Rikastushiekasta vaikka pöytälevyksi – vähähiilisen, betoninkaltaisen tuotteen kehittäminen etenee
Kaivannaisteollisuuden materiaalivirrat ovat runsaita ja täynnä mahdollisuuksia. SETELIT – Sekundääristen teollisuusvirtojen arvonlisäys ja tuotteistus -projektissa valmistui mm. kokeilu, miten rikastushiekkaa voisi käyttää pöytätason materiaalissa. Projektissa tehtiin myös 3D-tulostuksia rikastushiekkaa sisältävistä materiaaleista. Konkreettisten kokeilujen taustalla on halu kehittää uusia käyttötarkoituksia rikastushiekalle ja näin vähentää jätteen määrää.
Projektissa tehtiin mm. käytännön tutkimuksia, jotka edistävät rikastushiekan hyödyntämistä vähähiilisesti kovettuvana betonia korvaavana materiaalina. Vähähiilisyyttä tavoiteltiin korvaamalla perinteisesti täytemateriaalina käytetty hiekka rikastushiekalla sekä kokonaan tai osittain korvaamalla sementti sekundaarisilla sideaineilla. Päästöjen vähentämisen lisäksi uudet käyttökohteet rikastushiekalle vähentävät myös jätteen määrää.
Osana tutkimusta Keko Geopolymeerit Oy kokeili rikastushiekkaa sisältävän pöytälevyn tekemistä geopolymerisoinnin avulla. Lisäksi projektissa testattiin 3D-tulostamista eri määrillä ja eri laatuisilla rikastushiekoilla.
Kokeilujen lisäksi SETELIT-projekti edisti vähähiilisesti kovetetun betoninkaltaisen tuotteen kehittämistä mm. kehittämällä tuotteiden ympärille tutkimusinfraa ja -palveluita. Lisäksi projekti kehitti digitaalista reseptityökalua rikastushiekkapohjaisille vähähiilisesti kovetetuille tuotteille ja kaivostäytöille.
Ominaisuuksia selvitetään useassa vaiheessa
Ennen kuin rikastushiekan tai muun materiaalin käyttömahdollisuuksia päästään selvittämään ja kokeilemaan, on ensin tunnettava sen ominaisuudet eli tehtävä karakterisointi materiaaleille ja koekappaleille. Mikä on materiaalin kemiallinen koostumus ja raekoko ja mitä haitta-aineita siinä mahdollisesti on?
Kun rikastushiekka tai muu materiaali sekoitetaan toisiin materiaaleihin, seos on taas kemiallisesti omanlaisensa. On selvitettävä, miten aineet reagoivat keskenään, jotta voidaan varmistaa riittävä lujuus ja kestävyys sekä tarkistaa, onko muodostunut haitallisia faaseja.
Tutkimuksissa käytettiin myös röntgentomografiakuvantamista rakenteen selvittämiseksi. Menetelmä mahdollistaa rakenteen tarkastelun rikkomatta koekappaletta, jolloin voidaan havaita esimerkiksi ilmakuplien esiintyminen, huokoisuuden määrä sekä sen jakautuminen rakenteessa.
Projektin testauksissa saavutettiin 28 vuorokauden ikäisellä koekappaleella noin 7 MPa puristuslujuus. Kovettumisprosessissa sementtiä korvattiin osittain kuonalla, mikä vähensi perinteisen sideaineen käyttöä. Materiaalilla on potentiaalisia sovelluskohteita esimerkiksi täyttömateriaalina tai maisemointirakenteissa.
Jatkotutkimuksissa pyritään parantamaan koekappaleiden puristuslujuutta vähentämällä veden määrää ja lisäämällä karkeamman aineksen osuutta, mikä samalla voi vähentää haitallisten aineiden liukoisuutta.
SETELIT-projektin ja sitä edeltäneen Kovettuvat kaivostäytöt -projektin tuloksia on viety kehitteillä olleeseen reseptikirjastoon ja -työkaluun, jonka avulla dataa pystytään hallitsemaan ja hyödyntämään. Moniulotteista dataa analysoitiin SETELIT-projektissa itseohjautuvien karttojen (SOM, self-organizing maps) avulla. Analysoinneilla etsittiin syy-seuraussuhteita materiaalin rakenteessa ja käyttäytymisessä ja onko materiaalilla potentiaalia jatkotyöstöön.
Projektin toteuttajina olivat Geologian tutkimuskeskus GTK ja Savonia-ammattikorkeakoulu. Yrityskumppaneina olivat Agnico Eagle Finland Oy, Yara Suomi Oy, LKAB Minerals Oy, Alva Oy, Sika Finland Oy, Fatec Oy, Fescon Oy ja Sibelco Nordic Oy.
Projektia rahoittivat toteuttajat, yrityspartnerit ja EU:n aluekehitysrahasto EAKR (Pohjois-Savon Liitto).
Lisätiedot
SETELIT – Sekundääristen teollisuusvirtojen arvonlisäys ja tuotteistus -projektin verkkosivu
Neea Heino, tutkija, projektipäälikkö
Geologian tutkimuskeskus
puh. 029 503 5170
neea.heino@gtk.fi
