Metallimalmikaivostoiminnan päästöjen vähentäminen

Tämä sivu on ensyklopedia-artikkeli. Sivutunniste: Op_fi2864
Moderaattori:Ei ole (katso kaikki) Kuinka ryhtyä moderaattoriksi? Sivun edistymistä ei ole arvioitu. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi2864}}

Päästöjen ja ympäristövaikutusten vähentämistekniikat Päästöjen pienentäminen ja ennaltaehkäisy ovat päästöistä aiheutuvien ympäristövaikutusten vähentämiseksi tehokkaimmat keinot. Itse ympäristöön kohdistuvat toimet ovat yleensä ”vahinkojen korjaamista”, joilla ei välttämättä saavuteta pysyviä vaikutuksia. Tyypillinen esimerkki vahinkojen korjaamisesta on esim. sulfidimalmien käsittelystä aiheutuneen happamoituneen maaperän ja vesistöjen paikallinen kalkitseminen. Joissain tapauksissa ympäristöluvassa on velvoitettu myös vaikutusten kompensointiin, esim. kalaistutuksia on voitu edellyttää kalakantojen elpymisen ja säilymisen edistämiseksi.

Tärkeitä päästöjen ennaltaehkäisemiskeinoja ovat myös riskinarviointiin perustuvat varautumissuunnitelmat ja -järjestelmät. Esimerkiksi mahdollisten terveyttä uhkaavien kaasupäästöjen varalta on kaivoksilla oltava riskinarvioon perustuvat varautumissuunnitelmat sekä riittävän tehokkaat järjestelmät ympäristön asukkaiden varottamiseksi. Vastaavasti myös mahdollisten vesipäästöjen varalta on kaivoksilla oltava varautumisjärjestelmät, joilla turvataan ympäristövahinkojen minimointi.

Tällä sivulla on kuvattu päästölähteittäin nykyisin kaivostoiminnassa käytössä olevia päästöjen vähentämistekniikoita.

Kaivoksen rakentamisaikaisten päästöjen vähentäminen

Kaivoksilla tapahtuu rakentamistoimintaa usein samanaikaisesti tuotantotoiminnan kanssa. Uusilla kaivoksilla rakentamisvaiheen kesto on yleensä 1–2 vuotta. Rakentamisvaiheen louhinnan päästöt ovat vastaavia kuin tuotantotoiminnan aikana. Näin ollen päästöjen vähentämiseen soveltuvat samat tekniikat kuin seuraavissa kappaleissa on kuvattu toiminnan aikaisten päästöjen vähentämisestä. Olennaista päästöjen vähentämisessä on, että rakennusorganisaatio on tietoinen rakennusvaiheesta aiheutuvasta pilaantumisen vaarasta ja ottaa käyttöön ja ylläpitää päästöjen vähentämistekniikat toiminnassa koko rakennusvaiheen ajan. Taulukko 30. Pöly- ja kaasupäästöjen ehkäisytoimenpiteitä ja vähentämistekniikoita.

Kaivoksen toiminnan aikaisten päästöjen vähentäminen

Ilmaan kohdistuvat päästöt

Kaivostoiminnan pölypäästöjen hallitsemiksi on tarjolla erilaisia teknisiä ratkaisuja, kuten suodattimia ja pölynkeräyslaitteita (murskaus, seulonta). Niiden lisäksi pölyämistä torjutaan mm. pitämällä pölyävät materiaalit riittävän kosteina (tiestö, räjäytyskenttä), kattamalla toiminnot, joista muodostuu pölyä, tai peittämällä pölyn lähteet. Kaasumaisten päästöjen vähentäminen perustuu erityisesti laiteteknisiin valintoihin (mm. kaivoskoneet, voimalaitokset) ja erilaisten puhdistustekniikoiden käyttöön. Koneista ja laitteista aiheutuvia kaasumaisia päästöjä voidaan myös vähentää esimerkiksi vähärikkisen polttoaineen käytöllä, valitsemalla pienipäästöisiä koneita ja kuljetuskaluston säännöllisellä huollolla.

Pöly- ja kaasupäästöjen ehkäisytoimenpiteitä ja vähentämistekniikoita

Menetelmä	Toiminta	Toimenpidekuvaus
Pölyminen	Räjäytys, louhinta ja malmin/sivukiven kujletus	Räjäytyksen panostuksen mitoitus ja vaiheustus (räjähdyskentän kastelu); panosreikien täkkäys; toiminnan siirtyminen avolouhoksessa syvemmällä/maanalaiseen kaivostilaan; pölynpoistojärjestelmät poravaunuissa ja maan-alausessa kaivoksessa; porauspölyn imeminen ja käsittely; lastattavan kiven kastelu; ajoteiden kastelu, pölynsidonta-aineiden käyttö; kuormien peitot, renkaiden pesu (pitkät kuljetukset)
	Murskaus ja seulonta	Murskaus ja seulonta sijoitetaan suljettuun tilaan/maanalaiseen kaivososaan; pölynpoistojärjestelmä (imuri, sähköinen lasketus, kotelointi, pesu/kastelu, suodatus, pölynsidontakemikaalien käyttö); pölynpoistolaitteiden säännöllinen huolto
	Malmin rikastus (kuivatus)	Kuivauksen lämpötilan säätö, suodatusjärjestelmä (kuivatuksen vaihtoehto), kotelointi
	Malmirikasteiden lastaus ja kuljetus	Rikasteiden varastointi ja lastaus katetuissa tiloissa; ulkotiloissa; varsto-alueen pohjan asfaltointi/tiivis pohjarakenne; asfaltoidun lastausalueen ja koneiden renkaiden pesu (viemäröinti/pesuvesien keräys puhdistamolle); varastokasojen kastelu/peitto (valumisvesien keräys puhdistukseen); kuormien peittäminen/pölynsidonta-aineiden levitys kuorman päälle
	Kaivannaisjätteet	Peitto + kasvitus, kastelu (vesi, kalkkimaito)/vesipeitto jätealtaissa
Kaasupäästöt	Räjäytys	Räjäytyksen panostuksen mitoitus ja vaiheistus, räjähdyskemikaalien vailna; maanalaisen kaivostilan tuuletus ja poistoilman puhdistus
	Koneiden käyttö (louhinta, kuljetus)	Pienipäästöisten koneiden valinta; vähärikkisen polttoaineen käyttö; kaluston säännöllinen huolto
	Malmin rikastus	Kaasupäästöjen talteenotto- ja puhdistusjärjestelmä (pesu, neutralisointi); kemikaalien oikea annostus ja happojen riittävä laimentaminen; laitteiston säännöllinen huolto ja kunnostus

Esimerkkejä köytössä olevista keinoista ilmaan kohdistuvien päästöjen ja niistä eiheutuvien ympäristövaikutusten vähentämiseksi toiminnassa olevilla kotimaisilla metallikaivoksilla

Kaivos/tuotantolaitos	Ilmaan kohdistuvien päästöjen torjunta/ympäristövaikutusten vähentäminen
Kemin kaivos	Kaivoksessa ja rikastamolla on käytössä pölynpoistojärjestelmät
	Ajotiellä ja läjitysalueilla pölyämistä ehkäistään kastelulla ja pölynsidontaaineilla.
	Rikasteet varastoidaan sisätiloissa. Lastausalueen on asfaltoitu ja ne pestään kesäaikaan säännöllisesti. Ulos varastoitua rikastetta kastellaan kesäaikaan sadetuslaitteilla.
	Rikastushiekka-alueella on kokeiltu kalkkimaitoa pölyämisen estämiseksi.
	Rikastushiekka-alueiden peittäminen ja meisemointi heti alueen tultua täyteen.
	Varautumisjärjestelmä ymppäristövahinkojen varalta olemassa.
Kittilän kaivos	Pölyämistä ajotiellä ja läjitysalueissa ehkäistään kastelulla ja pölynsidonta-aineilla.
	Murskaus suoritetaan osittain suljetussa tilassa. Poistoilma suodatetaan kangassuotimella, josta kiintoaine menee murskehihnalle.
	Painehapetusprosessin poistokaasu pestään kaasunpesurilla
Pyhäsalmen kaivos	Rikasteiden kuivausrummut on korvattu painesuottimilla
	Typpihapolle on laimennusjärjestelmä NO2-päästöjen ehkäisemiseksi.
	Cu- ja Zn-rikasteet varastoidaan varastohallissa.
	Avoin varasto- ja lastausalue on asfaltoitu. Alue pestään säännöllisesti.
	Jätealue käsitellään kalkkimaidolla tarvittaessa pölyämisen estämiseksi.
	Varautumisjärjestelmä ympäristövahinkojen varalta on olemassa.
Talvivaaran kaivos	Avolouhoksen poravaunut on varustettu pölynpoistolaitteilla.
	Tilapäisen murskauksen pölypäästökä vähennetään koteloinnilla ja kastelulla.
	Teistön pölyämistä torjutaan söönnällisellä kastelulla.
	Murskaamolla ja seulonnassa on pölynpoistojärjestelmä.
	Hönkäpesurit rikkivetypäästöjen torjumiseksi metallien talteenottoprosessista.
	Rikasteet varastoidaan sisätiloissa ja kuljetetaan säiliöissä
	Kipsisakka-altaiden pinta pidetään kosteana pölyämisen estämiseksi
Sastamalan rikastamo	Murskaamolla käytetään kastelua tarvittaessa, mikäli jäätymisvaaraa ei ole.
	Pölynpoiston tehostamista tutkitaan.
	Rikasteet varastoidaan ja lastataan hallissa ja kuljetetaan petettynä.
	Pölyämistä rikastushiekka-alueella torjutaan kastelemalla ja savipeitolla.
Sotkamon kaivos	Pölyämistä ajoteillä hillitään kesäaikaan kastelemalla ja pölynsidonta-aineilla.
	Malmin välivarasto on siirretty sisätiloihin.
	Ajoittain esiintyviä pölypäästöjä jätealueelta torjutaan pölynsidonta-aineilla, kastelulla ja meisemoinnilla.

Louhinta ja malmin kuljetus

Lastauksesta syntyvää pölyämistä voidaan vähentää kastelemalla lastattava kiviaines. Malmin ja sivukiven kuljetusreiteiltä leviäviä pölypäästöjä torjutaan yleisesti kastelemalla tiet ja/tai levittämällä teille pölynsidonta-aineita. Kalsiumkloridi on yleisimmin käytetty pölynsidonta-aine, mutta sen käyttö voi johtaa alueen pinta- ja pohjavesien kloridipitoisuuden kohoamiseen. Pölyn sidontaan on nykyisin tarjolla myös muita, ympäristöystävällisempiä kemikaaleja, kuten kaliumformiaatti.

Pitkillä kuljetusmatkoilla pölyn leviäminen malmikuljetusten kuormista estetään tehokkaimmin peittämällä kuormat. Pakokaasupäästöjä vähennetään sekä maan alla että maan päällä ajoneuvoissa olevilla puhdistustekniikoilla, kuten katalysaattoreilla. Pakokaasujen vähentämisessä keskeistä on valita vähäpäästöisiä kaivoskoneita.

Räjäytysten pölypäästöjä voidaan vähentää panostuksen vaiheistuksella, räjähdyskemikaalin valinnalla ja optimoimalla annostus. Pölyn määrää vähentää myös porauspölyjen imeminen puhdistuskäsittelyyn. Räjäytyksissä muodostuva häkä kertyy ilmaa raskaampana räjäytysalueen pohjalle ja se poistetaan maanalaisesta kaivoksesta tuulettamalla.

Murskaus ja seulonta

Murskauksesta ja seulonnasta aiheutuvien pölypäästöjen vähentämiskeinot riippuvat siitä, onko murskaus- ja seulontapiiri sisä- vai ulkotiloissa. Sisätiloissa olevan murskaus- ja seulontapiirin pölypäästöjä ehkäistään työsuojeluvaatimusten mukaisella pölynpoistojärjestelmällä, jossa laitteet on koteloitu. Lisäksi pölynpoistoon käytetään imurijärjestelmää. Pölypäästöjä voidaan vähentää myös kastelulla tai käyttämällä pölynsidontakemikaaleja. Kemikaalien käyttöä pölynsidonnassa voi rajoittaa niiden rikastusprosessia haittaava vaikutus. Murskaus- ja seulontapiirin pölyntorjunnassa voidaan käyttää myös sähköisiä pölyn laskeutusjärjestelmiä. Suodattimet tai pesurit estävät tehokkaasti pölyämistä järjestelmästä ulos ympäristöön. Pölynpoistojärjestelmien tehokas toiminta edellyttää myös laitteiden hyvää kuntoa ja huoltoa.

Kokonaan tai osittain ulkotiloissa sijaitsevan murskaus- ja seulontapiirin pölypäästöjä voidaan vähentää koteloimalla laitteita ja ohjaamalla pölyä hallitusti suodatuksen kautta ulos. Useimmiten pölyn sidonnassa käytetään kuitenkin kastelulaitteita, jotka sumuttavat hienojakoista sumua suuttimien kautta. Suomen ilmasto-olosuhteissa vesikastelun käyttäminen ei kuitenkaan ole aina mahdollista kovien pakkasten vuoksi. Pölynsidontakemikaalit (kloridit ja formiaatit) kestävät pakkasta vettä paremmin.

Rikastus

Rikastusprosessin kaasu- ja pölypäästöt muodostuvat pääasiassa rikasteiden kuivauksesta, rikastuskemikaalien käytöstä ja rikastuksen aikana tapahtuvista kemiallisista reaktioista.

Kuivausrummuissa ja muissa polttoöljyllä toimivissa rikasteen kuivauslaitteissa on yleensä ilmapäästöjen vähentämiseksi savukaasupesuri, jonka suorituskyky riippuu kuivausprosessin tasaisesta toiminnasta sekä pesurin teknisestä kunnosta. Äkillisiä vaihteluita prosessin toiminnassa tai lämpötilan liiallista nousemista pyritään välttämään kuivausprosessin säätämisellä. Usein kuivausprosessi kuitenkin korvataan tehostamalla rikasteen suodatusjärjestelmää siten, että rikasteessa on riittävä loppukosteus ilman kuivatusta. Suodatusjärjestelmän säätäminen voi toisinaan olla taloudellisesti mahdotonta tai rikasteen loppukosteusvaatimukset voivat edellyttää kuivurin käyttämistä.

Kemikaalien käytöstä ja kemiallisista reaktioista johtuvia rikastusprosessin kaasupäästöjä pyritään vähentämään prosessin säätämisellä ja epätoivottujen reaktioiden estämisellä teknisillä järjestelyillä. Esimerkiksi väkevän hapon ja sulfidien tai orgaanisten aineiden keskinäisten reaktioiden tuloksena syntyvän rikkivedyn (H2S) tai typpidioksidin (NO2), syntymistä voidaan parhaiten estää kemikaalien tarkalla annostelulla ja happojen riittävällä laimentamisella ennen käyttöä. Rikkivetyä voi päästä ympäristöön myös sulfidisaostuksen yhteydessä. Rikkivetypäästöjä voidaan tällöin vähentää hapettamalla rikkivety esimerkiksi vetyperoksidilla. Rikkivetyä voidaan poistaa myös kaasupesureilla käyttämällä poistokaasussa laimeaa lipeäliuosta.

Rikasteiden lastaus ja kuljetus

Rikasteen varastoinnin ja lastauksen pölypäästöjä voidaan tehokkaimmin vähentää varastoimalla ja lastaamalla rikasteet katetussa varastohallissa. Ulkona varastoitavien rikastekasojen pölypäästöjä voidaan vähentää peittämällä kasat osittain tai kastelemalla niitä. Osittainen peittäminen kuitenkin vaikeuttaa lastauksia, ja rikastekasojen kastelusta voi puolestaan aiheutua vesipäästöjä. Avoimella alueella varastoitavien rikastekasojen pölypäästöjä vähennetään myös asfaltoimalla ja viemäröimällä alue siten, että se voidaan puhdistaa harjauksen ohella myös vesipesulla.

Rikasteen kuljetuksissa tehokkain tapa estää kuorman pölyäminen on kuormien peittäminen. Junakuljetuksissa pölyämistä estetään käyttämällä kannellisia vaunuja tai peittämällä kuormat pressuilla. Autokuljetuksissa kuormien peittäminen on vakiintunut käytäntö. Junakuljetusten aikana pölyämistä voidaan estää myös sumuttamalla pölynsidonta-aineita, esimerkiksi lignosulfaattia (esim. Lignobondia) tai kaliumformiaattia (esim. Kemdustia), vesiliuoksena vaunukuorman pintaan. Pölynsidonta-aineiden käyttäminen ei ole kuitenkaan yhtä tehokasta kuin kuormien peittäminen.

Päästöt vesiin

Kaivosalueen jätevesienhallinnan suunnittelun lähtökohtana ovat perustilaselvitysten ja/tai erillisselvitysten hydrologiset ja hydrogeologiset tiedot kaivosalueelta sekä arviot kaivostoiminnan tarvitsemasta veden määrästä ja syntyvistä jätevesimääristä. Suunnittelussa tarvitaan mm. seuraavia tietoja (ks. myös EC 2009):

• valuma-alueen/valuma-alueiden vuotuinen sadantavaihtelu, sadantapiikkien esiintyminen
• alueen pintatopografian vaihtelu, luontaiset pintavesien kulkeutumisreitit, järvivesien luontainen kerrosvaihtelu (mm. lämpötila, happipitoisuus, pH, Eh / Redox, ravinteisuus)
• pohjavesiesiintymät; irtomaan pohjaveden antoisuus, purkautumiskohteet (lähteisyys)
• kallion ruhjeisuus; kalliopohjaveden antoisuus avolouhosalueella/maanalaisessa kaivoksessa; arvio kuivanapitovesien määristä
• malmin rikastuksessa tarvittava prosessiveden määrä; prosessiveden otto luonnon pintavesistä - sisäisen kierrätyksen mahdollisuus
• jätealueiden laajuus ja arvio niiden valumavesien laadusta ja määrästä
• rakennetun alueen ja tuotteiden varasto- ja lastausalueiden (teollisuusalueen) laajuus ja arvio pintaveden laadusta ja määrästä
• tiestön tiheys; malmin / kaivannaisjäteainesten kuljetusreitistön laajuus
• ojitus.

Vesien hallintajärjestelmän toimivuuden perusteena on kartoittaa kaikki kohteet, joissa muodostuu ympäristöä potentiaalisesti pilaavia vesiä, ja ohjata nämä vedet hallitusti puhdistettavaksi ennen vesien kierrätystä takaisin malmin rikastukseen ja/tai ennen juoksutusta luonnon vesistöön (Heikkinen et al. 2009). Eri toimintakohteissa muodostuvat vedet voidaan keskitetysti koota samaan allaskäsittelyyn tai jakaa vesijakeiden puhtausasteen mukaisesti erillisiin allaskäsittelyihin (Räisänen & Juntunen 2004). Jakoperusteena on yleensä puhtaiden pintavesien tai lähes puhtaiden vesien erottaminen ympäristöä pilaavista vesistä. Näin vähennetään käsiteltävien vesien määrää ja voidaan säästää vesien käsittelykustannuksissa.

Vesipäästöjä voidaan yleisesti vähentää lisäämällä veden sisäistä kierrätystä ja tehostamalla (minimoimalla) veden käyttöä malmin prosessoinnissa. Vesipäästöjen ympäristövaikutusten vähentämisessä ja ennaltaehkäisyssä lähtökohtana on toimiva vesien keräysjärjestelmä ja puhdistusmenetelmä.

Kaivostoiminnan vesipäästöjen yleisiä vähentämistekniikoita

Menetelmä	Toimenpidekuvaus
Sisäinen kierrätys	Kuivanapitovesiä ja/tai puhdistettuja prosessivesiä kierrätetään uudelleen malmin rikastuksen käyttöön
Puhdistettavien vesien määrän vähentäminen	Kaivostoiminta-alueen vesipäästöjen kartoitus: vesien käsitteyyn ohjataan vai likaisia vesiä
Prosessin käyttövesimäärän minimointi	Tehostetaan/vähennetään malmin prosessiveden käyttötarvetta (menetelmäkehitys)
Hajakuormituksen vähentäminen	Vesien puhdistusaltaille rakennetaan vesitiiviit pohja- ja patorakenteet/ reaktiiviset pohjarakenteet (haitta-aineiden pidättyminen)
	Jätealueille rakennetaan tiiviit pohja- ja patorakenteen estämään valumavesien kulkeutuminen pohjaveteen.
	Jätteisen läjitysalueilla syntyvien potentiaalisesti ympäristöä pilaavien vesien keräämine puhdistukseen
	Malmin varastoalueelle rakennetaan tiivis pohjarakenne, asfaltoidaan lastausalue; pintavesien keräys puhdistukseen.
	Malmin ja sivukivi jätten kujletusteiden ojitus ja ojavesien ohjaus puhdistukseen.

Esimerkkejä suomalaisilla metallikaivoksilla käytettävistä menetelmistä vesi- ja jätevesikuormituksen ja niistä aiheutuvien ympäristövaikutuksien vähentämiseksi

Kaivos/tuotantolaitos	Päästöjen torjunta/ympäristövaikutusten vähentäminen
Kamin kaivos	Lähes kaikki rikastusprosessissa tarvittava vesi otetaan kiertovetenä jätealueen selkeytysaltaasta.
	Kaikki kaivosalueen pintavedet ohjataan selkeytysaltaalle
	Varautumissuunnitelma ympäristövahinkojen osalta on olemassa
Kittilän kaivos	Kaivosten kuivanapitokedet ohjataan ennen ulosjuoksutusta pinta-valutuskentälle, johon kuuntoaine, arseeni ja metallit pidättyvät
	Sivukivet lajitellaan kemiallisen luonteensa perusteenna ympäristökelpoisiin ja potentiaalisesti happoatuottaviin. Potentiaalisesti happoatuottava kiviainet kapseloidaan karbonaattipitoisella kivellä, mikä neutraloi mahdollisia happamia vajovesiä. Suotoveden laatua seurataan kasan sisään asennettujen lysimetrien vesistä. Läjitysalieen suotovedet ohjataan prosessivesien käsittelyyn.
	Malmin välivaraston pohja on vesitiivis. Suoto- ja valumavedet kerätään ja johdetaan prosessivesikiertoon.
	Prosessivesien kierrätys pyritään maksimoimaan.
	Jätealtaan pohja on tiivis kumibitumikeramirakenne
	Syanidi hajotetaan prosessivedestä tehtaalla ennen juoksutusta jätealtaille
	Suoritetaan kalojen istutuksia
Pyhäsalmen kaivos	Kaivoksen kuivanapitovedestä saostetaan metallit kaikilla jätealtaalla
	Jäteveden takaisinkierrätystä toteutetaan siinä määrin kuin se on mahdollista ilman kipsin saostumisongelmia.
	Kaikki kaivosalueen pintavedet kerätään ojituksiin talteen ja ohjataan jätealueelle neutraloitaviksi.
	Jätealtaat on rakennettu tiiviille maaperälle ja suotovedet kerätään ympärysojiin, joista ne pumpataan takaisin altaaseen.
	Lopullinen jätevesi ilmastetaan talviaikaan ennen vesistöön laskemista hapenkulutuksen pienentämiseksi.
	Kalojen istutuksia tuetaan rahallisesti
	Varautumissuunnitelma ympäristövahinkojen varalta on olemassa.
Talvivaaran kaivos	Kaikki kaivoksesta pumpattava vesi käyteään bioliuotuksen kiertovetenä.
	Sivukivikasoje ja jätesakka-altaiden pohjat ovat tiiviitä HDPE-kalvo + betoonirakenteita. Kipsisakka-altaista ei johdeta vesiä ympäristöön, vaan ne palautetaan prosessikiertoon.
	Putkilinjat on sijoitettu muovikanaaleihin päästöjen estämiseski onnettomuustapauksissa. Vuodot kerätään varoaltaaseen.
Jokisivun kaivos	Sivukiven läjitysalueen pohja on rakennetti moreenista.
	Pumpatuille kuivanapitovesille on rakennettu kiintoaineen laskeutusaltaat, joiden sisäpuoli on tiivistetty savella.
Sastamalan rikastamo	Kaikki rikastamon käyttövesi otetaan vanhan nikkelikaivoksen pumppausvedestä.
Sotkamon kaivos	Rikastushiekasta on vouti ottaa hyöntykäyttään noin 10%
	Kaivoksen pumppausvesi käytetään prosessivetenä nikkelin saostuksen jälkeen.
	Jätevesi ierrätetään takaisin prosessiin
	Prosessivesistä saostetaan arseeni ferrisulfaatilla ja nikkeli lipeällä
	Jätealtaan suotovedet pumpataan takaisin altaaseen tai kosteikkokäsitteyn (passiivinen puhdistus) jälkeen ympäristön.

Jätevesien puhdistusmenetelmät

Kaivostoiminnan vesien puhdistuksessa on nykyisin käytössä sekä aktiivisia että passiivisia menetelmiä. Jätevesien aktiivinen puhdistaminen edellyttää jatkuvaa vesien puhdistusta edistävän kemikaalin lisäystä, mikä kuluttaa energiaa. Sen sijaan passiivinen veden puhdistus perustuu luontaisiin biogeokemiallisiin reaktioihin ja luonnon energian käyttöön (painovoima, mikrobiologinen metabolinen energia, fotosynteesi) (Tremblay & Hogan 2000, Walton-Day 2003). Mikrobiologiset puhdistusmenetelmät voivat olla joko aktiivisia tai passiivisia. Aktiivinen käsittely vaatii bakteerien energialähteen, hiilen lisäystä (orgaaninen aines /CO2) ja mahdollisesti myös bakteeriympin lisäystä). Sen sijaan esimerkiksi passiivisessa sulfaatin pelkistykseen perustuvassa puhdistuksessa kosteikkoaltaan kasvijäänteiden hajoamistuotteet toimivat bakteerien energian lähteenä.

Suomen kaivoksilla yleisin käytetty aktiivinen puhdistusmenetelmä on veden pH:n säätö kalkilla veden happamuuden neutraloimiseksi ja metallien ja metalloidien saostamiseksi hydroksideina ja/tai karbonaatteina. Kalkki voi olla joko sammutettua (kalsiumhydroksidi) tai sammuttamatonta (kalsiumoksidi). Vaihtoehtoisesti pH-säädössä ja metallien saostamisessa käytetään lipeää (NaOH) tai hienojakoista karbonaattimineraalijauhetta (kalsiittia/dolomiittia). Metallien ja/tai metalloidien saostamiseksi voidaan käyttää myös muita kemikaaleja. Esimerkiksi liukoisen arseenin poistoon soveltuu arseenin hapettumista edistävä ferro- tai ferrisulfaatti.

Jätevesien kiintoaineksen poisto perustuu yleensä hienojakoisen aineksen laskeuttamiseen altaissa (kierrättämällä vettä heikolla virtauksella kahden tai kolmen altaan läpi) tai laskeutumista edistävien flokkuloivien tai koaguloivien yhdisteiden käyttöön. Jälkimmäiset edistävät saostumapartikkelien koon kasvua, mikä nopeuttaa niiden laskeutumista altaisiin. Puhdistuksessa syntyvät sakkalietteet jäävät altaiden pohjalle loppusijoitukseen.

Passiiviset puhdistusmenetelmät eivät edellytä säännöllistä puhdistusta edistävien kemikaalien lisäystä tai energian käyttöä (PIRAMID Consortium 2003). Sen sijaan puhdistuksen toimivuuden varmistaminen eri vuodenaikoina voi edellyttää jatkuvaa veden laadun seurantaa. Vesien puhdistus perustuu joko aerobisiin tai anaerobisiin kemiallisiin ja biokemiallisiin reaktioihin tai molempien yhdistelmään (Walton-Day 2003). Aerobiset reaktiot perustuvat raudan tai mangaanin hapettumiseen ja sitä seuraavaan saostumiseen ja muiden metallien pidättymiseen saostumien pintaan (adsorptio) tai itse saostumaan (fiksaatio). Anaerobinen puhdistuminen perustuu sulfaatin pelkistymiseen bakteeritoiminnan kautta ja sen myötä metallien saostumiseen sulfideina altaan pohjakerroksiin. Passiiviset puhdistamot koostuvat vesien keräysojista, vesialtaista ja/tai imeytyskentistä sekä jälkiselkeytysaltaista. Passiivinen puhdistamo voi toimia myös aktiivisen puhdistamon jälkipuhdistamona.

Jätevesien aktiivisia (a) ja pasiivisia (b) puhdistusmenetelmiä. (Trembläy & Hogan 2000, EC 2009, PIRAMID Consortium 2003, Lottermoser 2007)

a)

Aktiivinen vesien puhdistuskäsittely	Vaikuttava kemikaali/ luonnon yhdiste	Puhdistukden periaate
Alkalikäsittely (allas-/säiliökäsittely, aimotaamiotankkikäsittely, lisäykset lietesyötöön, lisäykset lietesyöttöön ennen allaskäsittelyä)	Kalkki [Ca(OH)2 tai CaO], lipeä (NaOH) tai karbonaattijauhe (kalsiitti/dolomitti)	pH:n nosto, mikä edesauttaa veden neutralisoitumista ja metallien saostumista hydroksideina tai sulfaattisuoloina
Ilmastus (ilman pumppaus altaaseen tai säiliöihin/veden keräysjärjestelmään)	Ei	Edistää raudan (Fe2+) hapettumista ja saostumista, mikä edesauttaa metallien tai metalloidien (As) pidättymistä rauta (Fe3+) saostumiin
Hapetinkemikaalin lisäys	Ferrosulfaatti/Ferrisulfaatti	Edistää luikoisen arseenin (As2+) hapettumista ja pidättymistä miukkaliukoisena (As5+) rautahydroksideihin
Typen poisto	Bakteerilisäys + CO2	Nitrifikaatio (hapettuminen: ammonium -> nitriitti -> nitraatti) denitrifikaatio (pelkistyminen: nitraatti -> typpikaasu)
Sulfaatin poisto	Kalkki- ja Al(Oh)3-lisäys tai Ba-suolan lisäys	Sulfaatti saostetaan ettringiittina [Ca6Al2(SO4)3(OH)12 * 26H2O] tai Ba-sulfaattina
Sulfaatin ja metallien poisto (Bakteerilisäys säiliöön / luohosveteen)	Bakteeriympätty memraanikalvo / Sianlantalietelisäys tai muun bakteereja sisältävän orgaanisen aineksen lisäys	Edistää sulfaatin pelkistymistä sulfidiksi ja siihen liittyen liukoisten metallien saostumista metallisulfideina
Kiintoaineksen poisto
Lasketus altailla	Ei	Vettä kierrätetään useamman altaan kautta hitaalla virtaamalla
Flokkuloivien /koaguloivien aineiden lisäys	Orgaaniset polymeeris / Fe tai Al suolat	Edistää hienorakeisen kiintoaineksen laskeutumista / saostumapartikkelien koon kasvua ja sitä kautta laskeutumista

b)

Passiivinen vesien puhdistus	Reaktiivinen rakenne	Puhdistuksen periaate
Rakennetut kosteikkoaltaat	Pohjarakenteena orgaaninen aines-karbonaattikivimurske (tai emäksinen kuona)-orgaaninen aines	Sulfaatin pelkistyminen bakteerien avulla edistää metallien /metalloidien saostumista metalli- /metalloidisuflideina; metallien pidättyminen orgaaniseen ainekseen (kompleksisidos); veden neutraloiminen
Imeytyskentät/kaivannon täyte	Orgaaninen aines (turve, kompostimulta, kompostoitu lanta) ja/tai metalleja sitoma emäksinen kuona	Edistää liukoisten metallien/metalloidien sitoutumista kiintoaineksen pintaan (fysikaalinen tai kemiallinen adsorptio); veden neutraloituminen
Reaktiiviset ojat	Karbonaattipitoinen kivilouhe/ emäksinen, karkearakeinen kuona	Edistää happaman veden neutraloitumista; virtauksen säätelyllä katteella voidaan edistää raudan saostumista/ pysymistä liukoisena/ estää saostumien kertymistä rakenteeseen ja tukkeutumista
Reaktiivinen pati/ penkere /maanalainen seinämä	Orgaaninen aines (turve, kompostimulta, kompostoitu lanta) / metalleja sitova emäksinen, karkearakeinen kuona	Edistää liukoisten metallien /metalloidien sitoutumista kiintoaineksen pintaan (fysikaalinen tai kemiallinen adsorptio); veden neutraloituminen

Louhinnan vesipäästöt

Kaivoksesta pumpattavan veden johtamista vesistöön voidaan vähentää hyödyntämällä vesi mahdollisuuksien mukaan prosessissa tuorevetenä tai muissa soveltuvissa tarkoituksissa. Kuivanapitovedestä poistetaan hienojakoinen liete sakka-altaassa laskeuttamalla joko maan alla tai maan päällä ennen veden kierrätystä prosessiin – tai johtamista vesistöön. Laskeuttamisen tehostamiseksi voidaan käyttää flokkulantteja. Monilla kaivoksilla louhoksen tai maanalaisen kaivoksen kuivanapitovedet ohjataan laskeutusaltaiden jälkeen yhdessä rikastamon prosessivesien ja rikastushiekan kanssa rikastushiekka-altaisiin, joista vesi pumpataan edelleen selkeytysaltaille jatkokäsittelyyn ennen vesien sisäistä kierrätystä ja/tai juoksutusta vesistöön.

Ympäristölle haitalliset metallit tai metalloidit poistetaan kemiallisella käsittelyllä kuivanapitovesistä ennen niiden johtamista vesistöön. Edellä olevassa kappaleessa on kuvattu vaihtoehtoja metallien poistamiseen vedestä. Myös räjähdysainejäämien poistaminen edellyttää erillistä käsittelyä. Hydrauliikkajärjestelmien vuodoista peräisin olevat mineraaliöljyt erotetaan vedestä öljynerottimilla.

Räjähdysainejäämät voivat olla kemiallisessa vesienkäsittelyssä ongelmallisia, jos metallien poisto vedestä edellyttää korkeaa pH:ta. Tällöin räjähdysaineista peräisin olevasta ammoniumnitraatista vapautuu ammoniakkia, joka on jo melko pienissä pitoisuuksissa vaarallista vesieliöille.

Typen poistaminen vedestä vaatii erillistä biologista käsittelyä. Suomessa on aihetta tutkittu mm. METLA:n vetämässä KAIRA hankkeessa (Mattila et al. 2007). Tutkimuksen perusteella typenpoisto vesistä on mahdollista, mutta se edellyttää kiintoaineen poistoa ennen typen poistoa. Typenpoistomenetelmä on monimutkainen ja kallis prosessi, minkä vuoksi se ei ole kaivosteollisuudessa vielä yleisessä käytössä. Typenpoisto kuivanapitovesistä perustuukin nykyisin pääasiallisesti vesien kierrättämiseen rikastushiekka-alueiden kautta, jolloin typpi poistuu vedestä pitkän viipymän aikana etenkin, jos veden pH on jätealueella riittävän korkea. Normaalisti typen pidättyminen jätealtaalla on 50–60 %.

Rikastuksen vesipäästöt

Rikastusprosessin kokonaispäästöt vesiin koostuvat ulos juoksutetusta vesimäärästä ja veden sisältämistä alkuainepitoisuuksista. Päästöjä voidaan pienentää vähentämällä juoksutettavan veden määrää ja/tai tehostamalla veden puhdistusta. Paras ympäristökäytäntö on lisätä veden sisäistä kierrätystä ja vähentää tuoreveden ottoa. Puhdistettavien vesien määrää vähentää myös kaivosalueen puhtaiden valumavesien (tai kaivosalueelle tulevien luonnon vesien) erottaminen likaisista vesistä.

Veden kierrätykseen voidaan käyttää sekä puhdistettua prosessivettä että myös louhoksen kuivanapitovettä. Esimerkiksi rikastushiekka-altailla selkeytettyjä jätevesiä kierrätetään takaisin malmin prosessointiin. Vettä voidaan kierrättää prosessissa myös ”sisäisenä” kierrätyksenä sellaisista prosessivaiheista, joiden vesi soveltuu laadultaan rikastusprosessissa käytettäväksi. Näitä vesiä voivat olla esimerkiksi sakeuttimien ylitevesi, suodattimien suodosvesi ja jäähdytysvedet. Vaihtoehtoisesti tai rinnan prosessivesien kierrätyksen kanssa osa tuorevedestä voidaan korvata louhoksesta pumpattavalla kuivanapitovedellä joko suoraan laskeutuksen jälkeen, tai laskeutuksen ja yksinkertaisen kemiallisen käsittelyn jälkeen (esim. metallien saostus).

Kierrätyksen lisäksi jätevesipäästöjen vähentäminen voi edellyttää prosessivesien kemiallisen puhdistuksen tehostamista. Puhdistukseen liittyy useimmiten esimerkiksi pH:n säätöä ja metallien saostamista, jotta lupamääräysten tai muiden asetettujen tavoitteiden mukaiset päästö- ja pitoisuusrajat täyttyvät ennen vesien johtamista vesistöön.

Sulfidimalmeja käsiteltäessä jätevesi sisältää usein raskasmetallien ohella myös sulfaattia. Sulfaattipitoisuutta voidaan jossain määrin vähentää kalkkisaostuksella (muodostuu kipsiä, Ca-sulfaattia). Tätä tehokkaampia sulfaatin poistomenetelmiä ovat sulfaatin saostaminen bariumsuolalla tai nostamalla jäteveden pH:ta ja saostamalla sulfaatti alumiinioksidilla (ettringiittisaostaminen). Uudempaa tekniikkaa edustaa kalvosuodatukseen perustuvat puhdistusmenetelmät (käänteisosmoosio / nanosuodatus). Sulfaatin poistoon voivat soveltua myös biologiset menetelmät kuten sulfaatin saostaminen metallisulfideiksi sulfaattia pelkistävillä bakteereilla (tai pelkistämällä rikkivedyksi).

Jätevedet voivat sisältää myös hapenkulutusta lisääviä, talviaikaan hitaasti hapettuvia yhdisteitä (esim. rikkiyhdisteitä, kuten tioyhdisteet ja rikkivety). Niiden hapettumista tehostetaan erityisesti talvisin joko mekaanisilla ilmastuslaitteilla (vastaavilla kuin asumajätevesien käsittelyssä) tai hapettavilla kemikaaleilla (esim. vetyperoksidilla, H2O2). Hapettavien kemikaalien käyttö on kuitenkin huomattavasti ilmastusta haasteellisempaa sekä prosessin säädön että turvallisuuden kannalta. Kesäaikaan lämpimät vedet ja pitkä viipymäaika altaalla ovat yleensä riittäviä yhdisteiden hapettamiseksi (esim. raudan saostaminen). Hapettumista voi seurata pH:n lasku ja sen myötä kalkituksen tehostaminen (tai lipeän lisäys).

Mikäli prosessissa käytetään kemikaaleja, jotka voivat aiheuttaa erityistä vaaraa ympäristölle tai terveydelle, poistetaan ne kemiallisesti ennen vesien johtamista ympäristöön. Esimerkiksi kullan rikastuksessa käytettävästä natriumsyanidista peräisin olevan syanidi voidaan poistaa kemiallisesti mm. alkalisella kloorauksella, otsonihapetuksella, vetyperoksidihapetuksella tai rikkidioksidi-ilma hapetuksella (Inco-prosessi, lisätietoja EC 2009 ja INAP 2009).

Kaivannaisjätealueiden päästöjen vähentämistekniikat

Eri jätejakeiden, sivukivien, rikastushiekan ja sakkalietteiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien tunteminen on lähtökohtana kaivannaisjätteiden päästöjen vähentämiseen ja niiden ympäristövaikutusten ennaltaehkäisyyn. Tämä ohjaa keskeisesti läjitysalueiden suunnittelua. Jätealueiden päästöjä vähentävät merkittävästi läjitysalueiden pohjarakenteiden tiiveys sekä läjityksen veden ja siihen satavan veden keräys ja riittävän tehokas puhdistaminen. Toiminnan aikana ympäristövaikutusten vähentämistekniikat kohdentuvat erityisesti läjitysalueiden pölyämisen estämiseen sekä valumavesien keräämiseen, kiintoaineksen poistoon vesistä sekä vesien kemialliseen puhdistukseen. Läjitysalueiden valumavesien laadun parantamisessa on tärkeää jätteen kemiallisen muutunnan (mineraalirapautuminen) estäminen tai hidastaminen sekä haitallisten prosessikemikaalien hallittu käyttö ja tarvittaessa hajotus (esim. syanidi) ennen vesien johtamista jätealtaisiin tai jätealtaista eteenpäin.

Toiminnan aikana kemiallista muutuntaa vähentää jätealueiden peiton rakentaminen alueilla, joissa läjitys on jo päättynyt. Tällä on merkitystä myös suotovesien määrän vähentämiseen ja laadun parantamiseen. Jätteen pitäminen veden alla tai vesikyllästeisenä hidastaa myös kemiallista muutuntaa. Tiiviillä peitolla tai vesipeitolla voidaan estää / hidastaa jäteaineksen sisältämien rautasulfidien hapettumista ja sen myötä happamuuden kasvua ja haitallisten alkuaineiden liukenemista. Sulfidihapettumiseen liittyvien happamien valumavesien muodostumista voidaan estää myös läjitystekniikan ja läjitysalueen pohja- ja patorakenteiden valinnalla. Alla olevassa taulukossa esitetyt hapon muodostuksen ennaltaehkäisytekniikat perustuvat hapen kulkeutumisen estämiseen läjitykseen tai jätekivien sulfidimineraalipinnoille. Vaihtoehtoisesti hapon muodostusta voidaan vähentää lisäämällä jätteen neutralointikapasiteettia tai vähentämällä jätteen rautasulfidipitoisuutta.

Jätteen läjityksen suunnittelussa ja toiminnan aikana sovellettasia hapon muodostuksen ehkäisymenetelmiä

Hapon muodostumisen ehkäisymenetelmät	Menetelmän periaate ja soveltuvuut eri jätetyypeille
Vesipeitto	Jäte läjitetään vesikyllästeisenä ja läjitetään vesiataaseen; jätettä peittävä vesikerros estää hapen diffuusion jätteeseen (hapen diffuusio vedessä on 10^4 kertaa pienempi kuin ilmassa), soveltuu rikastushiekalle ja sakkalietteelle.
Pastapeitto	Peitto vedenpitävällä (10^-7 - 10^-8 m/s), hienorakeisella kivijauheessa tai hienoainespitoisella rikastushiekka-aineksella (pastalla) hidastaa /estää hapen kulkeutumisen jätteeseen. Soveltuu rikastushiekalle ja sivukivelle. Esim. Luikonlahden rikastushiekka-altaan magnesiittijätehiekkapeitto (>= 2 m)
Sijoitus maanalaisiin kaivosonkaloihin	Jäte sijoitetaan maanalaisia onkaloita tukevana töyttönä. Soveltuu karkearakeiselle rikastushiekalle (kovettuva pastatäyttö)/ sivukivelle; esin Pyhäsalmen kaivos
Sijoitus louhokseen (vesitäyttö)	Jäte sijoitetaan avolouhoksen osaan, jossa louhinta on päättynyt tai sijoitetaan vedellä täyttyneeseen suljettuun louhokseen. Louhostäyttö jää veden peittämäksi tai peitetään moreenilla ja vedellä (märkäpeitto). Soveltuu sivukiville (happoatuottaville, ei-happoatuottaville) ja niiden sekaan läjitettävälle, neutraloivalle rikastushiekalle (Blending/Layering)
Rautasulfidien poisto (depyritisaatio)	Jätteestä poistetaan kokonaan tai osittain rautasulfidit ennen sijoitusta läjitysalueelle. Sulfidien poisto vähentää jätteen hapontuottopotentiaalia. Soveltuu rikastushiekalle.
Valikoiva lajittelu	Jäte lajitellaan ennen sijoitusta neutralointikykyisiksi ja happoa muodostaviksi jätejakeiksi, jotka sijoitetaan erillisille läjitysalueille, mikä vähentää potentiaalista ympäristövaikutusten pinta-alaa. Soveltuu rikastushiekalle.
Sekaläjitys	Jätteiden lajittelun ympäristökelpoisuuden mukaan. Happoa muodostava jätejae kapseloidaan neutralointikykyisen (karbonaattimineraalipitoisen) jätejakeen sisälle. Soveltuu sivukiville maan päälliseen läjitykseen tai louhostäyttöön
Patorakenteiden/ pohjtarakenteiden tiiveys	Läjitysalueen pohja- ja patorakenteiden riittävä tiiveys estää hapellisen pohjaveden kulkeutumisen läjityksen alta/ sivuilta. Patorakenteiden tiiveys (märkäpuoli) hidastaa hapen kulkeutumisen tuunivirtausten mukana läpi jätteeseen. Tiivisrakenteet soveltuvat potentiaalisesti happuoatuottaville ja/tai haitallisia aineita sisältäville sivukiville, rikastushiekalle ja sakkalietteelle.
Reaktiivinen pohjarakenne	Reaktiisisten pohjarakenteiden käyttö perustuu niiden kykyyn neutraloida (emäksinen pohjameteriaali) happamia tai heikosti happamia valumavesiä tai niiden kykyyn sitoa haitta-aineita (tiivistyvä turve, paksuus vähintään 0,3 m)
Kemikaalilisäys, neutralointikyvyn lisääminen	Jätejakeeseen lisätään kalkkia ennen läjitystä. Soveltuu rikastushiekalle ja sakkalietteelle