Artikkel. Fosforiidi kaevandamise tehnoloogiad. 2014

txt: Fosforiidi kaevandamise tehnoloogiad Fosforiit on kaevandamise seisukohalt kihtmaavara, mis lasub Eestis suurel pindalal, kuid on muutliku paksusega. Maailmas on enamus fosforiidimaardlaid Eesti maardlale sarnased, kuid on ka kontsentreerunud, maagikehale sarnasemaid maardlaid. Fosforiiti kaevandatakse nii nagu teisigi kihtmaavarasid – nii avakaevandamismooduse kui allmaakaevandamismoodusega (Valgma 2014c). Avakaevandamisviis võib olla vaalkaevandamine või aukkaevandamine. Allmaakaevandamisviis võib olla kamberkaevandamine, laavakaevandamine või kamberkaevandamine, kas varistamisega või ilma, või kaeveõõnte täitmisega. Kaevandamistehnoloogia võib olla draglainidega lihtkaevandamine, katendi teisaldamisega vaalkaevandamine või katendi eemaldamisega aukkaevandamine ehk transportkaevandamine (Valgma 2012). Allmaakaevandamisel võib rakendada puurlõhketöödega kamberkaevandamist, nii tulptervikutega kui linttervikutega, nii ketasteradega laavakombainidega lankkaevandamist, puurlõhketöödega lankkaevandamist kui ketasteradega frontaalkombainidega kamberkaevandamist. Kõigi tehnoloogiate korral võib kasutada alakorrustega kaevandamist ja täitmist. Raimamiseks kasutatakse ka hüdromonitore (Darling 2011). Eestis saab fosforiidi kohal lasuvat diktüoneemakilta (graptoliitargiliiti, konnatahvlit, ehk endist uraanimaaki) kaevandada sarnaselt. Raimamise seisukohast on peamine argilliidi erinevus fosforiidist selle pehmus ja vähene abrasiivsus, seega saab kasutada hõlpsamalt mehhaanilist raimamist ka lõiketeradega ja pöördteradega lõiketrumleid kasutavaid masinaid (Valgma 2009). Mida Eestis tehti? Eestis on tinglikult viis fosforiidi väljamise kohta. Kaks neist on algusaastate kaevandused, Ülgase ja Maardu, kaks Maardu karjääri (põhjaja lõunakarjäär) ja üks märkimisväärselt suuremõõduline Tigapõllu uuringušurf. Ülgas(t)el – Eesti esimeses fosforiidikaevanduses – kaevandati fosforiiti käsitsi, vahetu lae varistamisega kamberkaevandamise tehnoloogiaga (Valgma 2014b). Kaevandus avati klindist stollidega, mis võimaldasid lihtsat loomulikku veekõrvaldust (LISA foto 1). Samas ei ole põhilagi kaevanduse kohal varisenud. Maardu kaevanduses kaevandati puur-lõhketöödega laavakaevandamise tehnoloogiaga. Nii laavade põhilagi kui strekkide laed on mitmetes kohtades varisenud ning varingud jätkuvad ka edaspidi. Samuti on avanenud või avatud tuulutusšurfe (LISA foto 2). 61 Maardu põhjakarjääris kaevandati algusaastatel, 1960ndatel, mehaanilise pärikoppekskavaatoriga paljandamisega ja katendi selektiivse paigutamisega, ning kasutati mitmeastmelise puur-lõhketöödega raimamise tehnoloogiat. Maardu põhja- ja lõunakarjääris kaevandati draglainidega lihtkaevandamise tehnoloogiaga, kusjuures katsetati arvukalt erinevaid rekultiveerimise ja diktüoneemakilda matmise tehnoloogiaid. Fosforiidi kaevandamine oli ja on küll sarnane põlevkivi ja kivisöe kaevandamisele, kuid „tagurpidi“ asetseva katendi või kattekivimite tõttu oluliselt keerulisem, kallim ja tülikam kui põlevkivi kaevandamine. Maardu põhjakarjääris ehk Tallinna-Narva maanteest põhja pool asuvas fosforiidikarjääris oli kaevandamissügavus keskmiselt 11 meetrit (7-17 m). See on veidi rohkem kui suudavad edukalt paljandada keskmiste parameetritega ekskavaatorid. Seega ei olnud tegu väikekarjääriga, kus oleks hakkama saanud tollase kaevandamise ajal tüüpiline mehaaniline pärikopp-karjääriekskavaator, mille tühjenduskõrgus ulatub viie meetrini. Vaja läks spetsiaalset pika noolega paljandusekskavaatorit, et tõsta kaljust, lubjakivist ja liivakivist koosnevat katendit sisepuistangusse. Alguses võeti kasutusele ekskavaator EVG-6, mis on võimeline moodustama 20 m kõrguseid puistanguid, mille silumiseks tuleb kasutada kas buldoosereid või draglaine. Draglainide EŠ 10/60 ja EŠ 10/70 kasutuselevõtmine võimaldas hakata puistanguid siluma, kuid ammutama katendikivimeid ka ekskavaatori seisutasapinnast altpoolt. Draglainid said põhilisteks paljandusekskavaatoriteks, tagades tasase puistangu moodustamise võimaluse. Fosforiidi töötlemine Maardu flotovabrikus eraldati flotatsiooni abil kuulveskis peenendatud fosforiidi karbitükikesed liivast (LISA foto 3). Edasi töödeldi saadud kontsentraati väävelhappega (LISA foto 4). Algul reklaamiti flotoliiva ehk flotatsioonijääki – jahvatatud ja flotoreagendiga kokkupuutunud peent liiva – kui head ehitus- ja betooniliiva, hiljem hirmutati selle mürgisusega, nüüd aga müüakse täiteliivaks (LISA foto 5). Millega ja kuidas kaevandada või kaevandataks Toolse, Rakvere, Aseri või teistel võimalikel fosforiidialadel? Fosforiidikihindi paksus ja sügavus varieerub kõigil kasutusele võtmata aladel. Allmaakaevandamiseks oleks kaks põhimõttelist võimalust. Esimene oleks lähtumine analoogiameetodist. Kui kaevandati kamberkaevandamise tehnoloogiaga ja tervikud püsisid, nii nagu Ülgasel, siis saaks edaspidi samuti kaevandada, nii nagu põlevkivigi kaevandatakse. Kui kihindi paksus on suurem, tehakse kõrgemad kambrid ja suuremad 62 tervikud. Kui selgub, et lagi hakkab varisema, hakatakse kaevandust täitma liiva ja tuha seguga ehk aherainebetooniga. Raimamiseks kasutataks puurlõhketöid, kuna nii on enne tehtud ja tehakse ka mujal. Teine variant oleks kombainide kasutamine mehaanilise raimamise eesmärgil. Väheneks kivimi nõrgenemine võrreldes lõhketöödega raimamisega, saaks kasutada pidevvedu, linttervikuid ja tervikutevahelist täitmist. Fosforiidi abrasiivsus on andnud endistel katsetöödel hoiatavaid märke, et väikese võimsusega kombainiga kaevandada ei saa. Kas aga suurem võimsus lahendaks abrasiivsusest tuleneva kuluprobleemi, seda me veel ei tea. Seda saame teada vaid katsetööde tulemusel. 1997. aastal lõpetatud uuringute tulemusel leiti, et majanduslikult parim kaevandamistehnoloogia oleks avakaevandamise puhul mobiilsete masinate ehk kopplaadurite abil paljandamine. Oluliseks elemendiks oli diktüoneemakilda matmine savivannidesse. Allmaakaevandamise puhul leiti, et parim meetod on diagonaalasetusega linttervikutega kamberkaevandamine täitmisega, teostades vedu konteinerkalluritega (Valgma 1994). Peamine tehnoloogiast tulenev järeldus oli, et fosforiiti on majanduslikult kasulik kaevandada, kui kontsentraadi hind ületab 300 USD/t. Praegu maksab see 110 USD/t, olles 2008. aastal tõusnud kuni 430 USD/t (Adamson jt 1997). Kaasaegsete kaevandamisuuringute peamine järeldus on see, et kaevandamisel tuleb kaaluda lõhketöödeta täitmisega linttervikutega kaevandamise tehnoloogiat. Näiteks Sonda uuringuväljal asub fosforiit ligikaudu 40 km2 suurusel alal (LISA joonis 1) põlevkivikihindist sügavamal. Tootsa kihindi paksus on muutlik, 0 kuni 7 meetrini. Tootsa kihindi paksus on määratud kaevise toimaine väärtuse (piirsisalduse) P2O5 >14% puhul. Ebalaeks on fosforiidikihindi lakke jääv madala toimainesisaldusega fosforiidi ülemine kiht või kihtide pakk. Vahetult fosforiidikihindi peal asuv laekiht on valelagi, mis koosneb glaukoniitliivakivist argilliidi vahekihtidega. Valelae peal asuv lubjakividest moodustunud kandev laekiht on põhilagi (Reinsalu 2011; Väizene 2012). Nii valelae kui põhilae ülalhoidmiseks on otstarbekas kasutada ankurdamist ja täitmist (LISA joonis 2). 23 ja enam aastat hiljem Maardu fosforiidikarjääris lõppes tegevus seoses NSVL-i lagunemisega 1991. aastal. Lõpetati korraga nii fosforiidi paljandamine, väljamine kui ka töötlemine. Tegemist ei olnud plaanitud protsessiga ja seetõttu ei järgnenud kaevandamiskohtades ka korrastamist või konserveerimist. Enamus masinatest ja seadmetest on hilisemate aastate jooksul kõrvaldatud, kuid karjääri tranšeed, puistangud ja astangud on alles. Kaevandatud ehk kaevandamise ajal kuivana hoitud alasse on imbunud, voolanud ja sadanud 63 vesi (LISA joonis 6) (Valgma 2014a). Esialgu valmistas see vesi tuska nii kõrge taseme kui reguleerimata vooluhulga tõttu, kandes edasi olmejäätmete reostust, hõljumit ja sulfaati (Kolats ja Valgma 2011). Viimase dekaadi jooksul on korrastatud peamised läbivoolud ja veetasemed ning vooluhulgad on stabiilsed (Kolats jt 2012). Lõunakarjääri veest on saanud puhta vee allikas Maardu järvele. Ülgase ja Maardu kaevandustes toimuvad kaevandustele omased posttehnoloogilised protsessid, varingud, kaeveõõnte täitumine, vee läbivool ja allmaaelu (LISA foto 7). Põhjakarjääri rajati Jõelähtme prügila ja aiamaad, lõunakarjääris kaevandab killustikku lubjakivikarjäär, paigutades lubjakivisõelmeid fosforiidikarjääri sisepuistangutele analoogiliselt Aidu põlevkivikarjääri ja Ojamaa põlevkivikaevanduse olukorrale, kus kaevanduse aheraine paigutatakse karjääri tranšeesse ja sisepuistangule. Lõunakarjääris on eelnevatel aastatel tegutsenud kaks lubjakivikarjääri. Fosforiiditehase alale on kolinud palju ettevõtteid, mis tegelevad peamiselt transiidi, veonduse ja materjalide käitlemisega. Suur osa endistest fosforiidirajatistest on veel räämas. Flotoliivapuistangutel tegutseb Muuga sadam, üritades liivast lahti saada ja maad kasulikult kasutusele võtta. Seni pole see veel täielikult õnnestunud. Hiljuti rajati läbi endise fosforiiditööstuse ka maanteesõlme viaduktid. Maardu järvest on aga saanud aktiivne puhkekoht. Kasutatud kirjandus Adamson A., Reinsalu E., Juuse L. ja Valgma I. 1997. Sustainable phosphate rock mining. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Engineering 3(1), lk 1322. Darling P. (toim.) 2011. SME Mining Engineering Handbook. SME. Kolats M. ja Valgma I. 2011. Vesi allmaarajatistes. Kogumikus: Valgma I. (toim.) Kaevandamine ja vesi. Tallinn: Mäeinstituut, lk 5669. Kolats M., Valgma I., Väizene V., Reinsalu E., Otsmaa M. ja Orru M. 2012. Maardu vee dünaamika. kogumikus Valgma I., Väizene V., Kolats M. ja Karu V. (toim.) Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikooli Mäeinstituut, lk 135142. Reinsalu E. J. 2011. Fosforiidi ja põlevkivi allmaa-kaevandamise võimalus Rakvere fosforiidilevila ja Eesti põlevkivimaardla kattumusalal. Mäeinstituut. Tallinn: Mäeinstituut. Reinsalu E. V. 2014. Fosforiidi kaevandamise tehnika. Fosforiidi spetsialistide seminar, Tallinn, lk 35. Valgma I. 1994. Toolse fosforiidimaardla komplekshõlvamine. [diplomitöö] Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2009. Miks me praegu fosforiidist ei unista? Tallinn: XVII Aprillikonverents. Valgma I. 2012. Mäemasinate kasutusareaal. Kaevandamine ja keskkond. Tallinn: Mäeinstituut. 64 Valgma I. 2014a. Fosforiit - mi.ttu.ee/fosforiit. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014b. Kaevandused - mi.ttu.ee/kaevandus. Tallinn: Mäeinstituut. Valgma I. 2014c. Mäendusõpik: veebiõpik kaevandamisest, rakendusgeoloogiast ja geotehnoloogiast. Tallinn: Mäeinstituut. Väizene, V. 2012. Sonda uuringuvälja fosforiidi kaevandamiskulu eelhinnang. Tallinn: Mäeinstituut. Ingo Valgma

Viimased blogipostitused