Uusiomateriaalien hyödyntäminen rikastushiekka-altaiden pintarakenteissa

Tässä diplomityössä on arvioitu teollisuudessa muodostuvien uusiomateriaalien hyödyntämistä rikastushiekka-altaiden pintarakenteissa. Tavoitteena oli löytää tehtyjen laboratoriotulosten perusteilla potentiaaliset uusiomateriaaliratkaisut runkomateriaalien ominaisuuksien parantamiseen, luonnonmateriaalien korvaamiseen ja
kaivosten sulkemiskustannusten pienentämiseen. Materiaalivalinnoilla pyritään myös vähentämään sulfidipitoisten rikastushiekkojen happamoitumista ja haitta-aineiden liukenemista. Diplomityössä tarkasteltiin seuraavia uusiomateriaaleja; energianpolttoprosessien tuhkat, kipsi, valimohiekka ja kuitusavi.

Diplomityö koostuu kirjallisuuskatsauksesta, valmiiden laboratoriotulosten tarkastelusta ja koerakenteiden ohjeistuksesta. Kirjallisuuskatsaus koostuu rikastushiekkojen luokittelusta ja ominaisuuksista, rikastushiekka-altaiden rakenteista ja teollisuuden uusiomateriaaleista. Tulososiossa käsitellään aiemmin tehtyjä laboratoriokokeita, jotka sisältävät teknisiä ja ympäristökelpoisuustutkimuksia. Työssä käytetyt laboratoriotulokset ovat EU-Life UPACMIC
(LIFE12 ENV/FI/00592)-hankkeen yhteydessä tehtyjä laboratoriokokeita, jotka on tehty Ramboll Finland Oy:n Luopioisten T&K laboratoriossa vuonna 2014. Teknisissä laboratoriotutkimuksissa on tutkittu materiaalien vedenläpäisevyyksiä, puristuslujuuksia ja niiden muutoksia, ympäristökelpoisuustutkimuksissa rikastushiekkojen haitta-aineiden kokonaispitoisuuksia ja liukoisuuksia. Laboratoriokokeissa runkomateriaaleina on käytetty Hituran ja Pyhäsalmen kaivoksien rikastushiekkaa ja moreenia. Laboratoriotulosten pohjalta tehty koerakentamisen ohjeistus on myös osa tätä diplomityötä.

Laboratoriotuloksista havaittiin, että uusiomateriaalien laaduilla ja sen vaihteluilla oli suuria vaikutuksia materiaalien käyttäytymiseen sekä teknisissä ominaisuuksissa että ympäristökelpoisuustutkimuksissa. Materiaalien väliset eroavaisuudet vaihtelivat tuotantolaitoksittain. Suurimmat materiaalien laatujen väliset erot havaittiin tuhkilla.
Kuitusavella ja valimohiekalla laatujen väliset eroavaisuudet olivat tuhkia pienemmät. Laboratoriotulosten perusteilla runkomateriaalien jalostaminen uusiomateriaaleilla ei ole aina perusteltua. Myöskään uusiomateriaalin käyttömäärän kasvattaminen jalostettavassa runkoaineessa ei tuottanut automaattisesti suurempaa hyötyä. Esimerkiksi tuhkan
määrän ollessa yli 10 % runkoaineen märkämassasta, saavutettavat tekniset ja ympäristölliset edut pienenivät suhteessa käytetyn tuhkan määrään.

Laboratoriotulosten, materiaalien saatavuuden, varastoinnin ja logistiikan huomioon ottaen uusiomateriaaleista tuhka on potentiaalisin vaihtoehto sulfidipitoisen rikastushiekan jalostamiseen. Rikastushiekan jalostaminen tuhkalla vähentää sulfidirikastushiekan happamoitumista, hapon tuottoa ja haitta-aineiden liukenemista. Lisäksi tuhka lisäsi
lähes kaikissa tapauksissa runkomateriaalin puristuslujuutta ja pienensi vedenläpäisevyyttä.
Keväällä 2016 aloitettavaa pintarakenteiden koerakentamista varten tutkittavista uusiomateriaaleista jatkotutkimuksiin valittiin tuhka ja kipsi. Materiaalivalinnat tehtiin Rambollin ja kanadalaisen konsulttifirman Klohn Crippen Bergerin tekemien tutkimusten perusteilla. Tuhka toimii koerakenteissa reaktiivisena kerroksena ja kipsi neutraloivana komponenttina. Muita pintakerroksen koerakentamisen materiaaleja ovat rikastushiekka, moreeni, inertti kiviaines, multa ja siirtonurmi. Koerakentaminen suoritetaan Pyhäsalmen kaivoksella keväällä 2016, jonka ohjeistaminen on osa tätä diplomityötä. Koerakentamisen ohjeistus on diplomityön liitteenä.