniu wody do odpowiedniego poziomu oraz uzyskiem odpowied-nich gęstości (rys. 4). Jednocześnie duże gęstości wymagają zmiany technologii pompownia odpadów poprzez wykorzystanie pomp wyporowych, co wiąże się ze zwiększeniem kosztów zakupu, utrzymania i energochłonności. Taki zakres przed-sięwzięcia okazał się nieakceptowalny.
Rys. 4. Zakres zmienności odpadu ZWR rejon Ruda
6.
Badania pilotażowe zagęszczania poszczególnych strumieni
odpadów
Znaczne różnice pomiędzy teoretycznym określeniem parametrów pracy poszcze-gólnych elementów procesu przeróbki odpadów oraz danymi, uzyskiwanymi w ba-daniach laboratoryjnych na rzeczywistych próbkach, skłoniły do podjęcia decyzji o uruchomieniu badań pilotażowych na skalę półprzemysłową, w warunkach tere-nowych, z zasilaniem odpadem poflotacyjnym z przemysłowej sieci, zatem przy naturalnej zmienności [12].
W roku 2016 firma Outotec wykonała badania pilotażowe na obiekcie unieszko-dliwiania odpadów wydobywczych Żelazny Most (rys. 5). Badania obejmowały m.in.: analizę odpadu poflotacyjnego, w tym gęstości, gęstość właściwą części stałych, pH, parametry wody, skład mineralogiczny, granulometryczny, chemiczny oraz ba-dania zagęszczenia na jednostkach pomiarowych o średnicach 99 mm, 190 mm oraz 1 m. Badanie zagęszczania określiły dobór typu flokulantu, jego dawkowanie, optymalne obciążenie zagęszczaczy dla badanej próby odpadów.
Z a war to ść cz ą ste k o ś re d n icy m n iejsze j n iż „ d” [ % ] Średnica zastępcza [m]
Rys. 5. Widok stanowiska badawczego pilotażowych badań odpadów
W raporcie z badań pilotażowych dokonana została również analiza projektu bazo-wego, wykonanego przez firmę Golder Associate w świetle wyników badań pilota-żowych. Zwrócono w nim uwagę m.in. na: słabą podatność na zagęszczanie odpa-dów drobnoziarnistych, dużą zmienność parametrów nadawy, mogącą powodować niestabilność procesów na stacji przeróbczej, trudność w osiągnięciu zakładanych gęstości rzędu 1,7 Mg/m3 oraz wady stosowania wyporowych układów pompowych [13, 19].
7.
Badania refulowania odpadów poflotacyjnych
z OUOW Żelazny Most
Pierwsze próby refulowania odpadów drobnoziarnistych, zalegających pod akwe-nem Żelaznego Mostu, prowadzone były przez ówczesnego kierownika oddziału eksploatacji składowisk Oddziału Zakład Hydrotechniczny w roku 2011. Kolejne badania, pozwalające głębiej poznać możliwości urabiania zagęszczonego w spo-sób grawitacyjny drobnoziarnistego odpadu zalegającego w istniejącym obiekcie, przeprowadzili w 2015 r. pracownicy KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hy-drotechniczny (ZH), a następnie po otrzymaniu zadowalających wyników zostały zlecone do wnikliwszej analizy Uniwersytetowi Przyrodniczemu we Wrocławiu, firmie Geoteko i innym instytucjom współpracującym z ZH.
Badania zaowocowały powstaniem raportów, które pozwoliły planować zastoso-wanie techniki refulowania odpadów, zalegających po lustrem wody w obiekcie. Zaletą takiego rozwiązania jest potencjalnie duże źródło zagęszczonych odpadów, wielkość akwenu pozwala na jego odnawianie bez użycia środków flokujących, a sama technologia jest stosunkowo niskonakładowa [16].
8.
Koncepcja połączenia technologii hydrocyklonowania,
zagęszczania i refulowania
Na podstawie powyżej zrekapitulowanych wyników: badań, ekspertyz, projektów i doświadczeń podjęto decyzję o zmianach w zakresie planowanej inwestycji. Z uwagi na trudności zagęszczania odpadów drobnoziarnistych, a jednocześnie możliwości urabiania naturalnie zagęszczonego odpadu z OUOW Żelazny Most, zdecydowano o wyłączeniu odpadów z ZWR rejon Polkowice z procesu zagęszcza-nia. Ma być kontynuowany proces jego odbioru na OUOW Żelazny Most przez zrzut bezpośrednio do czaszy, a odpowiadająca temu zrzutowi masa odpadów zagęsz-czonych, urabianych z dna akwenu, ma być przepompowywana z OUOW Żelazny Most do OUOW Kwatera Południowa. Taki zabieg pozwoli wykorzystać OUOW Że-lazny Most jako olbrzymi osadnik grawitacyjny i naturalnie zagęścić odpad z ZWR rejon Polkowice. Jednocześnie z racji bilansowania masy odpadów na Żela-znym Moście przez jej przerzut w postaci już zagęszczonej do Kwatery Południowej uzyskano globalne zmniejszenie przyrostu naprężeń w podłożu od masywu obiektu głównego, tj. OUOW Żelazny Most. Pozwoli to również utrzymać równowagę po-między odpadami gruboziarnistymi i drobnoziarnistymi składowymi na tym obiekcie. Aby ograniczyć przyrost OUOW Kwatera Południowa i indukowanych naprężeń w podłożu zdecydowano również o zagęszczaniu mniejszej, niż uprzednio zakłada-no, ilości odpadów z pozostałych rejonów przeróbczych. Na całość odpadów przyj-mowanych przez Oddział Zakład Hydrotechniczny składa się odpad ZWR rejon Polkowice – 25% całości odpadów, odpad ZWR rejon Lubin – 25% całości odpadów oraz odpad ZWR rejon Rudna – 50% całości odpadów, przy czym odpad ten trafia na OUOW dwoma strumieniami. Pozostawiono do przeróbki na stacji segregacji i zagęszczania odpadów tylko strumień z rejonu Rudna. Ponadto ze względów eks-ploatacyjnych przewidziano możliwość zamiany jednego strumienia z rejonu ZWR Rudna z odpadami z rejonu ZWR Lubin, jednak w bilansie ogólnym 50% odpadów ma podlegać segregacji i zagęszczaniu. Jednocześnie zmniejszono zakładany sto-pień zagęszczenia odpadów do wielkości 1,5 Mg/m3, czyli około 50% wagowo, aby móc bezpiecznie pozostać przy pompowaniu odpadów w oparciu o pompy wirowe.
Wzrost gęstości szlamu wpływa zasadniczo na proporcje wody i części stałych w hydromieszaninie, poniższe zestawienie przygotowano w oparciu o formułę (1), określającą zagęszczenie rzeczywiste (objętościowe) hydromieszaniny [18]:
(1)
gdzie:
ρm – gęstość hydromieszaniny, ρw – gęstość wody,
Tabela 1. Wpływ proporcji wody i części stałych na gęstość odpadu Gęstość szlamu [Mg/m3] Zagęszcze-nie objęto-ściowe Cv Zagęszcze-nie masowe [%] Masa szkie-letu [Mg] Masa wody [Mg] Objętość wody [m3] Objętość wody na Mg masy suchej odpadu [m3] 1,08 0,04 9 0,10 0,98 0,96 10,02 1,10 0,05 12 0,13 0,97 0,95 7,42 1,12 0,06 14 0,16 0,96 0,94 5,86 1,14 0,07 17 0,19 0,95 0,93 4,83 1,20 0,11 24 0,29 0,91 0,89 3,09 1,30 0,17 35 0,45 0,85 0,83 1,86 1,40 0,23 44 0,61 0,79 0,77 1,27 1,50 0,28 51 0,77 0,73 0,72 0,93 1,60 0,34 58 0,93 0,67 0,66 0,71 1,70 0,40 64 1,09 0,61 0,60 0,55
Pozostawiono bez zmian zakres hydrocyklonowania odpadów (Rudna i Lubin wymiennie), w celu uzyskania materiału do konstrukcji zapór, gdyż zgodnie z wcze-śniejszymi założeniami zapory Kwatery Południowej mają być wznoszone metodą
downstream.
9. Skutki techniczno-ekonomiczne połączenia poszczególnych
technologii
Tak przyjęte założenia pozwoliły znacząco zredukować zarówno koszty kapitałowe związane z budową stacji przeróbczej, jak i operacyjne, związane z mniejszą ener-gochłonnością procesu i mniejszym zakresem przerabianych odpadów. Odstąpienie od wymogu minimalnych spadków składowanych odpadów i gęstości pozwoliło uprościć technologię, co czyni ją nie tylko atrakcyjniejszą ekonomicznie, ale bardziej niezawodną i prostszą w eksploatacji. Ograniczono ilość zagęszczaczy, uproszczo-no schematy niezbędnych sieci rurociągów, zmieniouproszczo-no system pompowania na wi-rowy oraz ograniczono ilość zestawów pompowych (rys. 8) [14].
Skutkiem takich rozwiązań będzie niepełne ograniczenie przyrostu Żelaznego Mostu. Wciąż będą do niego trafiały odpady. Jednakże tylko odpowiednik masowy rejonu Lubin, gdyż odpady polkowickie zostaną zbilansowane przez refulowanie. Zatem na Żelazny Most będzie trafiało około 25% obecnego strumienia odpadów. Uznano, że stanowi to zadowalający stopień ograniczenia przyrostu składowiska.
10. Ograniczenia techniczno-organizacyjne deponowania odpadów
w obu obiektach unieszkodliwiania odpadów wydobywczych
W pierwszej kolejności zaprezentowano ograniczenia w deponowaniu na obiekcie głównym, czyli OUOW Żelazny Most. Nie zagłębiając się nadto w szczegóły, okre-ślone w instrukcji eksploatacji, należy zwracać szczególną uwagę na wzajemny przyrost plaż, czyli części namywanej materiałem gruboziarnistym, oraz środkowej części – budowanej przez odpad drobnoziarnisty i zwierciadła wody, którego poziom zależy również od ilości retencjonowanej wody. Zaburzenie tej równowagi powoduje skrócenie długości plaż, zatem zbliżenie lustra wody do zapór i ewentualnym pod-niesieniem w nich poziomu krzywej depresji [15, 17]. Wypłycanie akwenu przez zmniejszenie ilości wody prowadzi do problemów w jakością ujmowanej wody, gdyż drobnoziarniste odpady, tworzące dno akwenu, są podatne na porywanie przez zawirowania, powstające w rejonie ujęć wody, zatem należy utrzymywać odpowiedni dystans pomiędzy poziomem ujęć a dnem akwenu. Należy również dbać o odpo-wiednie tempo przyrostu rzędnej plaż na obwodzie składowiska, gdyż generuje to lokalne zmiany długości plaż, a tym samym może doprowadzić do „przesunięcia” akwenu wodnego w środkowej części składowiska. Długotrwałe namywy odpadów w jednym rejonie powodują nadmierne nawodnienie zapór oraz powstawanie uprzywilejowanych kierunków przepływu odpadów w akwenie, co może wpłynąć na jakość ujmowanej wody. Z tych powodów wymagana jest pewna równomierność w namywie plaży na obwodzie składowiska. Wpłynęło to na decyzję o możliwości zamiany strumieni opadów ZWR rejon Rudna i Lubin na stację segregacji i zagęsz-czania, ponieważ pozwala to na równomierny namyw pozostałym strumieniem na obiekcie głównym – odpady ZWR rejon Lubin i Rudna trafiają na Żelazny Most z dwóch różnych kierunków (rys. 9).
Rys. 8. Kierunki dopływu odpadów poflotacyjnych do OUOW
Znacznie bardziej, z uwagi na brak dotychczasowych doświadczeń Oddziału Zakład Hydrotechniczny, złożone są zagadnienia składowania na nowym obiekcie – Kwaterze Południowej. Planowana technologia zakłada wznoszenie zapór z riału rodzimego, pozyskanego ze złóż zlokalizowanych w czaszy obiektu oraz mate-riału gruboziarnistego wydzielonego z odpadu poflotacyjnego w procesie hydrocy-klonowania, który następnie jest przepompowywany metodą hydrotransportu na miejsce zabudowy [15, 17]. Tu należy zwrócić uwagę na następujące aspekty: możli-wość pompowania odpadu gruboziarnistego o dużych gęstościach w zakresie wy-maganych ciśnień, ewentualnych problemach z blokowaniem rurociągów przy utra-cie ciągłości przesyłu – wznowieniu ruchu po zatrzymaniu oraz zwiększonej abra-zyjności medium [10]. Również technika zabudowy wymaga szczegółowej analizy. Rozstaw zrzutów, konieczność zagęszczania, segregacja przy rozpływie, metody przemieszczania mas w terenie. Wysegregowany materiał powinien pozwalać na zagęszczenie go do wymaganego stopnia przy minimalizacji nakładów z tym związa-nych [20].
Składowanie odpadu zagęszczonego drobnoziarnistego może również nastrę-czać trudności. We wspomnianym powyżej raporcie przedstawiciele firmy Outotec zwracają uwagę na kształtowanie się granicy odpadów drobno- i gruboziarnistych. Ze składowaniem odpadów drobnoziarnistych powiązane jest też gospodarowanie akwenem wodnym kwatery południowej, ich spadek oraz zdolność do oddawania skumulowanej wody, tym samym zagęszczania się, będzie miała kluczowy wpływ na położenia i parametry akwenu na kwaterze południowej
11. Wyzwania
Wskazano tu jedynie na te wyzwania, w których w najbliższym czasie planowane są intensywne analizy, studia i prace badawcze. Są to:
zmienność parametrów nadawy i ich wpływ na proces segregacji,
parametry produktu segregacji, czyli odpadu gruboziarnistego zagęszczo-nego,
hydrotransport tego odpadu,
zabudowa odpadów w korpusie zapór OUOW kwatera południowa.
Z racji dużej ilości zmiennych w zakresie składu i właściwości odpadów w górnic-twie, wciąż niedoskonałych opisów matematycznych oraz oczekiwanych rezultatów procesu zależnych od lokalnych warunków duża część projektowania, a także do-stosowywania parametrów procesu już po uruchomieniu opiera się na badaniach pilotażowych i próbach w pełnej skali [3].
Rys. 9. Polowe stanowisko badawcze hydrocyklonowania na OUOW Żelazny Most – 1. hydrocykon DN 500, 2. zasilanie/nadawa, 3. przelew/odpad drobnoziarnisty,
4. wylew/odpad gruboziarnisty
12. Produkcja odpadów gruboziarnistych, transport i zabudowa
odpadów, proces zagęszczania w zagęszczaczach grawitacyjnych,
wzajemny udział odpadów drobnoziarnistych z zagęszczania
i refulowania złożonych w OUOW Kwatera Południowa
Rozwijając opisany powyżej zakres oprócz zagadnień związanych z produktem hydrocyklonowania, należy wspomnieć o pozostałych powiązanych z tym aspektach technologicznych. Pozostały z procesu uzyskiwania odpadu zagęszczonego grubo-ziarnistego odpad stanowi wsad wraz z pozostałymi strumieniami odpadów do za-gęszczaczy odpadów, gdzie należy uzyskać odpowiedniej czystości wodę technolo-giczną oraz odpad zagęszczony drobnoziarnisty. Również proces refulowania drob-noziarnistego odpadu zagęszczonego z obiektu głównego nie jest zagadnieniem typowym i wiąże się z wymagającymi analizami. Można tu wspomnieć szczegółowe rozpoznanie złoża tego materiału, możliwości techniczne związane z ciągłym ura-bianiem i tempo procesu odbudowy złoża, dalej ewentualne przemieszczania się mas odpadów pod akwenem oraz równomierności procesu urabiania. Z uwagi na wymagane wzajemne tempo przyrostu obwałowań Kwatery Południowej oraz wy-pełnienia wytworzonej przez to czaszy realizacja poszczególnych etapów procesu jest rozłożona w czasie, dlatego też harmonogram realizacji rozpoczyna proces hydrocyklonowania odpadów (rys. 11).
2
4 3
Rys. 10. Schemat konstrukcji zapór Kwatery Południowej
13. Proponowany zakres badań
Planowany zakres badań obejmuje w ramach przeglądu dostępnych informacji szczególnie analizę opracowań projektowych i próbę optymalizacji przyjętych roz-wiązań. Równolegle rozwijanie badań pilotażowych hydrocyklonowania, jako pierw-szego uruchamianego procesu przeróbki. Badania pilotażowe powinny zapewnić dane, pozwalające uzyskać zadowalające efekty rozruchu procesu w pełnej skali przy obsłudze zakresu zmienności nadawy. W tym aspekcie szczególnie ważne jest ustalenie wpływu zmian w nadawie na produkt, gdyż na ten problem wskazuje więk-szość opisanych opracowań.
Drugim ważnym zagadnieniem jest taki dobór metod składowania, jednocześnie zabudowy tego materiału w zaporach Kwatery Południowej, aby spełnić wymogi technologiczne przy zadowalających nakładach finansowych, związanych z nakła-dem prac i środków. Szczególnie należy szukać tu możliwości ograniczenia zakresu robót ziemnych poprzez wykorzystanie w maksymalny sposób rozpływu materiału, naturalnego zagęszczenia i układu sieci namywającej.
Podsumowanie
Podsumowując, planowana technologia przeróbki odpadów poflotacyjnych jest za-gadnieniem mocno powiązanych i oddziałujących wzajemnie procesów. Nadawa warunkuje parametry ustawień hydrocyklonowania i zagęszczania, produkt hydrocy-klonowania wpływa na możliwość jego hydrotransportu i założonych metod zabudo-wy w zaporach, mocno uwodniona pozostała drobnoziarnista część odpadów zasila zagęszczacze, to wpływa na proces tam zachodzący. Przygotowanie i dozowanie środków flokujących zależy nie tylko od paramentów nadawy trafiającej do zagęsz-czaczy, ale też od jakości wody technologicznej, w której będą przygotowywane. Zagęszczanie odpadów w zagęszczarkach grawitacyjnych pozwala nie tylko otrzy-mać zagęszczony odpad drobnoziarnisty o wymaganych parametrach, ale przede wszystkim wodę technologiczną, zawracaną następnie do procesu flotacji. Z jako-ścią tej wody związane są parametry uzysku miedzi w procesie flotacji, zatem jest to kluczowy parametr zagęszczania. Bezdyskusyjnie nadrzędnym priorytetem całego projektu jest zapewnienie bezpiecznej kontynuacji odbioru i składowania odpadów poflotacyjnych.
Zarówno przed kadrą inżynierską KGHM Polska Miedź S.A. Oddział Zakład Hy-drotechniczny, jak i wszystkimi ciałami doradczymi i usługowymi, związanymi z tym przedsięwzięciem, wciąż pozostaje wiele kwestii do rozwiązania i duży potencjał optymalizacji rozwiązań.
Bibliografia
[1] Jamiolkowski M., Carrier W.D., Chandler R.J., Hoeg K., Swierczynski W., Wolski W., 2010, 1st Za Chieh-Moh distinguished lecture: The geotechnical problems of the second world largest copper tailings pond at Zelazny Most, Poland, Geotech. Eng.
[2] Kotarska I., 2012, Odpady wydobywcze z górnictwa miedzi w Polsce – bilans, stan za-gospodarowania i aspekty środowiskowe, Cuprum, vol. 65, no. 4, s. 45-64,
[3] Wang C., Harbottle D., Liu Q., and Xu Z., 2014, Current state of fine mineral tailings treatment: A critical review on theory and practice, Miner. Eng., vol. 58, s. 113-131. [4] Świdziński W., W. Tschuschke, W. Świerczyński, W. Wolski, 2015, Obiekt
Unieszkodli-wiania Odpadów Wydobywczych „Żelazny Most” – olbrzymie wyzwanie geotechniczne, Inżynieria Morska i Geotech., nr 3, s. 186-193.
[5] Salski W., 1974, Zjawiska glacitektoniczne w utworach czwartorzędu, vol. 1332, no. 2. [6] Kossoff D., Dubbin W.E., Alfredsson M., Edwards S.J., Macklin M.G., Hudson-
-Edwards K.A., Mine tailings dams: Characteristics, failure, environmental impacts, and remediation, Appl. Geochemistry, vol. 51, 2014, s. 229-245.
[7] Schoenberger E., 2016, Environmentally sustainable mining: The case of tailings stor-age facilities, Resour. Policy, vol. 49, s. 119-128.
[8] Project T.D., Mylona E., 2004, Sustainable Improvement in Safety of Tailings Facilities a European Research and Technological Development Project Report Implementation and Improvement of Closure and Restoration Plans for Disused Tailings Facilities, no. October.
[9] Stefanek P., Wrzosek K., 2016, Zmiana technologii składowania odpadów w procesie rozbudowy Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most, no. 3, s. 382-386,.
[10] Sapate S.G., Chopde A.D., Nimbalkar P.M., Chandrakar D.K., 2008, Effect of micro-structure on slurry abrasion response of En-31 steel, Mater. Des., vol. 29, no. 3, s. 613- -621.
[11] Churska I., Dymkowski A., Matuszewski J., Wrzosek K., 2017, Koncepcja i projekt bu-dowy Kwatery Południowej, [w:] Monografia 40-lecia eksploatacji Obiektu Unieszkodli-wiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most, Lubin.
[12] Golder Associates, Basic Engineering for a Thickened Tailings and Segregation Facility Surface Tailings Disposal, 2014.
[13] Outotec (Canada) Ltd., Technical study of thickening and deposition of flotation tailings and laboratory raport, 2016.
[14] Paterson & Cooke, SSIZO Projekt Bazowy, 2017.
[15] Horbowicz K., Matuszewski J., Sobiesak P., Wrzosek K., Zalewski M., 2017D, epono-wanie odpadów w OUOW Żelazny Most – dziś i jutro, [w:] Monografia 40-lecia eksploat-acji Obiektu Unieszkodliwiania Odpadów Wydobywczych Żelazny Most, Lubin.
[16] Czaban S., Gruszczyński M., 2017, Innowacje w hydrotransporcie, składowaniu odpa-dów i gospodarce wodnej, [w:] Monografia 40-lecia eksploatacji Obiektu Unieszkodliwia-nia Odpadów Wydobywczych Żelazny Most, Lubin.
[17] Stefanek P., Engels J., Wrzosek K., Sobiesak P., Zalewski M., 2017, Surface tailings disposal at the Żelazny Most TSF, today and into the future, Paste, s. 213-225.
[18] Palarski J., 1982, Hydrotransport, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa. [19] Troskolański A.T., Łazarkiewicz S., 1973, Pompy wirowe, Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa.
