Geoblogi: Rikastushiekan hyötykäyttö kovettuvana kaivostäyttömateriaalina ja sementtiä korvaavat sekundaariset raaka-aineet

Geologian tutkimuskeskus (GTK) tarttuu rohkeasti uusiin tutkimusaiheisiin, edistäen kestävien ja hyödyllisten teknologioiden käyttöönottoa yhteiskunnan kulloistenkin tarpeiden mukaisesti. Uutena avauksena GTK on mukana syksyllä 2019 alkaneessa Savonia Ammattikorkeakoulun koordinoimassa Kovettuvat kaivostäytöt (KOVE-PRO) -projektissa, jossa tutkitaan kuivatun rikastushiekan, pastan, hyötykäyttöä sementoituna täyttömateriaalina kaivosten maanalaisissa louhostiloissa (englanniksi CPB, cemented paste backfill). Sementin valmistus aiheuttaa ympäristövaikutuksia mm. louhinnasta, sementin valmistukseen tarvittavan energian tuotannosta ja kalkkikiven poltossa vapautuvista hiilidioksidipäästöistä johtuen. Tästä syystä sementille etsitään korvaavia materiaaleja, etenkin sekundaaristen raaka-aineiden joukosta. Niiden avulla pyritään myös vähentämään sementoidun pastatäytön tuotantokustannuksia.

Pastatäytön käyttö vähentää kaivosjätteen määrää ja mahdollistaa malmin tehokkaamman hyödyntämisen, koska kantavia rakenteita varten ei tarvita malmikivestä koostuvia tukipilareita pastatäytön toimiessa tukirakenteena. Menetelmää hyödynnetään maailmalla, etenkin Kanadassa laajalti, mutta Suomessa menetelmää käytetään tällä hetkellä ainoastaan Kittilän kultakaivoksella. Louhoksen pastatäytössä hyödynnettävä rikastushiekka voi olla sulfidi- ja metallipitoista, mikäli se kaivoksen sulkemisen yhteydessä peitetään tarpeeksi paksulla vesikerroksella ja louhokseen ei pääse purkautumaan hapellista pohjavettä (Kauppila et al. 2011, EC 2018). On kuitenkin otettava huomioon vuodet ennen kaivoksen sulkemista, jolloin kaivostäyttömateriaali on alttiina hapelle ja erilaisille kaivoksen suotovesille. Mitä täyttömateriaalille tapahtuu tänä aikana, joka saattaa olla kestoltaan kymmeniäkin vuosia? GTK tutkii yhdessä Savonian betonitekniikan osaajien ja yrityspartnereiden kanssa mikä on optimaalisin resepti täyttömateriaalille ja miten materiaali reagoi kaivostoiminnan aikana, ennen kaivoksen sulkemista ja täyttymistä vedellä. Samalla tutkitaan täyttömateriaalissa käytettävän sementin määrän vähentämistä ja sen korvaamista kuonalla tai polttoprosessissa syntyvällä tuhkalla ja näiden uusien täyttömateriaalien reaktioita simuloiduissa kaivosolosuhteissa.

Aiheeseen liittyen on tehty yhteistyötä myös Tanskan Teknillisen yliopiston (DTU) kanssa. Vastikään online versiona julkaistussa artikkelissa arvioidaan erityyppisten rikastushiekkojen hyötykäyttömahdollisuuksia sementtiä korvaavina tai täydentävinä raaka-aineina (supplementary cementitious materials, SCM) niiden kemiallisten, mineralogisten ja fysikaalisten ominaisuuksien perusteella. Tutkimuksessa kartoitetaan kunkin rikastushiekan hydraulisia, pozzolaanisia ja aktivoivia ominaisuuksia verrattuna sementtiin, lentotuhkaan ja tavalliseen hiekkaan (Simonsen et al. 2020). Myöhemmin tutkitaan varsinaisia rikastushiekasta valmistettujen sementtikappaleiden ominaisuuksia ja niiden hyötykäyttömahdollisuuksia. Lisäksi suunnitteilla on tutkimus, jossa etsitään Euroopasta kaivoksia, jotka tuottavat sivuvirtoinaan sementin korvaamiseen soveltuvia rikastushiekkoja ja sivukiviä. Tutkimuksessa arvioidaan toiminnan taloudellisia näkökohtia ja eri maiden lainsäädännön vaikutusta rikastushiekkojen ja sivukivien hyötykäyttöön. Valitusta materiaaleista valmistetaan sementti- ja betonikappaleita joiden ominaisuudet testataan yhteistyössä projektikumppaneiden kanssa. Tutkimuksen perimmäisenä tarkoituksena on vähentää primaaristen raaka-aineiden louhintaa, sekä edistää sekundaaristen materiaalien hyödyntämistä, kuten KOVE-PRO projektissakin.

Viitteet:
Kauppila, P., Räisänen M.L., Myllyoja, S. (toim.) 2011. Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt. Suomen ympäristö, 29/2011.
https://helda.helsinki.fi/bitstream/handle/10138/37056/SY_29_2011.pdf?sequence=3&isAllowed=y

EC 2018. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Management of Waste from Extractive Industries. JRC Science for Policy Report. European Commission.

Simonsen, A., Solismaa, S. Hansen, H., Jensen, P. 2020. Evaluation of mine tailings’ potential as supplementary cementitious materials based on chemical, mineralogical and physical characteristics. Waste Management. Volume 102, 1 February 2020, Pages 710-72.

Soili Solismaa ja Tommi Kauppila

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

Tommi Kauppila työskentelee tutkimusprofessorina vastuualueenaan GTK:n kaivos- ja teollisuusympäristöjen tutkimus.