University of Oulu

Nitrogen in mining runoff waters of the Suhanko mining project: methods to reduce emissions and their environmental impacts

Saved in:
Author: Piekkari, Markus
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 4.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201401151011
Language: English
Published: Oulu : M. Piekkari, 2014
Publish Date: 2014-01-17
Physical Description: 118 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Ronkanen, Anna-Kaisa
Reviewer: Ronkanen, Anna-Kaisa
Tuomela, Anne
Kantola, Erkki
Description:
Most of the nitrogen load from a mine originates from nitrogen-containing explosives used in the mining that do not explode perfectly. Some of the chemicals in the enrichment process may also contain nitrogen and these compounds may dissolve in the process water. A certain amount of the dissolved explosive residues and process chemicals will be discharged in runoff and excess water into downstream water bodies, where the resulting increase in nutrients may cause eutrophication. The thesis first presents the Suhanko mine expansion project and its current situation. The literature review that follows then takes up several central themes. It begins with a description of the explosives generally used in rock blasting and their dissolving properties, noting that the water resistance of different explosives varies significantly. Next, the review presents the principles of open pit mining, the reasons of nitrogen emissions in blasting, and methods for reducing emissions. In this connection, the thesis provides an account of the techniques currently used for nitrogen removal in operating mines and the range of possible techniques. One objective of the research was to determine the nitrogen mass balance of the Suhanko mine when it is extended as planned. The estimates presented draw on calculations of the water balance for the project’s environmental impact assessment (EIA) as well as on the values in the literature for the proportion of undetonated explosives in mining. The consumption of explosives at Suhanko estimated in the thesis uses data from a pre-feasibility study of the project and from the EIA report. The calculations of nitrogen loads are based on monitoring data from an operating metal ore mine similar to that planned in Suhanko; for example, the reference mine uses the same types of explosives. The results indicate that most of the explosive residues at Suhanko will migrate to the waste rock stockpiling areas; the second largest proportion will end up in the concentrator plant in the extracted ore and recirculated drainage water; and the third most significant percentage will migrate to the stockpiling areas for low-grade ore. The results of the nitrogen balance calculations show that runoff waters from the waste rock stockpiling areas will contain a maximum of 11 mg N/l. The annual nitrogen load from the different waste rock areas will vary between 0.43 and 8.02 t. Excess mine water will be discharged from the flotation tailings pond into Takalampi Pond, and the annual nitrogen load from this operation under different water balance scenarios will vary from 17.6 to 74.3 t. The experimental part of the research studied the extent to which the peatland areas near the proposed waste rock areas might be suitable for wetland treatment of mine runoff water. The related fieldwork involved measuring in situ hydraulic conductivity and taking peat samples. The samples were analyzed to determine the degree of humification, water content and ash content of the peat, and a chemical characterization was performed as well. The slopes of the peatland areas with potential as treatment wetlands were estimated using laser scanning data from the Suhanko area and their surface areas were calculated based on the aerial photographs. In situ measurements indicated higher hydraulic conductivity in the uppers layer of the peatlands; the values decreased significantly below depths of 50 cm. The degree of humification varied at different depths: in the upper layers, the peat was generally weakly decomposed or undecomposed; in the deeper layers, it was more decomposed. For the most part of peatlands, the slopes are less than 10‰, but in some areas they exceed 25 ‰. The field studies identified peatlands near the Ahmavaara and Konttijärvi South waste rock areas that meet the technical requirements for conversion into treatment wetlands.
see all

Suurin osa kaivoksen typpikuormituksesta on yleensä peräisin louhinnassa käytettävistä typpeä sisältävistä räjähdysaineista, jotka eivät räjähdä täydellisesti. Jotkin rikastusprosessissa käytettävät kemikaalit saattavat myös sisältää typpeä, ja typpiyhdisteitä voi liueta rikastusprosessin vesiin. Osa räjähdysainejäämien ja kemikaalien sisältämästä typestä kulkeutuu ympäristöön kaivosalueelta ulos johdettavien vesijakeiden mukana ja ravinteiden määrän kasvaminen voi aiheuttaa rehevöitymistä vastaanottavassa vesistössä. Aluksi tässä työssä esitellään Suhangon kaivoshankkeen laajennusprojekti ja sen nykytilanne. Kirjallisuuskatsauksessa käsitellään louhinnassa yleisesti käytettäviä räjähdysaineita ja niiden liukenemisominaisuuksia ottaen huomioon, että eri räjähdysaineiden vedenkesto-ominaisuudet poikkeavat merkittävästi. Työssä esitellään avolouhintamenetelmän periaatteet ja louhinnan aiheuttamien typpipäästöjen syitä sekä niiden vähentämiskeinoja. Lisäksi työssä käsitellään kaivostoiminnassa nykyisin käytössä olevia typenpoistotekniikoita ja käytettävissä olevia mahdollisia tekniikoita. Tämän työn tavoitteena oli muodostaa typpitase Suhangon kaivoshankkeen laajennukselle. Typpitase perustuu kaivoksen YVA-selostuksessa esitettyihin vesitaselaskelmiin ja kirjallisuuden pohjalta tehtyyn arvioon louhinnassa räjähtämättä jäävän räjähdysaineen määrästä. Räjähdysaineen käyttömäärää Suhangon kaivoksella on arvioitu esikannattavuusselvityksessä esitettyjen louhintasuunnitelmien ja YVA-selostuksessa arvioitujen tuotantomäärien pohjalta. Kuormituslaskelmissa on hyödynnetty louhintamenetelmältään vastaavan metallimalmikaivoksen tarkkailutuloksia, jossa louhinnassa käytettävä räjähdysaine on vastaavantyyppinen kuin mitä Suhangon kaivoksella on suunniteltu käytettävän. Tehtyjen laskelmien perusteella suurin osa räjähdysainejäämistä kulkeutuu sivukivialueille, toiseksi suurin osa rikastamolle sekä malmin että kuivanapitoveden mukana ja osa kulkeutuu myös marginaalimalmin varastointialueelle. Typpitaselaskelmien perusteella sivukivialueilta purettavien aluevesien typpipitoisuus on enimmillään noin 11 mg/l. Aluevesien vuosittainen typpikuormitus eri sivukivialueilta toimintavaiheen aikana vaihtelee 0,43 tonnin ja 8,02 tonnin välillä. Vaahdotuksen rikastushiekka-altaalta typpeä poistuu vesistöön ylitevesien mukana Takalammen suuntaan ja ylitevesien vuosittainen typpikuormitus eri vesitaseen tarkastelutilanteissa vaihtelee 17,6 ja 74,3 tonnin välillä. Työn kokeellisessa osiossa tutkittiin suunniteltujen sivukivialueiden läheisyydessä sijaitsevien turvealueiden soveltuvuutta sivukivialueiden valumavesien kosteikkokäsittelyyn. Maastokäynnin aikana turvealueilta mitattiin in situ hydraulinen johtavuus ja alueilta otettiin turvenäytteitä. Turvenäytteistä määritettiin turpeen maatuneisuus, vesipitoisuus ja tuhkapitoisuus. Potentiaalisten turvealueiden kaltevuuksia arvioitiin laserkeilausaineiston pohjalta ja niiden pinta-alat määritettiin ilmakuvien perusteella. In situ mittausten perusteella hydraulinen johtavuus on korkeampi turpeen yläkerroksissa ja laskee huomattavasti alle 50 cm syvyyksissä. Turpeen maatuneisuus tutkituilla turvealueilla vaihteli eri syvyyksillä. Pintakerroksissa turve oli pääsääntöisesti heikosti maatunutta ja syvemmissä kerroksissa voimakkaammin maatunutta. Laserkeilausaineiston pohjalta määritetyt kaltevuudet osoittavat, että turvealueiden kaltevuudet ovat pääosin alle 1 ‰, mutta joissain osissa turvealueita kaltevuus on yli 25 ‰. Kenttätutkimusten perusteella Ahmavaaran ja Konttijärven eteläisen sivukiven läjitysalueen lähellä on kosteikkokäyttöön soveltuvia turvealueita, koska ne täyttävät kosteikoille annetut tekniset vaatimukset.
see all

Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.