28.1.2019

Geoblogi: Kierrätys, kiertotalous ja kaivosten rikastushiekat

Teksti:
Soili Solismaa, geologi
Päivi Kauppila, yksikön päällikkö

Kaivostoiminnassa syntyvää hienojakeista prosessijätettä, rikastushiekkaa, voidaan sen laadusta riippuen hyödyntää mm. rikastushiekka-altaiden pato- ja peittorakenteissa, maanalaisissa kaivostäytöissä ja teiden pohjarakenteissa. GTK on ollut viimeisen parinkymmenen vuoden aikana mukana edesauttamassa rikastushiekan hyötykäyttöä tutkimalla ja antamalla arvionsa rikastushiekan ominaisuuksista ja soveltuvuudesta kuhunkin hyötykäyttötarkoitukseen. Rikastushiekkojen ympäristökelpoisuus määritellään niiden sisältämien mineraalien ja niistä liukenevien aineiden muodostamien riskien perustella. Kaikki rikastushiekat eivät sisällä haitallisesti reagoivia komponentteja ja ovat ns. inerttejä eli ominaisuuksiltaan pysyviä. Inertit rikastushiekat voivat olla puhdistamattominakin sopivia raaka-aineita erilaisiin hyötykäyttötarkoituksiin.

Rikastushiekka on valmiiksi louhittua, murskattua ja hienonnettua ainesta, jossa on kiinni paljon hyödynnettävissä olevaa pääomaa ja energiaa. Lisäksi kaivannaisjätteiden vähentäminen ja niiden hyötykäyttö pienentävät varastointikustannuksia ja haitallisten ympäristövaikutusten riskejä. Riskejä vähentävät toimenpiteet lisäävät kaivostoiminnan hyväksyttävyyttä ja tuottavat siten lisäarvoa sekä kaivosyrityksille että yhteiskunnalle. Rikastushiekkojen hyötykäyttöä hidastavat luonnollisten raaka-aineiden helppo saatavuus, edullisuus ja turvallisuus. Tämän näkemyksen muuttamiseksi on tehtävä laadukasta tutkimusta ja osoitettava rikastushiekan hyötykäytön taloudellinen kannattavuus, turvallisuus ja ympäristökelpoisuus uusiokäytössä.

Perinteisten rikastushiekkojen hyötykäyttömenetelmien rinnalla GTK:ssa on tutkittu viimevuosina metallien talteenottoa ja haitallisten komponenttien poistamista rikastushiekoista sekä rikastushiekan hyödyntämistä betoni-, sementti- ja keraamiteollisuuden käyttöön. Kierrätyksen lisäksi mukana on kiertotaloudellinen tavoite, jossa jätteiden sekaan päätyvät hyödyntämiskelpoiset mineraalit otettaisiin talteen ennen rikastushiekka-altaalle läjitystä ja hyödynnettäisiin raaka-aineina, jolloin jätettä syntyisi nykyistä vähemmän.

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittamassa KaiHaMe -projektissa kehitettiin metallimalmikaivostoiminnan kaivannaisjätteiden optimointiin toimintamalli, jonka pohjalta voidaan jätteiden ympäristökelpoisuutta ja raaka-ainearvoa lisätä malmille tehtävien rikastuskokeiden yhteydessä heti toiminnan alkuvaiheessa. Mallissa jätteestä erotetaan eri rikastusmenetelmillä mahdolliset haitta-aineet pienempään jätefraktioon, jolloin suurin osa syntyvästä jätteestä on ympäristökelpoisempaa ja sille on mahdollista löytää hyötykäyttösovelluksia. Mallin toimivuutta testattiin projektissa Kopsan kultakuparimalmille. Tulosten perusteella jätteestä oli mahdollista erottaa arseeni- ja sulfidimineraalit erilliseksi jätefraktioksi tehostamalla jauhatusta, säätämällä vaahdotusta ja käyttämällä magneettierotusta. Jäljelle jäävän, massaltaan suurimman jätteen arvioitiin soveltuvan hyödynnettäväksi esimerkiksi jätealueiden jälkihoidossa käytettävissä peittorakenteissa. Mallin käyttöön saaminen edellyttää kaivannaissektorin toimijoilta kokonaisvaltaisempaa raaka-ainetarkastelua jo kaivostoiminnan suunnitteluvaiheessa.

Suomen Akatemian rahoittamassa Ceratail projektissa tutkitaan rikastushiekkojen hyötykäyttöä huokoisen keraamin valmistuksessa matalaenergisillä prosessointimenetelmillä. Huokoisia keraameja voidaan hyödyntää esim. eristemateriaaleina ja adsorbentteina. GTK:n pääasiallisena roolina on ollut sopivien rikastushiekkojen etsintä ja karakterisointi. Yhteistyökumppanit (Oulun yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto ja VTT) puolestaan ovat valmistaneet niistä keraameja eri menetelmillä. Tutkimusmateriaaleiksi valikoitui viisi inerttiä tai lähes inerttiä teollisuusmineraalikaivoksen rikastushiekkaa ja viisi metallimalmikaivoksen rikastushiekkaa. Tähän mennessä kolmesta rikastushiekasta on valmistettu kiinteitä keraamikappaleita lisäämällä rikastushiekkaan alumiinia ja kuumentamalla seos 1300 asteeseen (reaction-sintering). Lisäksi yhdestä rikastushiekasta on valmistettu kiinteitä kappaleita fosforihappokäsittelyn avulla. Geopolymerisoimalla on valmistettu kappaleita puhtaan kaoliinin ja flogopiitin seoksesta, mikä viittaa flogopiittirikkaan rikastushiekan hyötykäyttömahdollisuuksiin. Työskentely monitieteellisessä ryhmässä on ollut antoisaa ja mielekkäällä tavalla haastavaa. Eri tutkimusaloilla käytettävät termit ovat pikkuhiljaa tulleet tutuiksi ja yhdessä työskentely on muuttunut jatkuvasti sujuvammaksi.

Näytteenottoa Mätäsvaaran rikastushiekka-alueella.

KaiHaMe -projektin tulokset on koottu GTK:n julkaisemaan loppuraporttiin ja työraportteihin, jotka ovat ladattavissa GTK:n Hakku-tietokannasta (https://hakku.gtk.fi/fi/):

Kauppila, P. M. & Tarvainen,T. (eds) 2018. Improving the environmental properties, utilisation potential and long-term prediction of mining wastes. Geologian tutkimuskeskus, Bulletin 408. 108 sivua, 50 kuvaa ja 17 taulukkoa. Julkaisu on ladattavissa osoitteesta: http://tupa.gtk.fi/julkaisu/bulletin/bt_408.pdf

Muniruzzaman, Md., Kauppila, P.M. & Karlsson, T. 2018. Water quality prediction of mining waste facilities based on predictive models. Geological Survey of Finland, Open File Research Report 16/2018. 65 p.

Muniruzzaman, M., Karlsson, T. & Kauppila, P. M. 2018. Prediction of the Drainage Water Quality from Mine Wastes with Reactive Transport Modelling. GTK Open File Work Report 12/2018. 67 p.

Karlsson, T., Kauppila, P. M., Lehtonen, M., Tiljander, M., Forsman, P. & Lahtinen, T. 2018. Hituran ja Kevitsan kaivosten sivukivien hyötykäyttö maarakentamisessa. Geologian tutkimuskeskus, Työraportti 11/2018. 41 s.

Kauppila, P. M., Lehtonen, M. & Heino, N. 2018. Kaivannaisjätteiden hallintamenetelmät (KaiHaMe): Kaivannaisjätteiden optimoinnin toimintamallin kehittäminen. GTK:n sisäinen työraportti 14/2018. 73 s.

Kauppila, P. M., Taskinen, A., Korhonen, T., Kurhila, M. & Tiljander, M. 2018. Environmental properties of arsenic containing flotation tailings from Kuikka 2 gold deposit: Effect of polyacrylamide based chemical. GTK Open File Work Report 8/2018. 30 p.

Taskinen, A., Kauppila, P. M., Heino, N., Kurhila, M., Tiljander, M., Tornivaara, T. ja Korhonen, T. 2018. Kopsan Au-Cu-malmin arseenipitoisen rikastushiekan muokkaaminen ympäristökelpoisemmaksi rikastusteknisin menetelmin. GTK:n työraportti 9/2018. 112 s.

Ceratail projektin tähänastisista tuloksista löydät tietoa seuraavista artikkeleista:

Kinnunen, P., Ismailov, A., Solismaa, S., Sreenivasan, H., Räisänen, M. L., Levänen, E., & Illikainen, M. 2018. Recycling mine tailings in chemically bonded ceramics–A review. Journal of Cleaner Production, 174, 634-649. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.10.280

Solismaa, S., Ismailov, A., Karhu, M., Sreenivasan, H., Lehtonen, M., Kinnunen, P., Illikainen, M. & Räisänen, M. L. 2018. Valorization of Finnish mining tailings for use in the ceramics industry. Bulletin of the Geological Society of Finland, 90(1). https://doi.org/10.17741/bgsf/90.1.002

Karhu, M., Lagerbom, J., Kivikytö-Reponen, P., Ismailov, A. & Levänen, E. 2017. Reaction Heat Utilization in Aluminosilicate-Based Ceramics Synthesis and Sintering. Journal of Ceramic Science and Technology. 101-112, 8, 1. https://doi.org/10.4416/JCST2016-00094

Sreenivasan, H., Kinnunen, P., Heikkinen, E. P., & Illikainen, M. 2017. Thermally treated phlogopite as magnesium-rich precursor for alkali activation purpose. Minerals Engineering, 113, 47–54. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2017.08.003

Karhu, M., Lagerbom, J., Solismaa S., Honkanen, M., Ismailov, A., Räisänen, ML., Levänen, E., Elina-Huttunen-Saarivirta, E., Kivikytö-Reponen, P. 2019. Mining tailings as raw materials for reaction-sintered aluminosilicate-ceramics: effect of mineralogical composition on microstructure and properties. Ceramics International. Available online 23.11.2018. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.11.180

Kinnunen, P., Solismaa, S., Ismailov, A, Karhu, M, Lagerbom, J., Kivikytö-Reponen, P., Räisänen, M., Levänen, E. ja Illikainen, M. 2018. Kaivosteollisuuden rikastushiekkojen käyttö kemiallisesti sidostetuissa keraameissa. Materia, 5, 54–59. https://vuorimiesyhdistys.fi/wp-content/uploads/2018/12/materia518.pdf

Soili Solismaa

Teksti: Soili Solismaa

Soili Solismaa toimii geologina Tuotantoympäristöt ja kierrätys –yksikössä mm. kaivannaisjätteiden hyötykäyttötutkimusten parissa.

Päivi Kauppila

Teksti: Päivi Kauppila

Päivi Kauppila työskentelee yksikön päällikkönä Tuotantoympäristöt ja kierrätys –yksikössä. Hänen erikoisalaansa ovat kaivannaisjätteet ja kaivosten ympäristöongelmien ratkaiseminen.