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
