PÕLEVKIVI KASUTAMISE JÄTKUSUUTLIKKUSEST
Jüri-Rivaldo Pastarus, Ingo Valgma ja Alo Adamson

Tallinna Tehnikaülikool, mäeins...
suunaks on kasutada väljatud kaeveõõnte täitmist. Põlevkivituhk ja aheraine (lubjakivi) kujutavad
endast väärtuslikku toor...
1. Maavara väljamine. PLT, kombain. Lähtudes kaubapõlevkivi kvaliteedi nõuetest valida
   optimaalne väljamise viis. Selek...
Põlevkivienergeetika jätkusuutlikkuse ja konkurentsivõime tagamiseks on vajalik jätkata töid
selles valdkonnas.

Artikkel ...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Pastrarus valgma adamson_po_levkivi_kasutamise_jatkusuutlikkusest

571 views
517 views

Published on

http://mi.ttu.ee/artiklid/

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
571
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
10
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Pastrarus valgma adamson_po_levkivi_kasutamise_jatkusuutlikkusest

  1. 1. PÕLEVKIVI KASUTAMISE JÄTKUSUUTLIKKUSEST Jüri-Rivaldo Pastarus, Ingo Valgma ja Alo Adamson Tallinna Tehnikaülikool, mäeinstituut Põlevkivitehnoloogiate arendamisel on otstarbekas vaadelda põlevkivi kasutamist kui tervikprotsessi (süsteemne lähenemine), alates geoloogilisest andmebaasist ja kaevandamisest kuni lõpptoodangu saamiseni (elektrienergia, õli, soojus), sealjuures unustamata loodusressursside säästlikku kasutamist ja keskkonna taluvust. Kaasaegne tehnika ja tehnoloogia tase võimaldab kaasajastada nii ava- kui ka allmaakaevandusi, mis tagavad kaubapõlevkivi kvaliteedi, mäetööde efektiivsuse ja ohutuse ning kaevandatud alade püsivuse. Vastavalt Eesti Energiatehnoloogia Programmile (ETP), prioriteetsed arengusuunad põlevkivi kaevandamisel on: a) Põlevkivi kadudeta kaevandamine. Töötada välja tehnoloogia. mis võimaldaks kaevandada kogu geoloogiline varu. b) Põlevkivi keskkonnasäästlik kaevandamine. Töötada välja ja rakendada tehnoloogiad, mis võimaldavad oluliselt vähendada kaevandamise mõju veerežiimile. c) CO2-vaba põlevkivielektri tootmise arendamine. Leida tehniline lahendus CO2 vaba põlevkivielektri tootmiseks. Töötada välja meetodid CO2 sidumiseks. d) Põlevkivi kvaliteedi tagamine (rikastamine). Paekivi osaluse vähendamine kaubapõlevkivis. Kriteeriumideks ETP prioriteetsete arendussuundade arendamisel on energiasääst ja keskkonnasõbralikkus. Euroopa Parlamendi ja Nõukogu Direktiiv 2006/21/EÜ (Kaevandustööstuse jäätmete käitlemine) sätestab artiklis 20 jäätmete suhtes teatavaid nõuded, mis paigaldatakse tagasi kaeveõõntesse ja millele on osutatud kaeveõõsi käsitlevates erisätetes. Lähtudes ülaltoodud direktiivist tuleb karjääride ja kaevanduste täitmisel kasutatavat täitematerjali (elektrijaama tuhk ja paekivi) vaadelda kui tehnoloogilist materjali, mis ei kuulu direktiivi 1999/31/EÜ „Jäätmete käitlemise või ladestamise nõuded” reguleerimisalasse. Seega on võimalik lahendada elektrijaama tuha ja jäätmete ladestamise probleemi koos süsihappegaasi sidumisega elektrijaama tuhaga, võimaldades samal ajal vähendada ka eralduvate kasvuhoonegaaside heitekoguseid. Kaubapõlevkivi koosneb kolmest komponendist - põlevkivist, paekivist ja suletistest. Kui vähendada paekivi ja suletiste osa kaubapõlevkivis, siis tõuseb ta kütteväärtus. Suurendades CFB (keevkiht) katlasse suubuva kütuse kütteväärtust, mis käesoleval ajal on 8,4 MJ/kg kuni 11,6 MJ/kg, mis saavutatakse kaevandamise tehnoloogia ja rikastamisprotsessi moderniseerimisega, väheneb põlevkivi põletamise tehnoloogiast põhjustatud (ei lagune kogu CaCO3) CO2 hulk 7% ja katlasse mineva kaubapõlevkivi hulk 24%, mis vähendab omakorda CO2 ja tuha hulka 24% võrra. Sellest tulenevalt vähenevad kaubapõlevkivi ja elektrijaama tuha transpordikulud ja keskkonnatasud. Õli väljatulek TSK-st (tahke soojuskandja) suureneb 1,5 korda (50%), kui kasutada rikastatus põlevkivi. Seda kõike on võimalik garanteerida parima võimaliku tehnika (PVT) kasutamisega kaevandamisel. Põlevkivikihindi selektiivne väljamine ja kaubapõlevkivi rikastamine tagavad tarbijale vastava, optimaalse parameetritega toorme. PVT väljatöötamine ja evitamine kaevandustes ja karjäärides võimaldab tõsta tööde efektiivsust, toodangu kvaliteeti ja lahendada või leevendada keskkonnaprobleeme. Üheks perspektiivseks
  2. 2. suunaks on kasutada väljatud kaeveõõnte täitmist. Põlevkivituhk ja aheraine (lubjakivi) kujutavad endast väärtuslikku toorainet täitesegude valmistamiseks, mida saab kasutada tehnoloogilise materjalina kaevandamisel. Tänapäeval kasutatakse Eesti põlevkivikaevandustes kamberkaevandamise tehnoloogiat, kus kattekivimite ülalhoidmise ja maapinna püsivuse tagavad sammastervikud. Sealjuures põlevkivi kaod tervikutes ulatuvad kuni 30%. Arvutused on näidanud, et põlevkivikihindi kaevandamissügavuse suurenemisel üle 60 m, kaod tervikutes suurenevad kuni 40%. Uuendades põlevkivi kaevandamise tehnoloogiat, s.t. üle minnes tagasitäitmisega süsteemile, võimaldab oluliselt vähendada põlevkivi kadusid kaevandamisel, suurendada kaevandatud alade maapinna püsivust ja vähendada mõju veerežiimile. Avakaevandamise korral kasutatakse vaalkaevandamist, kus katend paigaldatakse väljatud alale. Kasutades täitesegusid või elektrijaama tuhka, on võimalik parendada kaevandamise tehnoloogiat (suurendada vaalude püsivust). Veetõkete kasutamine võimaldab reguleerida karjääride veerežiimi. Viimase 100 aasta jooksul on tootmisjäätmeid ja -jääke maailmas kasutatud täitesegude valmistamiseks. Näiteid võib tuua Poolast, Prantsusmaalt, Saksamaalt, Soomest, Belgiast, Iirimaalt jne. Eestis alustati põlevkivi kaevandamist osalise täitmisega. Kaeveõõnte tardsegudega täitmise tehnoloogia uuringuid alustati 1980-ndatel aastatel, milles osalesid TTÜ mäeinstituut, Eesti Põlevkivi, Škotsinski nim. Mäendusinstituudi Filiaal Kohtla-Järvel, NIPI Silikaatbetooni instituut jne. Praktiliseks väljundiks oli Kiviõli kaevanduse sulgemine, kus täideti 30000 m3 kaeveõõsi maapealsete objektide kaitseks. Seega Eestil on olemas kogemused ja kompetents selles valdkonnas. Tööd seiskusid 1995. aastal. Töötadamaks välja kompleksset tehnoloogiat, alustades raimamisest kuni lõpptoodanguni, tuleb optimeerida väljatöötatud tehnoloogiat nii allmaa- ja avakaevandamisel. Eesmärk on kulude kokkuhoid, kaubapõlevkivi kvaliteedi tõstmine, põlevkivi kaevandamisel saadava kauba ja jääkide bilanss ja nende omavahelised seosed, maapinna püsivuse suurendamine, kadude vähendamine, keskkonnaprobleemide lahendamine; Narva karjääris võib tekkida filtratsioonitõkete vajadusi veel; n. mergli voolamiseks tehtavad tõkked; Narva maa alla minek. Varem teostatud uurimistööde kogemus, pikaajalised katsetööde ja teadustöö kogemused põlevkivimaardlas ja fosforiidimaardlas: 1. Läbiviidud katsed Kiviõli kaevanduse täitmisel 2. Fosforiidi täitmisega kaevandamise katsed Viru kaevanduses, 1,5 aastat. 3. Täitesegude koostise ja tugevuse ning viskoossuse ja reostusohu katsed. 4. Täitematerjali tugevusomaduste laborikatsed Tulemuseks on uus täitmisega kavandamise süsteem, kvaliteedi reostuse ja kahjulike mõjude vähenemine, tööde ohutuse tagamine; varu efektiivsem kasutamine; veerežiimi prognoos.. Protsess sisaldab:
  3. 3. 1. Maavara väljamine. PLT, kombain. Lähtudes kaubapõlevkivi kvaliteedi nõuetest valida optimaalne väljamise viis. Selektiivne ja lausväljamine. 2. Maavara transport. Valida optimaalne transpordi süsteem, lähtudes transpordi kaugusest. 3. Rikastamine. - sõelumine, rikastamine, valikpurustamine (kombain), esmasõelumine maa all. 4. Jäägid ja jäätmed. Põlevkivi tuhk (CO2 seotud tuhaga ja mitte), aheraine - madalakvaliteediline lubjakivi. Määrata nende hulk ja kvaliteet. Täitesegude parameetrid. Kivistuva täitmise korral peaks minimaalne täitemassiivi tugevus olema 1...2 MPa. Täitemassiivi tugevus sõltub kaevandamise süsteemist. Kasutada ka täitmiseks mittekivistuvaid segusid, mis tagavad tervikute kandevõime suurenemise ja lae püsivuse 5. Kaevanduste täitmine. Täitematerjalideks on elektrijaama tuhk ja lubjakivi. Kasutatav sammastervikutega kamberkaevandamise viis ei ole sobiv täitmiseks - garanteeritakse ainult maapinna püsivus. Töötada välja uued täitmisega kaevandamise süsteemid, mis tagavad: a) maapinna püsivuse, b) kadude vähendamise kuni 30%, c) CO2 vähenemise, d) keskkonnatasude vähenemise (tuha ja aheraine ladustamine), e) maavara kaevandamisõiguse tasu optimaalse kasutamise. Määrata täitmisviis - hüdrauliline, pneumaatiline, mehaaniline jne. Täitemassiiv - kivistuv (elektrijaama tuhk + lubjakivi + vesi), mitte kivistuv (lubjakivi, elektrijaama SO2-ga seotud tuhk). Vastavalt täitematerjalile valida ta transpordi süsteem: hüdro-, konveiertransport jne. Viia läbi kulude ja tulude arvestus. 6. Mudel. Hindab süsteemis erinevate protsesside mõju lõpptoodangule. Saab valida parameetreid ja selle alusel teha esialgseid otsuseid. 7. Eksperiment kaevanduses. Viia läbi optimaalse kaevandamissüsteemi katsetused piiratud tingimustes. Tervikute püsivus, täitematerjali parameetrid (tugevus, kompressiooni parameetrid, kahjulike ainete leostuvus, maapinna vajumine; kuidas käituvad lae ebatasasusest jäävad tühikud; ei tea täitematerjali paisumist ja temperatuure jne. 8. KMH – vajalik enne katsetööde tegemist 9. Mida saab teha mäeinstituut. a. Töötada välja variandid (linttervik, tulptervik, pikaeekombain; PLT, frontaalmaakombain) täitmisega kaevandamise süsteemi varianti (lagi, tulp- ja linttervikud, parameetrid). Määrata kaevandamise süsteemi ja täitematerjali vajalikud parameetrid. b. Pumpamise parameetrite määramine. c. Töötada välja massiivi raimamise meetodid - variandid ja hinnata neid. d. Tehtud tööde alusel määrata täitesegude komponentide hulgad, mis garanteerivad vajaliku tugevuse ja deformatsiooni parameetrid. e. Hinnata maapinna deformatsioone ja ulatust- eelhinnang. Töötada välja maapinna lubatud deformatsioonid. f. Arvutada tekkivate jäätmete bilanss (kaubapõlevkvivi, tuhk, aheraine, kaubakillustik, kasutatavad ja mittekasutatavad jäägid), kus kõik on omavahel seotud, lähteandmetena geoloogia, kaubapõlevkivi kütteväärtus ja kogused; täitmise maht. g. Hinnata kaevanduse logistika jm muutumist. h. Hinnata ligikaudselt täitmisega kaevandamise süsteemi efektiivsust - maavara toodang, täitematerjalide vajadus, täitematerjali transpordi võimalused, majandusnäitajad. i. Projekteerida eksperiment kaevanduses, et siis koos EP katsetada – andurite, laborivarustuse vajadus.
  4. 4. Põlevkivienergeetika jätkusuutlikkuse ja konkurentsivõime tagamiseks on vajalik jätkata töid selles valdkonnas. Artikkel on seotud uuringutega ETF Grant ETF7499 „Säästliku kaevandamise tingimused” ja SF0140093s08 „Maavarade säästva ja talutava kaevandamiskeskkonna loomine“.

×