Sivuvirtojen hyödyntäminen kaivannaisjätteen peittoratkaisuissa–Lysimetrikokeet kaivosympäristössä
Paalumäki, Ville (2023-06-21)
Sivuvirtojen hyödyntäminen kaivannaisjätteen peittoratkaisuissa–Lysimetrikokeet kaivosympäristössä
(21.06.2023)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023072691110
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023072691110
Tiivistelmä
Metallimalmien rikastuksen olennaisimman ympäristövaikutuksen aiheuttaa hapan kaivosvalunta (Acid Mine Drainage; AMD), jonka laukaisee kaivannaisjätteiden sisältämien sulfidien hapettuminen. Sulfidihapettumisesta aiheutuvaa ympäristökuormitusta on mahdollista hallita, mikäli siihen puututaan heti hapettumisprosessin käynnistyttyä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää kahden teollisuudenalan sivuvirran soveltuvuutta kaivannaisjätteen peittorakenteeseen, ja arvioida lysimetrikokein suoritettavaa kenttätestausta kaivosympäristössä.
Työn taustalla ovat Geologian tutkimuskeskuksen omarahoitteiset TUMMELI (2017–2020) ja SMARTT (2021–2023) -projektit, sekä Oulun yliopiston, GTK:n ja Suomen ympäristökeskuksen toteuttama EAKR-rahoitteinen KAIVASU-hanke (hankekoodi A75259, 2019–2021), joista kerätyn datan analysointiin tämä tutkimus perustuu. Osana projekteja tutkittiin sekundääristen raaka-aineiden soveltuvuutta kaivannaisjätteen peittomateriaaliksi Särkiniemen (Leppävirta, Pohjois-Savo) ja Hituran (Nivala, Pohjois-Pohjanmaa) kaivosalueilla.
Särkiniemen lysimetrikokeessa murskatun sivukiven moreenipeittoon lisättiin kerros biokaasun tuotannosta peräisin olevaa mädätysjäännöstä, ja Hituran lysimerikokeessa rikastushiekan moreenipeittoon lisättiin kerros paperiteollisuudesta peräisin olevaa Opa-sakkaa/kuitusavea. Lysimetreihin sijoitettiin kosteus- ja happianturit sekä vesimäärälaskurit, joista koostettiin kuukausittaiset ja koko tutkimusjakson kattavat box & whisker kaaviot. Läpi suotautuneesta vedestä kerätyistä näytteistä analysoitiin pH-, sulfaatti- ja metallipitoisuuksia. Lopuksi suotovesien analyysituloksille, kokonaisvesimäärille sekä happi- ja kosteusanturien tuloksille suoritettiin korrelaatioanalyysi.
Hituran ja Särkiniemen lysimetrikokeissa osoittautui, että orgaaniset mädäke-, Opa-sakka- ja kuitusavikerrokset pidättävät vettä kaksi-kolme kertaa painonsa verran, jolloin hapen kulkeutuminen peittorakenteen läpi todennäköisesti vähenee. Tehokkaampaan vedenpidättymiseen voi liittyä kasvava reagointiaika peitetyn materiaalin ja peittorakenteen sisältämien alkuaineiden läpi suotautuvan veden kanssa.
Särkiniemen lysimetrikokeen biokaasuntuotannosta peräisin oleva mädätysjäännös ei todennäköisesti sovellu sivukiven peittomateriaaliksi sen sisältämän runsaan herkkäliukoisen sinkin vuoksi. Lysimetrikokeen perusteella Hituran rikastushiekka voidaan peittää puunjalostusteollisuuden kuitusavella, mutta se ei poista ympäristövaikutusta, jossa rikastushiekasta peräisin oleva magnesium mobilisoi sulfaattia.
Lysimetrikokeet sijoitettiin Hituraan ja Särkiniemeen, jotta paikallisten muuttujien vaikutusta peittorakenteisiin voitiin havainnoida, mutta mikäli koejärjestelyjä ei ole mahdollista huoltaa tasaisesti ympäri vuoden, menetetään data, jota tavoitellaan sijoittamalla koe in situ kaivosympäristöön.
Työn taustalla ovat Geologian tutkimuskeskuksen omarahoitteiset TUMMELI (2017–2020) ja SMARTT (2021–2023) -projektit, sekä Oulun yliopiston, GTK:n ja Suomen ympäristökeskuksen toteuttama EAKR-rahoitteinen KAIVASU-hanke (hankekoodi A75259, 2019–2021), joista kerätyn datan analysointiin tämä tutkimus perustuu. Osana projekteja tutkittiin sekundääristen raaka-aineiden soveltuvuutta kaivannaisjätteen peittomateriaaliksi Särkiniemen (Leppävirta, Pohjois-Savo) ja Hituran (Nivala, Pohjois-Pohjanmaa) kaivosalueilla.
Särkiniemen lysimetrikokeessa murskatun sivukiven moreenipeittoon lisättiin kerros biokaasun tuotannosta peräisin olevaa mädätysjäännöstä, ja Hituran lysimerikokeessa rikastushiekan moreenipeittoon lisättiin kerros paperiteollisuudesta peräisin olevaa Opa-sakkaa/kuitusavea. Lysimetreihin sijoitettiin kosteus- ja happianturit sekä vesimäärälaskurit, joista koostettiin kuukausittaiset ja koko tutkimusjakson kattavat box & whisker kaaviot. Läpi suotautuneesta vedestä kerätyistä näytteistä analysoitiin pH-, sulfaatti- ja metallipitoisuuksia. Lopuksi suotovesien analyysituloksille, kokonaisvesimäärille sekä happi- ja kosteusanturien tuloksille suoritettiin korrelaatioanalyysi.
Hituran ja Särkiniemen lysimetrikokeissa osoittautui, että orgaaniset mädäke-, Opa-sakka- ja kuitusavikerrokset pidättävät vettä kaksi-kolme kertaa painonsa verran, jolloin hapen kulkeutuminen peittorakenteen läpi todennäköisesti vähenee. Tehokkaampaan vedenpidättymiseen voi liittyä kasvava reagointiaika peitetyn materiaalin ja peittorakenteen sisältämien alkuaineiden läpi suotautuvan veden kanssa.
Särkiniemen lysimetrikokeen biokaasuntuotannosta peräisin oleva mädätysjäännös ei todennäköisesti sovellu sivukiven peittomateriaaliksi sen sisältämän runsaan herkkäliukoisen sinkin vuoksi. Lysimetrikokeen perusteella Hituran rikastushiekka voidaan peittää puunjalostusteollisuuden kuitusavella, mutta se ei poista ympäristövaikutusta, jossa rikastushiekasta peräisin oleva magnesium mobilisoi sulfaattia.
Lysimetrikokeet sijoitettiin Hituraan ja Särkiniemeen, jotta paikallisten muuttujien vaikutusta peittorakenteisiin voitiin havainnoida, mutta mikäli koejärjestelyjä ei ole mahdollista huoltaa tasaisesti ympäri vuoden, menetetään data, jota tavoitellaan sijoittamalla koe in situ kaivosympäristöön.