Kaivannaisjätteiden varastointi

Tämä sivu on tietokide alatyypiltään metodi. Sivutunniste: Op_fi3538
Moderaattori:Tkarlsso (katso kaikki) Sivun edistyminen: Täysluonnos. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa Näytä tulokset

Kaivannaisjätteiden varastoinnin pölypäästöt

Rikastushiekka

Rikastushiekka on rikastusprosessissa syntyvää jätettä, joka koostuu hienoksi jauhetuista malmi- ja sivukivimineraaleista sekä rikastuskemikaalien jäämistä. Sen koostumus riippuu siten louhittavasta malmista sekä rikastusprosessista ja siinä käytetyistä rikastuskemikaaleista. Rikastushiekka pumpataan tavallisesti rikastamolta lietteenä erilliseen rikastushiekka-altaaseen loppusijoitusta varten. Altaassa rikastushiekasta erotetaan selkeyttämällä vesi, joka johdetaan takaisin rikastusprosessiin, käsittelyyn tai ylijuoksutuksena vesistöön. Karkearakeisin osa rikastushiekkaa käytetään usein tyhjien kaivostilojen täyttönä. Rikastushiekka-altaiden patojen ja pohjan rakenne määräytyy rikastushiekan ominaisuuksien ja jäteluokan, sijoituspaikan maaperä- ja hydrogeologisten ominaisuuksien sekä sijoituspaikan toiminnallisen käyttökelpoisuuden perusteella (Kauppila et al. 2011, PSY 2006) . Pysyviksi luokitelluilla jätteillä pohjarakenteeksi soveltuu heikosti vettä läpäisevä moreeni. Ei-pysyville, tavanomaisille jätteille edellytetään luonnon maapohjan päälle vesitiivis pohjarakenne (esim. HDPE-kalvo, kumibitumikermi, tiivistyneet orgaaniset maaperäkerrokset). Ongelmajätteiksi luokitelluille rikastushiekoille (ts. happoa tuottavat ja/tai potentiaalisesti liukoisia haitta-aineita sisältävät rikastushiekat) edellytetään HDPE-kalvosta tai vastaavasta koostuva vesitiivis pohjarakenne (Kauppila et al. 2011). Aiemmin rikastushiekka-altaat rakennettiin suoraan luonnon maapohjan päälle jätteen ominaisuuksista riippumatta. Rikastushiekka-altaiden padot rakennetaan jätteen ominaisuuksien perusteella joko suotaviksi tai suotamattomiksi. Suotavat padot soveltuvat jätteille, joiden suotovedet ovat ympäristölle haitattomia. Ne rakenneteen joko homogeenisenä maapatona, louhepatona tai vyöhykepatona. Suotamattomia patoja käytetään jätteille, joiden suotovesien laatu on ympäristölle haitallista. Suotamattomassa padossa peruspato rakennetaan joko louhe- tai vyöhykepatona, ja patorakenne tiivistetään moreenilla ja muovikalvolla tai bitumikermillä. Synteettisen materiaalin ja maakerrosten väliin asennetaan bentoniittimatto (Kauppila et al. 2011). Aiemmin metallimalmikaivosten rikastushiekka-altaiden padot rakennettiin pääasiassa suotavina. Rikastushiekka-alueilta voi aiheutua ilmaan mineraalipölypäästöjä sekä kaasumaisia päästöjä, joista voi aiheutua hajuhaittoja. Rikastushiekka läjitetään tavallisesti rikastushiekka-altaaseen prosessiveden kanssa lietteenä. Liete levitetään joko reikäputkimenetelmällä useista pisteistä rikastushiekka-altaan reunoilta tai purkamalla yhdestä pisteestä putkella. Molemmissa menetelmissä karkein aines jää lähelle purkupisteitä/-pistettä, ja hienompi aines kulkeutuu altaan keskiosiin. Toiminnan aikana altaan keskiosat ovat usein vedellä kyllästyneitä, mutta patojen läheiset reunaosat voivat päästä kuivamaan. Kuivumisen seurauksena reunaosat altistuvat pölyämiselle. Varsinaisen rikastushiekan ohella myös patopenkoista voi aiheutua pölyämistä, etenkin, jos patojen korotus on tehty rikastushiekasta. Työkoneiden liikkuminen patovalleilla olevilla teillä lisää penkkojen pölyämistä.

Pölypäästöjen koostumus riippuu rikastushiekan koostumuksesta. Metallimalmikaivoksilla rikastushiekat sisältävät tyypillisesti rikastusprosessin tehokkuudesta riippuen vaihtelevia määriä malmimineraaleja, esim. metallisulfideja tai -oksideja, jotka ovat ensisijaisia ympäristölle haitallisten metallien lähteitä mineraalipölyssä.

Kaasumaisia päästöjä voi aiheutua joko rikastuskemikaalien jäännöksistä rikastushiekassa tai rikastushiekassa tapahtuvien kemiallisten ja biologisten reaktioiden seurauksena (Kauppila et al. 2011).

Pölypääsöihin vaikuttavia tekijöitä

• Rikastushiekan kosteus
• Kuivillaan olevan rikastushiekan määrä (pinta-ala?) ja raekokojakauma
• Käytettävät pölyntorjuntakeinot (esim. kalkkimaidon levitys; kasvillistaminen)
• Rikastushiekan koostumus
• Rikastushiekka-altaan rakenne ja korkeus, sijoittuminen maastoon
• Patopenkkojen materiaali, korkeus ja kasvillistaminen
• Ilmasto-olot (tuulen suunta ja voimakkuus, sadanta, lämpötila)
• Rikastuskemikaalien jäämät ja koostumus rikastushiekassa
• Kemialliset reaktiot rikastushiekassa
• Työkoneiden liikkuminen rikastushiekka-alueella

Rikastushiekkojen pölypäästöjä voidaan arvioida esimerkiksi soveltaen seuraavassa kappaleessa esitettyä tuulieroosion aiheuttamaa mineraalimateriaalin varastoinnin pölypäästöjen kaavaa.

Sivukivet

Malmikiven louhinnassa joudutaan varsinaisen malmin saavuttamiseksi ja hyödyntämiseksi poistamaan myös jatkoprosessiin kelpaamatonta sivukiveä. Metallien ja sulfidimineraalien pitoisuudet ovat sivukivissä yleensä sitä korkeampia, mitä lähempää malmia sivukivet on louhittu. Sivukivien hyötykäyttömahdollisuudet riippuvat pitkälti niiden geoteknisistä ominaisuuksista ja ympäristökelpoisuudesta ja hyvälaatuinen sivukivi voidaan hyödyntää esimerkiksi kaivosalueen maarakentamisessa (tiet, penkereet, vallit) tai myydä kaivosalueen ulkopuoliseen maanrakennuskäyttöön. Sivukiveä syntyy niin maanalaisesta kaivoksesta kuin avolouhoksesta ja määrä riippuu mm. louhintatekniikasta, malmin muodosta ja kallioperän laadusta. Avolouhinnassa sivukivien louhintamäärät saattavat olla jopa suurempia kuin varsinaisen malmin louhintamäärä. Maanalaisessa louhinnassa sivukivien osuus on usein vähäisempi, mutta kuilut ja kulkuväylät louhitaan pääasiassa sivukiveen. Maanalaisissa kaivoksissa sivukiviä ei tavallisesti kuljeteta maanpinnalle, vaan se hyödynnetään suoraan tyhjien louhostilojen tukena ja täytteenä. Kaivoksen rakennusvaiheessa, jolloin ei vielä ole tarvetta kaivostäytölle, sivukivet voidaan hyödyntää kaivosalueen maanpäällisessä rakentamisessa (Kauppila et al. 2011). Ympäristökelpoisuutta arvioitaessa on myös otettava huomioon sivukivien mukana kasoille kulkevat louhintaperäiset räjäytysainejäämät. Mikäli hyötykäyttö ei ole mahdollista, louhittu sivukivi varastoidaan kaivosalueen sivukivelle varatulle läjitysalueelle. Läjitysalueiden sijoituspaikan ja rakentamisen suunnittelussa huomioidaan materiaalien fysikaalinen ja kemiallinen käyttäytyminen sekä mahdolliset vaikutukset maaperään ja ympäristöön. Vanhojen kaivosalueiden sivukivikasoilla ei ole ollut lainsäädännöllisiä ja ympäristöselvityksellisiä perusteita, joten suljettujen ja hylättyjen kaivosten kohdalla sivukivikasojen tiedot voivat olla hyvinkin puutteellisia niin määrän kuin laadunkin suhteen. Sivukivikasoja voidaan myös välivarastoida kaivosalueelle myöhempää hyödyntämistä varten (myynti tai hyötykäyttö kaivoksen sulkemisen ja maisemoinnin yhteydessä). Kaivosalueen sulkemisen yhteydessä on tärkeää että maanpinnalle jäävät sivukivikasat stabiloidaan, muotoillaan, peitetään ja kasojen päälle varmistetaan kasvillisuuden vaivaton juurtuminen esim. istutusten avulla. Sivukivikasojen peitto vähentää veden ja ilman pääsyä kiviaineksen pintaan ja vaikuttaa siten suoraan haitallisten aineiden rapautumisnopeuteen ja kulkeutumiseen. Rikastushiekkoihin verrattuna sivukivien mineraalien rapautumista hidastaa ja vähentää niiden suuri lohkarekoko.

Sivukivet läjitetään yleensä lohkareina ja suurina kivenmurikoina, minkä vuoksi sivukivikasojen pölyämistä ei usein pidetä merkittävänä. Lohkareiden pinnoilla voi kuitenkin olla louhinnassa hienoksi jauhautunutta herkästi pölyävää mineraaliainesta. Sivukiviaineksen mahdollinen rapautuminen pintakerroksen puuttumisen johdosta sekä kasojen suuri korkeus lisäävät tuulieroosion riskiä ja mahdollisia pölyhaittoja. Maanalaisista kaivoksista sivukivipölyä kantautuu maanpinnalle ainoastaan tuuletuskuilujen kautta.

Merkittävimpiä sivukivikasojen läjittämisen yhteydessä syntyviä päästöjä ilmaan ovat pakokaasut ja mineraalipöly. Mineraalipölyä irtoaa sivukivien pintojen lisäksi kuljetusten yhteydessä ajoteiltä, pihoilta ja kentiltä, renkaista ja kuorma-autojen lavoilta. Mineraalipöly vastaa koostumukseltaan pääasiassa hienoksi jauhautunutta sivukiveä, ja voi sisältää täten terveydelle haitallisia metalleja, puolimetalleja, rikin yhdisteitä tai kuitumaista asbestipölyä. Mineraalipölyn haitallisuus riippuu mm. haitallisten aineiden määrästä ja laadusta sekä hiukkaskoosta. Haitallisuus ei perustu pelkkään kemiaan, vaan osa mineraaleista, erityisesti kuitumaiset mineraalit, voivat olla haitallisia fysikaalisilta ominaisuuksiltaan joutuessaan hengityselimiin.

Sivukivikasojen aiheuttamaa pölypäästöä voi arvioida varastoinnin pölypäästöjen arviointikaavalla:

Tuulieroosion aiheuttama mineraalimateriaalin varastoinnin pölypäästö

Varastoinnin aiheuttamaa kokonaispölypäästöä voidaan arvioida USEPA:n (U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 1983) kaavan muokatulla versiolla (Mojave Desert Air Quality Management District, 2000).

E = J*1.9*(s/1.5)*[(365-p)/235]*(f/15)

jossa

E = päästökerroin pölyämiselle (kg/ha/päivä)

J = hiukkasten aerodynaaminen kerroin

J(TPM) = 1.0 (kokonaispölyäminen)

J(PM10) = 0.5

J(PM2.5 ) = 0.2

s = silttipitoisuus (%). Oletusarvona 30 %, sivukivikasoilla luku voi olla huomattavasti pienempi, vain muutama prosentti.

p = niiden päivien lukumäärä, jolloin sademäärä on yhtäsuuri tai yli 0.25 mm. Oletusarvona voidaan käyttää lukua 159 (Outokummun alueen luku, joka perustuu Ilmatieteen laitoksen säädataan vuosien 2002 - 2011 tarkastelujaksolla).

f = prosenttimääräisesti aika, jolloin tuulen nopeus kasan keskikorkeudella ylittää 5.4 m/s (%). Oletusarvona voidaan käyttää lukua 7,2 % (Outokummun alueen luku, joka perustuu Ilmatieteen laitoksen tuulidataan vuosien 2007 - 2011 tarkastelujaksolla).

Tuulieroosion aiheuttama vuotuinen pölypäästö saadaan kertomalla päästökerroin E varastointialueen tuulieroosiolle alttiilla pinta-alalla (ha) ja 365:llä.

Kaava on tarkoitettu aktiivisille varastointikasoille, eli kasoille, joiden pintaa häiritään tarpeeksi usein, jotta eroosiolle herkkää tuoretta materiaalia on tarjolla. Oletusarvot eivät välttämättä sovellu käytettäväksi Suomen olosuhteisiin, sillä kaava ei ota huomioon esimerkiksi talvikauden lumipeittoa. Tämän vuoksi kaavan antamat laskennalliset arvot ovat luultavasti todellisuutta suurempia.

Toimenpiteet mineraaliaineksen varastoinnista aiheutuvan pölypäästön vähentämiseksi

Mineraaliaineksen varastoinnista aiheutuvia pölypäästöjä voidaan vähentää ainesta kastelemalla. Alla olevassa taulukossa on esitetty tarvittavan kastelun määrä suhteessa haluttuun vähentämistehokkuuteen (%)(Fugitive Emissions discussion in the Air & Waste Management Association Air Pollution Engineering Manual, 1992).

Pölypäästön väheneminen (%)	Päivittäinen tarvittava kastelumäärä (m3/ha)
50	15,9
60	22,4
70	31,8
80	47,5
85	60,9
90	83,2
95	133,6

Varastoinnin pölypäästöjä voidaan vähentää myös rakentamalla tuuliesteitä. Arvioiden mukaan täydellinen tuulenpuoleinen suoja vähentää pölyämistä 75 %.

Vähentämistoimenpiteiden jälkeen voidaan laskea lopullinen pölypäästömäärä kaavalla (Fugitive Emissions discussion in the Air & Waste Management Association Air Pollution Engineering Manual, 1992)

Ec = E*[(100-C)/100]

jossa

E_c = lopullinen vähentämistoimenpiteiden jälkeinen pölypäästö (kg/ha/päivä)

E = päästökerroin pölyämiselle (kg/ha/päivä)

C = vähentämistehokkuus (%)

Varastoalueiden pölypäästöt ovat tuulieroosion aiheuttamaa mineraaliaineksen irtoamista alueen pinnalta. Jos aineksen pintaa ei häiritä, pölypäästön määrä laskee nopeasti. Jos pintaa häiritään, eli varastointikasa on aktiivinen, on tuulieroosiolle altista tuoretta materiaalia aina saatavilla.

Rikastushiekka-alueet pyritään yleensä pitämään märkinä ja kuiville alueille saatetaan levittää esimerkiksi kalkkimaitoa pölyämättömän peittävän kuoren luomiseksi (Kauppila et al. 2011). Pölypäästöjä laskettaessa otetaan huomioon vain peittämättömät ja kuivat alueet. Nämä rikastushiekka-alueen kuivat osat eivät välttämättä ole aktiivisia, eli uutta tuulieroosiolle altista ainesta ei tule jatkuvasti saataville, mutta niille on hankala löytää erillistä laskentamallia. Aktiivisten varastointikasojen pölyämismallia voi siis pitää pahimpana mahdollisena pölypäästönä häiriintymättömiltä kuivilta rikastushiekka-alueen osilta.

Aluekohtaiset paikalliset erot sääolosuhteissa voivat aiheuttaa epätarkkuutta päästöarvioon oletusarvojen avulla. Suorilla mittaustuloksilla voidaan varmentaa päästökertoimien oikeellisuutta.

Mineraaliaineksen varastoinnin pölypäästöt riippuvat oleellisesti varastointitavasta; sijaitseeko varastoitava aines sisätiloissa vai ulkona, onko tuulen vaikutusta pyritty minimoimaan esimerkiksi peittämällä, tuuliesteillä tai aineksen kastelulla. Varastoitavan aineksen sisältämä silttipitoisuus on tärkeä tekijä arvioitaessa sen herkkyyttä tuulieroosiolle. Sääolosuhteissa vaikuttavia asioita ovat tuulen nopeus, vuodenaika ja ilman kosteus. Myös varastointialueen muoto vaikuttaa pölypäästöjen syntymiseen. Tutkimusten mukaan kasojen tuulenpuoleisten rinteiden ylin kolmannes on kaikkein herkintä tuulieroosiolle, joten niiden huomioiminen pölypäästöjen vähentämistä suunniteltaessa on tärkeää (Rademeyer B. 2007).

Sakat

Kaivosprosesseissa saattaa saostua erilaisia ympäristölle haitallisia sakkoja. Näitä ovat esimerkiksi metallien talteenottoprosesseissa syntyvät sakat, kuten neutralointisakka ja mineraalilietteessä olevan kullan natriumsyanadilla tapahtuvassa erotuksessa muodostuva sakka. Neutraloinnin sakkaa voi muodostua esimerkiksi neutraloitaessa vaahdotusliuosta kalkilla ja rikastushiekalla. Neutralointireaktioissa syntyy usein kipsiä ja erilaisia metallihydroksideja, kuten rauta- ja alumiinihydroksideja. Kaivosten laitehuoltojen yhteydessä saattaa myös syntyä erilaisia sakkamaisia aineksia (PSY 2007)

Sakkoihin saattaa rikastua runsaasti erilaisia aineita riippuen käytetyistä prosesseista. Esimerkiksi kultakaivoksella neutraloinnin sakka saattaa sisältää runsaasti arseenia, rautaa, kalsiumia ja rikkiä, kun taas syanidiliuotussakka sisältää pääasiassa silikaatteja ja muita liukenemattomia mineraaleja ja siinä on runsaasti alumiinia, rautaa ja titaniumia. Syanidiliuotuksen sakka sisältää syanidiyhdisteitä, jotka voivat olla erittäin pienissäkin pitoisuuksissa vesieliöille myrkyllisiä (esim. julkaisun "National Recommended Water Quality Criteria - Correction, USEPA, April 1999" mukaisesti suurin sallittu lyhytaikainen altistumispitoisuus vesieliöstölle on 0,022 mg/l ja suurin sallittu pitkäaikaisen altistumisen pitoisuus 0,0052 mg/l). Myös neutraloinnissa syntyvä kalsiumferriarseenisakka voi olla ympäristölle haitallista, mikäli arseeni pääsee kulkeutumaan eteenpäin loppusijoitusalueelta. Sakat voivat kuitenkin olla melko pysyviä, mikäli pH ei pääse laskemaan liian alas.

Kaivostoiminnassa muodostuvat sakat ovat yleensä ympäristöministeriön asetuksen (1129/2001 nimikkeiden mukaisesti luokkaa 01 03 (metallimineraalien fysikaalisessa ja kemiallisessa käsittelyssä syntyvät jätteet). Sakkoja sijoitetaan yleensä rikastushiekka-alueille, sakka-altaisiin, sivukivikasoille, sekä louhosten, tai maanalaisten kaivosten täytteeksi. Haitallisia aineita sisältävät ja ominaisuuksiltaan vaaralliset sakat, kuten esimerkiksi syanidiliuotuksen sakka tai metallitehtaalla syntyvät mineraalipitoiset sakat, luokitellaan yleensä ongelmajätteeksi, jolloin niiden sijoituspaikka merkitään ongelmajätteen kaatopaikaksi ja se on aidattava(LSY 2006 PSY 2002, PSY 2007).

Erittäin pienipartikkeliset sakat saattavat kuivuessaan kulkeutua ympäristöön pölynä, kuljettaen mukanaan haitallisia aineita, esimerkiksi raskasmetalleja ja arseenia. Vaikka pöly ei sisältäisikään haitallisia aineita, pienet pölypartikkelit aiheuttavat yleensä vakavampia terveyshaittoja, kuin suuremmat rakeet, sillä ne tunkeutuvat syvemmälle keuhkoihin.(ntaatribalair.org 2012) Sakkojen varastointiin käytetyiltä alueilta saattaa päästä ainesta ympäristöön myös esimerkiksi reunapadon sortumisen johdosta.

Viitteet

U.S. Environmental Protection Agency (USEPA), 1983. AP-42, Supplement 14 for Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Third Edition, May 1983.

2.0 2.1 Mojave Desert Air Quality Management District, Antelope Valley Air Pollution Control District 2000. Emission Inventory Guidance: Mineral Handling and Processing Industries

Fugitive Emissions discussion in the Air & Waste Management Association Air Pollution Engineering Manual, 1992 Edition

Rademeyer B. 2007. The Influence of Environmental Impacts on Tailings Impoundment Design. University of Pretoria, July 2007

Kauppila, P., Räisänen, M.L. & Myllyoja, S. (toim.) 2011. Metallimalmikaivostoiminnan parhaat ympäristökäytännöt. Suomen ympäristökeskus. Suomen ympäristö 29, 213

PSY 2007. Talvivaaran kaivoksen ympäristö- ja vesitalouslupa, Sotkamo ja Kajaani. Pohjois-Suomen ympäristölupavirasto. Lupapääös Nro 33/07/1, Dnro PSY-2006-Y-27. 29.3.2007. 184 s.

Ympäristöministeriön asetus (1129/2001) yleisimpien jätteiden sekä ongelmajätteiden luettelosta

Länsi-Suomen ympäristölupavirasto 2006, Ympäristösuojelulain 35§:n mukainen ympäristölupahakemus, joka koskee Polar Mining Oy:n Oriveden kaivoksen toimintaa. Lupapäätös nro 1/2006/2

Pohjois-Suomen ympäristövirasto 2002, Suurikuusikon kultakaivoksen ja rikastamon ympäristölupa sekä vesilain mukainen lupa, Kittilä. Lupapäätös nro 69/02/1

ntaatribalair.org, 2012. http://www.ntaatribalair.org/index.php?option=com_content&view=article&id=182:univeristy-of-arizona-finds-tailings-have-troubling-tiny-particles&catid=50:general-news