Vuonoksen jätealtaan rikastushiekkojen kemiallinen koostumus ja pohjarakenne, 2005

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/2016 Tuotantoympäristöt ja kierrätys Kuopio Vuonoksen jätealtaan rikastushiekkojen kemiallinen koostumus ja pohjarakenne, 2005 Marja Liisa Räisänen Talkin tuotannosta syntyvän rikastushiekan jätealue, Vuonos, Outokumpu

2

3 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/2016 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 Johdanto 1 2 Tutkimusmenetelmät Näytteenotto Kemian analyysimenetelmät Geokemiallisten fraktioiden määrittäminen 5 3 Tulokset ja tulosten tarkastelu Jätealueen pohjois- ja koillisosan vesipinnan syvyys 5 4 Johtopäätökset Vuonoksen rikastushiekan läjitysalueen pohjanrakenne Magnesiittihiekan soveltuvuus vanhan sulfidisen rikastushiekan pintarakenteeksi 10

4 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ JOHDANTO Outokumpu Oy:n Vuonoksen kaivos oli toiminnassa vuodesta 1972 vuoteen Kaivos tuotti kupari-, sinkki-, koboltti- ja nikkelirikastetta. Näiden lisäksi talteen saatiin seleeniä, hopeaa ja kultaa (Kauppinen 1978). Nikkelirikastetta tuotettiin Outokumpu Oy:n toimesta vuodesta 1972 vuoteen 1977, minkä jälkeen nikkelin tuotantolinja muutettiin soveltuvaksi myös talkin rikastukseen. Rikastamo oli tutkimusajankohtana Mondo Minerals Oy:n (nyk. Mondo Minerals B. V. Branch Finlandin) omistuksessa. Talkki- ja nikkelimalmia tuodaan Horsmanahon ja Pehmytkiven kaivoksilta. Talkkimalmin rikastuksessa syntyvä magnesiittivaltainen rikastushiekka pumpataan Hyttisuon jätealtaille, joka alkuaan on ollut suljetun kuparikaivoksen rikastushiekan jätealue. Magnesiittihiekka peittää nykyisin kokonaan vanhan rikastushiekan täyttöalueet (Kuva 1). Tutkimusajankohtana magnesiittijätehiekan peitossa oli läntinen allasosa ja osa koillisesta allasosasta. Rikastushiekan vesien lisäksi läjitysalueen selkeytysaltaissa käsitellään ympärysojiin suotautuvat vedet. Selkeytetyt vedet johdetaan altaalta paineviemärin kautta Lahenjokeen, joka laskee Sysmäjärveen. Kuva 1. Ilmakuva Vuonoksen rikastushiekan jätealueesta, missä magnesiittivaltainen rikastushiekka (valkoinen jäte) peittää suljetun metallisulfidikaivoksen rikastushiekkaa (ks. myös kuvat 2 ja 3), Outokumpu.

5 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Kuva 2. Magnesiittivaltaisen rikastushiekan peittämä vanhan metallisulfidipitoisen rikastushiekan täyttöalue, Vuonos, Outokumpu. Vanha rikastushiekka erottuu reuna-alueilta ruskean värisenä. M. L. Räisänen, GTK Rikastushiekan jätealue sijoittuu Hyttisuon turvemaalle, missä turvetta on yli metrin paksuisen kerros. Turpeen alla maa-aines on vaihtelevasti hietaa ja hiesua. Hyttisuon länsipuolella on Onkilammensärkät-harjumuodostuma. Muodostuman selänne koostuu sorasta ja sen itäpuoleinen (läjitysaltaan puoleinen) lieveosa hiekasta. Maakerrosten paksuus selänteessä on m ja hiekkavaltaisissa lieveosissa 5 m. Jätealueen pohjois-, itä- ja kaakkoisreuna rajautuu moreenikumpareisiin ja niiden välisissä painanteissa oleviin hieta-, hiesu- ja savimaihin. Etelässä ja osassa kohtaa kaakossa allasta reunustaa Teyrisuon turvemaat. Turvekerrosten alla mineraalimaa on hietaa (länsiosa) tai hienoa hietaa ja hiesua. (Räisänen & Korhonen 2015)

6 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ TUTKIMUSMENETELMÄT 2.1 Näytteenotto Vuonoksen rikastushiekan pohjoiselta ja koilliselta allasosilta otettiin rikastushiekkanäytteitä vesipinnan määrityksen yhteydessä kairaamalla kesäkuussa 2005 (Kuva 3). Kairauspisteiden sijainti ja kerrossarjojen maastohavainnot on esitetty Liitteessä 1. Kairaus tehtiin kevyellä monitoimikoneella (GM50) käyttäen läpivirtausterää. Läpivirtausterästä näyte otettiin muovilusikalla erottaen rikastushiekan värin ja mineraalisen ulkoasun perusteella erilaiset rikastushiekkakerrokset (Kuva 4). Tutkimuksen ajankohtana magnesiittijätehiekkaa läjitettiin läntiselle allasosalle, mistä näytteet otettiin lapiolla kaivetuista kuopista rapautumattomasta magnesiittijätehiekasta heinäkuussa. Myös tässä osassa jätealuetta magnesiittihiekan alla on vanhaa sulfidipitoista rikastushiekkaa. Jätealueen koillisosassa sulfidipitoinen rikastushiekka oli myös osassa aluetta magnesiittijätehiekan peitossa. Kuva 3. Rikastushiekan näytteenottopisteet Vuonoksen rikastushiekan jätealueen eri osissa, Outokumpu (ks. myös Liite 1).

7 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Kuva 4. Läpivirtausterän rikastushiekasta on erotettavissa yläosan hapettumaton magnesiittivaltainen rikastushiekka ja alaosan hapettunut, vanha sulfidipitoinen rikastushiekka, Vuonos, Outokumpu. M. L. Räisänen, GTK 2.2 Kemian analyysimenetelmät Geokemialliset fraktiot määritettiin happamella asetaattiuuttomenetelmällä ja kuumalla kuningasvesiuuttomenetelmällä. Molemmista uutteista alkuainepitoisuudet mitattiin ICP-AESlaitteella. Kokonaisrikkipitoisuus määritettiin pyrolyyttisesti S-Leco-analysaattorilla. Uutot ja määritykset tehtiin GTK:n Itä-Suomen yksikön FINAS-akkreditoidussa geolaboratoriossa. Kiinteän partikkelin pintaan kemiallisesti adsorboituneita alkuaineita uutettiin 1 M ammoniumasetaattiuuttoliuoksella. Uuttoliuoksen ph puskuroitiin etikkahapolla ph 4,5:een. Näytteitä uutettiin kiinteänäyte-uuttoliuos-suhteessa 1:60. Uuton ravisteluaika oli 2 tuntia. Uuttosuhteen ollessa 1:60 uutetaan lähes maksimimäärä kiinteän partikkelin pintaan kemiallisesti adsorboituneista ioneista (Kumpulainen et al. 2007). Uutossa liukenevat näytetyypin mukaan kationinvaihtokykyiset ja kiinteän mineraaliaineksen pintakomplekseihin sitoutuneet alkuaineet, karbonaatit (kalsiitti, dolomiitti) ja hydroksidisaostumat, kuten heikosti kiteytynyt ferrihydriitti. Kuningasvesiuutossa uuttoliuoksena käytetään typpi- ja suolahapon 1:3 -seosta. Uutto tehdään 90 o C:ssa ISO standardimenetelmän mukaisesti (Niskavaara 1995). Happouutto hajottaa täysin trioktahedriset kiilteet (esim. biotiitin), 2:1 ja 1:1 savimineraalit, saostumamineraalit ja useimmat suolamineraalit kuten apatiitti, karbonaatit (magnesiitti), titaniitti sekä sulfidimineraalit (Doležal et al. 1968, Räisänen et al. 1992). Uutossa eivät hajoa kvartsi, maasälvät, amfibolit ja pyroksenit ellei ne ole rapautuneita. Rapautumattomien mineraalien pinnalta liukenee uutossa etsautumisen kautta alkuaineita kuten Ca, Na ja K.

8 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Geokemiallisten fraktioiden määrittäminen Geokemialliset fraktiot määritettiin uuttoliuosten uuttotehon mukaisessa järjestyksessä seuraavasti: Kemiallinen adsorptio fraktio = alkuainepitoisuus asetaattiuutteesta Sulfidinen fraktio (niukkaliukoinen) = kuningasvesihappouutteen ja asetaattiuutteen alkuainepitoisuuksien erotus Karbonaattinen Ca (kalsiumkarbonaatti, kalsiitti) = asetaattiuuttoon liukeneva kalsiumpitoisuus Karbonaattinen Mg = kuningasvesiuuttoon liukeneva magnesiumpitoisuus Asetaattiuuttoon liukeneva Mg pitoisuus on dolomiittinen [CaMg(CO3)] magnesium. Tähän uuttoliuokseen ei liukene magnesiitti [Mg(CO3)], joka puolestaan liukenee kuningasvesiuutteeseen. Näin ollen karbonaattisen Mg-kokonaispitoisuus määriteltiin kuningasvesiuuttopitoisuuden mukaan. Kuningasvesiuutteisesta magnesiumista pieni osa on lähtöisin kiille- ja kloriittimineraaleista, mutta magnesiittihiekkanäytteissä enemmistö % on magnesiittia. Metallin liukenevuus % = asetaattiuuttoisen metallipitoisuuden %-osuus metallin kokonaispitoisuudesta (kuningasvesiuuttoisesta pitoisuudesta). Tämä prosenttiosuus kuvaa metallisulfidimineraalin kemiallista muutuntaa (rapautumisastetta). Oletuksena on, että suurin osa rapautumisessa irronneesta metallista on sitoutunut takaisin (kemiallisesti adsorboituneena) syntyviin saostumiin. Todellisuudessa osa rapautumisessa vapautuneesta metallista kulkeutuu suotovesien mukana pois läjitysalueelta. 3 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU 3.1 Jätealueen pohjois- ja koillisosan vesipinnan syvyys Läjitysalueen pohjoisemmassa allasosassa vesipinnan syvyys vaihteli 0,50-2 m läjityksen pinnasta mitattuna kesäkuussa 2005 (Taulukko 1). Sulfidipitoinen, vanha rikastushiekka oli lähes joka kairauspisteessä veden pinnan alla ja magnesiittihiekan peitossa. Magnesiittijätehiekan paksuus vaihteli 0,5-1,3 cm. Tästä poikkeavana alueena oli allasosan etelälaita, missä peittävän magnesiittihiekan paksuus oli ohut, vajaat 10 cm. Tällä osalla jätealuetta sulfidinen rikastushiekasta osa oli vesipinnan yläpuolella hapettuneena. Jätealueen koillisosassa, missä magnesiittijätehiekan läjityspinta oli pohjoista allasosaa parimetriä korkeammalla, vesipinta vaihteli 3,0-3,7 metrin syvyydellä pinnasta. Sulfidinen rikastushiekka oli vesipinnan alla ja peittyneenä magnesiittihiekalla. Magnesiittihiekan paksuus koillisosassa vaihteli 2-3 metriä. Yhteenvetona voidaan todeta, että vesipinta oli hieman korkeammalla jätealueen keskiosassa kuin reunaosissa. Niillä alueilla, missä magnesiittijätehiekkaa oli yli puolimetriä, sulfidipitoinen rikastushiekka oli näköhavaintojen perusteella vesipinnan alla hapettumaton tai heikosti hapettunut yläosastaan.

9 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Taulukko 1. Vuonoksen jätealueen pohjois- ja koillisosan kairauspisteiden vesipintojen syvyydet , Outokumpu. z koord Vaaitettu vesipinnan syvyys Vesipinnan etäisyys maanpinnasta Kairauspiste Kairauspiste z koord Vaaitettu vesipinnan syvyys Vesipinnan etäisyys maanpinnasta m mpy m mpy m m mpy m mpy m Vuo 1 107,53 104,23 3,3 Vuo ,81 106,21 1,6 Vuo 2 106,42 105,02 1,4 Vuo ,55 105,95 1,6 Vuo 3 106,41 106,21 0,2 Vuo ,15 106,15 1,0 Vuo 4 106,54 104,54 2,0 Vuo ,03 105,83 1,2 Vuo 5 106,55 105,15 1,4 Vuo ,73 105,03 1,7 Vuo 6 106,60 105,20 1,4 Vuo ,61 104,61 2,0 Vuo 7 107,45 105,35 2,1 Vuo ,54 106,04 4,5 Vuo 8 107,93 106,73 1,2 Vuo ,52 106,82 3,7 Vuo 9 108,56 108,06 0,5 Vuo ,43 106,83 3,6 Vuo ,32 107,82 0,5 Vuo ,84 106,54 3,3 Vuo ,03 107,43 0,6 Vuo ,94 106,94 3,0 Magnesiittivaltainen ja sulfidinen rikastushiekka erosi kemialliselta koostumukselta selkeimmin sulfidisen rikin ja sulfidisten metallipitoisuuksien sekä karbonaatteina esiintyvien kalsiumin ja magnesiumin pitoisuuksien osalta (Taulukko 2). Vanhan, sulfidisen rikastushiekan rikkipitoisuudet vaihtelivat välillä 8-11 %. Magnesiittijätehiekan rikkipitoisuus oli 1,0-1,1 %. Tutkimuksen ajankohtana läjitetyn tuoreen (rapautumattoman) magnesiittijätehiekan rikkipitoisuus oli osittain tai vähän rapautunutta magnesiittijätehiekkaa hieman suurempi 1,1-1,7 %. Suuren rikkipitoisuuden perusteella vanha rikastushiekkajäte voidaan luokitella potentiaalisesti happoa tuottavaksi kaivannaisjätteeksi (Taulukko 3). Sen sijaan magnesiittijätehiekalla oli erinomainen puskurikapasiteetti runsaan karbonaattipitoisuuden (magnesiitin) takia, mistä syystä se luokiteltiin happoa tuottamattomaksi kaivannaisjätteeksi (Räisänen 2004). Vanhaa, sulfidista rikastushiekkaa luonnehtivat suuret sinkin ( mg/kg) ja kuparin happoliukoiset pitoisuudet ( mg/kg), kun taas magnesiittijätehiekka sisälsi runsaasti nikkeliä ( mg/kg) ja arseenia ( mg/kg, Taulukko 2). Vanha jätehiekka sisälsi kobolttia enemmän kuin magnesiittijätehiekka, joka puolestaan sisälsi enemmän mangaania. Muiden metallien pitoisuudet olivat pieniä (Liite 2). Kromi esiintyy molemmissa jätehiekkatyypeissä silikaatti- ja oksidimineraaleissa, jotka ovat niukkaliukoisia lievästi happamissa ja neutraaleissa oloissa.

10 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Taulukko 1. Vuonoksen läjitysalueen magnesiittijätehiekan ja vanhan sulfidisen rikastushiekkajätteen alkuaineiden happoliukoisia pitoisuuksia (ks. myös Liite 2). Vertailuarvoja on esitetty vuonna 2005 voimassa olleen saastuneen maan arviointiin suositeltuja toimenpideraja-arvoja. Selitys: RHK= rikastushiekka, < pitoisuus pienempi kuin mittauksen alin raja-arvo cm cm cm cm 5-30 cm cm Ca % 2,00 1,59 0,66 0,78 1,80 1,33 Mg % 18,1 15,1 4,28 3,33 15,4 18,9 Rikki ja sulfidiset metallit S % 1,14 1,03 7,79 10,7 1,12 1,67 Fe % 6,97 5,08 12,9 17,1 5,15 7,15 SAMASEraja-arvot 1) As mg/kg Cd mg/kg <1 <1 4,7 11 <1 <1 Co mg/kg Cu mg/kg Ni mg/kg Zn mg/kg Muut metallit Mn mg/kg Cr mg/kg , ) Ympäristöministeriö 1994 Pohjoinen-koillinen allasosa Magnesiitti-RHK Vanha, sulfidinen RHK Läntinen allasosa Magnesiitti-RHK Taulukko 3. Vuonoksen rikastushiekkajätteiden ph-arvot, sulfidisen rikin (sulfidi-s) ja karbonaattisen kalsiumin (Ca karb.) ja magnesiumin (Mg karb.) moolipitoisuudet sekä happopotentiaali laskettuna sulfidisen rikin ja karbonaattisen kalsiumin ja magnesiumin summan moolisuhteena. Rikastushiekkaa, jonka em. moolisuhde >1, voidaan pitää potentiaalisesti happoa tuottavana hiekka. Hapon tuottokyky liittyy rautasulfidien hapettumiseen hapellisissa oloissa. Ks. muut selitykset taulukosta 2. Pohjoinen-koillinen allasosa Läntinen allasosa Magnesiitti-RHK Vanha, sulfidinen RHK Magnesiitti-RHK 0-40 cm cm cm cm 5-30 cm cm ph ph (CaCl 2 ) 7,2 7,1 4,8 7,0 8,7 7,4 Sulfidi-S mol/kg 0,26 0,30 2,31 3,28 0,35 0,51 Ca, karb. mol/kg 0,13 0,14 0,08 0,13 0,14 0,04 Mg, karb mol/kg 7,30 6,07 1,73 1,34 6,21 7,60 Karb. Ca+Mg mol/kg 7,42 6,21 1,81 1,47 6,35 7,64 Happopotentiaali S/(Ca+Mg) 0,04 0,05 1,27 2,40 0,05 0,07

11 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Sulfidisten metallien liukenevuutta on kuvattu laskemalla kemiallista adsorptiota kuvaavan fraktion metallipitoisuusosuus metallin kokonaispitoisuudesta (Taulukko 4). Prosenttinen osuus heijastaa rikastushiekan kemiallista muutuntaa (sulfidihapettumisessa irronneita metallipitoisuuksia) ja/tai rapautumattoman sulfidiaineksen kuten esim. tuoreen magnesiittihiekan rikkoutuneista pintasidoksista irtoavien metallien määrää (ks. myös Liite 3). Osa irronneista metalleista voi kulkeutua suotovesien mukana pois, mikä ilmeni pintakerrosten kokonaismetallipitoisuuksien laskuna. Rapautumistuotteiden saostuminen puolestaan nostaa pintakerrosten metallisisältöä suhteessa vähemmän rapautuneisiin alempiin rikastushiekkakerroksiin. Nikkelin, kuparin ja koboltin osalta kuivuneissa ja hapettuneissa pintakerroksissa metallien liukenevuus kemiallisessa adsorptiofraktiossa oli suurempi kuin alemmissa, vesikyllästeissä kerroksissa (Taulukko 4). Tämä ilmiö esiintyi molemmissa rikastushiekkatyypeissä. Tästä poikkeava jakauma oli arseenilla ja sinkillä. Pohjois- ja koillisosan läjityksessä arseenin liukenevuus oli suurempi osittain veden kyllästämissä tai kokonaan veden kyllästämissä kerroksissa kuin hapettuneissa pintakerroksissa. Tässä osassa läjitystä pintakerroksissa oli runsaasti rautasaostumia, joihin hapettunut arseeni on sitoutunut niukkaliukoisena arsenaattina. Ilmeisesti myös magnesiittijätehiekan sinkki osoitti sitoutuvan tiukemmin saostumiin hapettuneissa pintakerroksissa kuin heikosti hapettuneissa kerroksissa. Taulukko 4. Arseenin, nikkelin, koboltin, kuparin ja sinkin pitoisuudet kemiallisessa adsorptiofraktiossa (asetaattiliukoinen) ja sulfidisessa fraktiossa (niukkaliukoinen) sekä kemiallisesti adsorboituneen (asetaattiliukoisen) %-osuus kokonaispitoisuudesta, ks. Liite 3), Vuonoksen rikastushiekan läjitysalue, Outokumpu. Ks. selitykset taulukosta 1. Arseeni Pohjoinen ja koillinen allasosa Läntinen allasosa Magnesiittihiekka Sulfidinen RHK Magnesiittihiekka 0-40 cm cm cm cm 5-30 cm cm Kem. adsorptio mg/kg < Sulfidinen mg/kg Liukenevuus % Nikkeli Kem. adsorptio mg/kg Sulfidinen mg/kg Liukenevuus % Koboltti Kem. adsorptio mg/kg Sulfidinen mg/kg Liukenevuus % Kupari Kem. adsorptio mg/kg 2 8 <1 6 5 <1 Sulfidinen mg/kg Liukenevuus % 4 8 <1 < Sinkki Kem. adsorptio mg/kg Sulfidinen mg/kg Liukenevuus %

12 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Tutkimusajankohtana läjitetyllä magnesiittijätehiekka-altaalla arseeni oli liukenevampi aivan läjityksen pintakerroksessa kuin vesikyllästeisessä jätehiekassa. Tässä allasosassa ei ollut viitteitä rautasulfidien hapettumisesta (ei ruskeita saostumia), joten voidaan olettaa, että kemiallisen adsorptiofraktion arseeni oli peräisin arseenisulfidien rikkoutuneilta sidospinnoilta. Vastaava piirre oli tässä allasosassa myös sinkillä ja kuparilla sekä pienemmässä määrin myös nikkelillä ja koboltilla. Tämä liittyy sulfidirakeiden sidospintojen rikkoutumiseen kiven murskaus- ja jauhatusvaiheissa. Yleisenä johtopäätöksenä voidaan tulosten perusteella sanoa, että läjitysalueen pohjoisosan vanhan rikastushiekan rapautuminen oli tutkimusajankohtana vielä vähäistä rajoittuen läjityksen pintaosaan jätehiekkaan. Pintakerrokset olivat kuivia ja siten hapettumiselle alttiina. Sen sijaan aktiivisella magnesiittihiekan läjitysalueella sulfidihapettuminen oli vähäistä. Nikkelin ja arseenin potentiaalinen liukenevuus siellä liittyy lähinnä sulfidirakeiden rikkoutuneisiin sidospinnoilta irtoavaan osaan. 4 JOHTOPÄÄTÖKSET Vuonoksen rikastushiekka-altaan mineraalinen jäteaines koostuu suljetun Vuonoksen kaivoksen rikastushiekasta ja Vuonoksen talkkitehtaan magnesiittijätehiekasta. Suljetun Vuonoksen kaivoksen rikastushiekka voidaan luokitella potentiaalisesti happoa tuottavaksi kaivannaisjätteeksi suuren sulfidisen rikkipitoisuuden takia (8-11 %). Rikastushiekka sisältää vähän neutraloivia karbonaattimineraaleja, eikä siten omaa riittävää neutralointikykyä, mikäli se hapettuu kuivumisen ja vettymisen kautta vuoden aikojen ja altaan sisäisen vesipinnan vaihdellessa. Talkin rikastuksessa syntyvä rikastushiekka koostuu pääasiassa magnesiitista (magnesiumkarbonaatista, %), mistä syystä sillä on erinomainen puskurikapasiteetti. Mittausten mukaan magnesiittijätehiekan rikkipitoisuus vaihteli välillä 1,1-1,7 %. Runsaan karbonaattipitoisuuden takia magnesiittijätehiekka on happoa tuottamaton kaivannaisjäte. Vanhaa, rautasulfidista rikastushiekkaa luonnehtivat mm. suuret sinkin ( mg/kg) ja kuparin pitoisuudet ( mg/kg). Molemmat metallit esiintyvät sulfidimineraaleina. Magnesiittijätehiekka puolestaan sisälsi nikkeliä ( mg/kg) ja arseenia ( mg/kg), jotka ovat myös sulfidimineraaleina. Nikkelistä osa on sitoutuneena silikaattimineraaleihin. Rautasulfidit ja muut värimetallisulfidit pysyvät niukkaliukoisina (rapautumattomina) vain pelkistävässä, vesikyllästeisessä tilassa. 4.1 Vuonoksen rikastushiekan läjitysalueen pohjanrakenne Vuonoksen suljetun metallisulfidikaivoksen sulfidipitoinen rikastushiekka ja talkin rikastuksesta syntyvä magnesiittivaltainen rikastushiekka on läjitetty Hyttisuolle, turve- ja hieta- tai hiesukerrosten päälle. Rikastushiekkamassaan rajautuva turve on mitä todennäköisimmin tiivistynyt vettä läpäisemättömäksi kerrokseksi. Tiiviin turvekerroksen alla on heikosti vettä läpäisevä hieta- tai hiesukerros kantavan moreenin päällä. Pohjan maalajirakenne perustuu GTK:n tekemiin ympäristön maaperäkartoitustuloksiin ja altaan

13 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ suotautumishavaintoihin (Räisänen & Korhonen 2015). Vastaavanlainen tiivis pohjarakenne on kairauksilla todennettu mm. Hammaslahden suljetun kaivoksen rikastushiekan jätealueella ja Kaavin Luikonlahden rikastushiekka-altailla (Vanhala et al. 2005, ISY 2006, Räisänen 2015). Tiivis pohjarakenne muodostaa pelkistävän pohjan, mikä estää sulfidisen rikastushiekan hapettuminen alaosasta (happamoituminen) ja pohjaveden happamoitumisen läjityksen alla olevassa moreenissa. Tiiviin pohjakerrosta seuraa, että läjityksen suotovedet purkautuvat läjityksen reunoilta maan pintaan ja/tai maan pintakerroksiin riippuen siitä, rajautuuko allas moreenipatoon vai luonnon moreenikumpuun. Tällainen suotomekanismi on havaittavissa Vuonoksen jätealueen ympäristössä (Räisänen & Korhonen 2015). Jätealueen reunoilta suotovedet voidaan kerätä hallitusti riittävän syvien ympärysojien kautta puhdistettavaksi. 4.2 Magnesiittihiekan soveltuvuus vanhan sulfidisen rikastushiekan pintarakenteeksi Kaavin Luikonlahden rikastushiekka-altaan jälkihoitoon liittyvissä tutkimuksissa selvitettiin magnesiittihiekan kemiallisia ominaisuuksia ja soveltuvuutta sulfidisen, happoa tuottavan rikastushiekan peittorakenteeksi (pintarakenteeksi). Magnesiittihiekan soveltuvuutta perusteltiin sen erinomaisen neutralointikyvyn (huokosvesi emäksistä) ja hyvän veden pidätyskyvyn perusteella (Räisänen 2005). Nämä ominaisuudet ovat keskeisiä estämään vesipinnan laskua ja siten hidastamaan alla olevan sulfidisen rikastushiekan hapettumista ja happamoitumista. Luikonlahden rikastushiekka-altaan pääsuotokohteesta tehdyt seurantatulokset osoittivat magnesiittihiekkapeiton positiiviset vaikutukset suotovesien laatuun. Kahden vuoden seurannassa suotovedet neutraloituivat ph:n noustessa lähes kaksinkertaiseksi ja metallipitoisuudet pienenivät useimpien osalta sadasosaan, kun vesipinta läjityksessä oli magnesiittihiekkakerroksessa (Räisänen 2009). Vuonoksen magnesiittihiekka on ominaisuuksiltaan verrattavissa Luikonlahden vastaavaan hiekkaan. Kesällä 2005 Vuonoksen rikastushiekka-altaan kairaushavainnot vahvistivat, että niissä osin, missä vanha sulfidinen rikastushiekka oli osittain tai kokonaan veden kyllästämän magnesiittihiekan peittämänä, kemiallinen muutunta ja siihen liittyvä sulfidihapettuminen (happamoituminen) oli vähäistä tai muutuntaa ei havaittu lainkaan. Niissä osissa läjitysaluetta, missä sulfidinen rikastushiekka ei ollut magnesiittihiekan peitossa, se oli kuivunut, kemiallinen rapautuminen ja hapon muodostus olivat käynnissä. Pinnaltaan rapautuneiden jätealueosien suotovedet olivat happamia ja metallipitoisia. Yllä mainittujen havaintojen perusteella voidaan suositella magnesiittihiekan soveltuvan Vuonoksen rikastushiekka-altaan pintarakenteeksi, jolloin se vesikyllästeisenä läjitettynä estäisi ja/tai hidastaisi alla olevan vanhan sulfidisen rikastushiekan hapettumisen ja happamoittavien suotovesien muodostumisen. Sen sijaan ei suositella rakennettavaksi tutkimuksen ajankohtana voimassa olleen kaatopaikka-asetuksen (Vna 861/1997, Liite 1) mukaista pohjan rakennetta vanhan sulfidisen rikastushiekkakerroksen päälle. Asetuksen mukaisen pohjarakenteen rakentaminen edellyttäisi alla olevan rikastushiekan kuivattamisen kantavuuden parantamiseksi, mikä edistäisi metallisulfidien hapettumista ja siten tehostaisi läjityksestä suotavien vesien happamoitumista ja vaikeuttaisi niiden puhdistusta. Läjityksen täytön jatkaminen vesikyllästeisellä magnesiittihiekalla vähentäisi pitkällä aikavälillä alla

14 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ olevan sulfidisen rikastushiekan hapontuottoriskiä. Tämän edellytyksenä on, että läjityksen vesipinta on magnesiittihiekkakerroksessa eikä alene pitkälläkään aikavälillä sulfidiseen rikastushiekkaan. Kirjallisuusviitteet Doležal, J., Povondra, P., Šulcek, Z., Decomposition Techniques in Inorganic Analysis. London Iliffe books Ltd, London. ISY Luikonlahden kuparikaivoksen ja rikastamon toiminnan lopettamisen jälkeisiä velvoitteita koskeva ympäristölupahakemus ja toiminnan aloittamislupa, Kaavi. Itä-Suomen ympäristölupavirasto. Päätös Nro 31/06/2, Drno ISY-2004-Y-238, s. Kauppinen, H Vuonoksen kuparimalmityypit ja rikastamon syötteet. Vuoriteollisuus 36 (1), Kumpulainen, Sirpa, Carlson, Liisa & Räisänen, Marja-Liisa, Seasonal variations of ochreous precipitates in mine effluents in Finland. Applied Geochemistry 22, Niskavaara, H A comprehensive scheme of analysis for soils, sediments, humus and plant samples using inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES). In: S. Autio (Editor), Geological Survey of Finland, Current Research , Special Paper 20, pp Räisänen, M. L Magnesiittihiekkojen ympäristökelpoisuus. Lausunto, Geologian tutkimuskeskus, 9 s. Räisänen, M. L A sustainable use of magnesite tailings as a cover for acid generating wastes A case study of an old copper mine. In: Securing the future International Conference on Mining and the Environment Metals and Energy Recovery June 27 July 1 Skellefteå 2005, Proceedings vol. 2, Räisänen, M. L Capability of natural and constructed wetlands to mitigate acidic leakage from closed mine waste facilities cases in Eastern Finland. Conference Proceedings Securing the future, Mining, metals and society in a sustainable society and 8 th ICARD International Conference on acid rock drainage Skellefteå, Sweden June 22 June Electronic publication,10 p. Räisänen, M. L Kaavin talkkitehtaan rikastushiekka-altaan ympäristön nykytila vuonna Geologian tutkimuskeskus arkistoraportti 51/ s. Räisänen, M. L. & Korhonen, K Vuonoksen talkkitehtaan rikastushiekka-altaan ja rikastamon ympäristön pohja- ja pintavesien kemiallinen nykytila vuonna Geologian tutkimuskeskus, arkistoraportti 58/ s. Räisänen, M. L., Tenhola, M. and Mäkinen, J Relationship between mineralogy and the physico-chemical properties of till in central Finland. Bulletin Geological Society of Finland 64, Part 1, Vanhala, H., Räisänen, M. L., Suppala, I., Huotari, T., Valjus, T. and Lehtimäki, J

15 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Geophysical characterizing of tailings impoundment a case from the closed Hammaslahti Cu-Zn mine, eastern Finland. In: S. Autio (ed.) Geological Survey of Finland, Current Research Geological Survey of Finland, Special Paper 38, Ympäristöministeriö Saastuneet maa-alueet ja niiden käsittely Suomessa. Saastuneiden maiden tutkimus- ja kunnostusprojektin loppuraportti. Ympäristöministeriö Muistio 5/1994.

16 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Liite 1. Vuonoksen rikastushiekan jätealueen kairauspisteet (karttakuva) ja kairaussarjojen kerroskuvaukset, Outokumpu. Kartassa on pistetunnuksena pelkkä numero, taulukossa numeron edessä lyhennys Vuo. Kairausten kerrossarjojen kuvaukset: Rikastushiekka-alueen pohjoisosa xkoord ykoord Vuo cm cm cm cm Mgs-RHK, kuiva (pintakontaminaatio) hapettunut, kuiva sulf. RHK Kuiva, heikosti hapettunut sulf. RHK Vuo cm cm cm Mgs-RHK, kuiva (pintakontaminaatio) osittain hapettunut RHK, märkä Vuo cm cm cm hapettunut Mgs-RHK, hapettumaton sulfidinen kostea, plastinen (pintakontaminaatio) Vuo cm cm Mgs-RHK, kuiva Heikosti hapettunut, kuiva sulf. RHK plastinen moreeni

17 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Liite 1 Jatkuu Kairausten kerrossarjojen kuvaus jatkuu Rikastushiekka-alueen pohjoisosa Vuo cm cm cm Mgs-RHK, kostea osittain hapettunut, sulf. RHK, kostea plastinen Vuo cm cm cm Mgs-RHK, kuiva, hapettuneita raitoja osittain hapettunut sulf. hapettumaton RHK, märkä plastinen Vuo cm cm cm cm Mgs-RHK, kuiva, hap. raitoja osittain hapettunut sulf. RHK, kuiva osittain hapettunut sulf. RHK, kuiva plastinen Vuo cm cm cm cm osittain hapettunut Mgs-RHK, kuiva hap. hapettunut, kuiva sulf. sulf., raitoja RHK karkea plastinen Vuo cm cm cm Mgs-RHK, hapettunut, kuiva Vuo cm cm ruskea, hap. Mgs-RHK osittain hapettunut sulf. RHK, kostea Osittain hapettunut sulf. RHK, alaosa plastinen 40 cm:stä alas kuten piste 9 Vuo cm cm cm osittain hapettuneita Mgs-RHK, kuiva, raitoja, sulf. RHK,, hapettuneita raitoja märkä plastinen Vuo cm cm cm hapettunut, Mgs-RHK, osittain hapettunut, sekoittunut +/- sulf. kostea sulf. RHK RHK plastinen Vuo pinta, 2-5 cm 0-80 cm cm cm cm voim. hapettunut hapettuneita raitoja, Mgs RHK +/- sulf. RHK, kuiva Hapettunut sulf. RHK, kostea Vuo cm cm cm hapettuneita raitoja, osittain hapettunut sulf. Mgs RHK +/- sulf., RHK, kuiva plastinen Vuo pinta, 2-5 cm cm cm cm hapettunut, Mgs-RHK kuiva (pintakontaminaatio) sulf. RHK, musta, hapettumaton, kostea osittain hapettuneita raitoja, sulf. RHK, märkä, plastinen Vuo cm cm cm cm Mgs-RHK, Mgs-RHK +/- sulf. osittain hapettunut hapettuneita raitoja, RHK, hapettuneita sulf. RHK, kostea kuiva raitoja, kuiva plastinen Vuo cm cm cm cm Mgs-RHK, hapettuneita raitoja, kuiva hapettumaton Mgs- RHK, kostea plast. RHK, märkä plastinen

18 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Liite 1 Jatkuu Kairausten kerrossarjojen kuvaus jatkuu Rikastushiekka-alueen koillisosa Vuo cm cm cm cm Mgs-RHK, hapettuneita raitoja, kuiva Hapettumaton Mgs- RHK, kostea osittain hapettunut sulf. RHK, kostea plast. Vuo cm cm cm cm cm Mgs-RHK, Mgs-RHK +/- sulf. Mgs-RHK, osittain hapettunut hapettuneita raitoja, RHK-raitoja, kuiva, RHK, hapettumaton, kuiva sulf. RHK, kostea kuiva hapettumaton märkä alaosa plastinen Vuo cm cm cm cm cm Mgs-RHK, hapettuneita raitoja, kuiva Mgs-RHK, hapettumaton, kuiva Mgs-RHK, kostea, hapettumaton ylä 10 cm voim. hapettunut, muuten osittain hapettunut RHK, märkä Vuo cm cm cm cm cm heikosti hapettunut Hapettunut (osittain) ylä 10 cm voim. Mgs-RHK, Mgs-RHK. kuiva Mgs-RHK +/- sulf. hapettunut, muuten RHK, hapettumaton, märkä alaosa kostea RHK, kuiva osittain hapettunut märkä Vuo cm cm cm Mgs-RHK, hapettuneita raitoja, kostea Mgs-RHK, hapettumaton, märkä ylä 5 cm voim. hapettunut, muuten osittain hapettunut

19 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Liite 2. Vuonoksen jätealueen rikastushiekkojen rikin kokonaispitoisuudet ja happoliukoiset alkuainepitoisuudet, Outokumpu. < alle alimman määritysrajan Pohjoinen-koillinen allasosa Magnesiittijätehiekka, pintakerrokset Kohde- Syvyys S Al As B Ba Be Ca Cd Co Cr Cu Fe tunnus cm % mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 05 Vuonos 8 pinta VUO , <5 7,90 <0, < , Vuonos P VUO , <5 6,68 <0, <1 73, , Vuonos P1 >40 cm VUO , <5 5,92 <0, <1 84, Vuonos VUO , <5 6,32 <0, <1 73, , Vanha sulfidinen rikastushiekka 05 Vuonos VUO , <5 11,80 <0, , , Vuonos Vuonos Läntinen allasosa Magnesiittijätehiekka VUO7, VUO8, VUO9 VUO19, VUO , <5 18,00 <0, , , <5 15,90 <0, , Vuonos P VUO , <5 5,40 <0, <1 53, , Vuonos P VUO , <5 7,67 <0, <1 64, , Vuonos P VUO , <5 7,48 <0, <1 74, , Vuonos P5 >30 cm VUO , <5 6,97 <0, <1 59, , Vuonos P VUO , <5 4,86 <0, <1 80, , Vyöhykepato koostuen sulfidisesta rikastushiekasta 05 Vuonos VUO , <5 10,80 <0, < , Vuonos VUO , <5 15,80 <0, , Vuonos VUO , <5 4,87 <0, , , Pohjoinen-koillinen allasosa Kohde- Syvyys K Mg Mn Mo Na Ni P Pb S Sb Sr Ti V Zn tunnus cm mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Magnesiittijätehiekka, pintakerrokset VUO <5 < <100 < <25 18,1 41 3,7 296 VUO < <5 < <100 < <25 23,5 44 <2 47,7 VUO < <5 < <100 < <25 11, ,2 176 VUO <5 < <100 < <25 14,7 31 <2 177 Vanha sulfidinen rikastushiekka VUO < <100 7, <25 6, , VUO7, VUO8, VUO9 VUO19, VUO20 Läntinen allasosa Magnesiittijätehiekka < <100 9, <25 13, , < <100 9, <25 9, , VUO <5 < <100 < <25 17, ,6 33,6 VUO <5 < <100 < <25 15, ,5 54,1 VUO <5 < <100 < <25 17,2 90 9,3 79,9 VUO < <5 < <100 < <25 15,5 46 3,0 65,0 VUO <5 < <100 < <25 8,3 71 <2 60,8 Vyöhykepato koostuen sulfidisesta rikastushiekasta VUO <5 < <100 8, <25 5, ,8 868 VUO <100 < <25 13, , VUO < <100 13, <25 8, ,

20 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 19/ Liite 3. Vuonoksen jätealueen rikastushiekkojen ph (CaCl2) ja asetaattiliukoisen pitoisuudet, Outokumpu. < alle alimman määritysrajan Pohjoinen-koillinen allasosa Magnesiittijätehiekka, pintakerrokset Kohde- Syvyys ph Al As B Ba Be Ca Cd Co Cr Cu Fe tunnus cm ph mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 05 Vuonos 8 pinta VUO ,28 35,9 15,8 <5 <1 <0, <0,5 10,8 1,34 2, Vuonos P VUO ,21 31,9 <10 <5 <1 <0, <0,5 3,99 1,58 < Vuonos P1 >40 cm VUO ,52 90,3 170 <5 <1 <0, <0,5 8,84 8,49 14, Vuonos VUO ,76 36,8 61,7 <5 <1 <0, <0,5 4,97 1,71 1, Vanha sulfidinen rikastushiekka 05 Vuonos VUO ,80 34,1 <10 <5 1,05 <0, <0,5 10,7 1,37 < Vuonos Vuonos Läntinen allasosa Magnesiittijätehiekka VUO7, VUO8, VUO9 VUO19, VUO ,49 94,1 14,5 <5 1,34 <0, <0,5 7,85 6,65 8, ,47 56,0 <10 <5 <1 <0, <0,5 16,9 3,09 3, Vuonos P VUO ,61 47,2 82,3 <5 <1 <0, <0,5 1,68 2,91 < Vuonos P VUO ,51 84,8 100 <5 <1 <0, <0,5 4,38 5,92 6, Vuonos P VUO , <5 <1 <0, <0,5 5,36 6,70 8, Vuonos P5 >30 cm VUO ,34 35,2 12,7 <5 <1 <0, <0,5 2,23 1,55 < Vuonos P VUO ,36 36,5 26,4 <5 <1 <0,5 662 <0,5 2,72 1,39 <1 372 Vyöhykepato koostuen sulfidisesta rikastushiekasta 05 Vuonos VUO , <10 <5 <1 <0, ,5 21,0 3,41 32, Vuonos VUO ,13 51,2 <10 <5 2,5 <0, <0,5 42,8 2,24 3, Vuonos VUO ,00 36,3 <10 <5 <1 <0, <0,5 32,4 2,71 23, Pohjoinen-koillinen allasosa Magnesiittijätehiekka, pintakerrokset Kohde- Syvyys K Mg Mn Mo Na Ni P Pb S Sb Si Sr Ti V Zn tunnus cm mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg 05 Vuonos 8 pinta VUO , ,8 <2 26,7 476 <20 < <15 24,6 5,42 <1 <2 12,2 05 Vuonos P VUO < ,4 <2 20,7 109 <20 < <15 11,1 5,37 <1 <2 2,35 05 Vuonos P1 >40 cm VUO < <2 25, ,5 <5 773 <15 74,0 6,71 <1 <2 70,9 05 Vuonos VUO < ,6 <2 32,4 91,5 <20 <5 534 <15 <5 2,24 <1 <2 13,1 Vanha sulfidinen rikastushiekka 05 Vuonos VUO < ,00 <2 21,7 43,1 <20 < <15 13,4 1,82 <1 <2 31,4 05 Vuonos Vuonos Läntinen allasosa Magnesiittijätehiekka VUO7, VUO8, VUO9 VUO19, VUO , ,0 <2 25,8 33,7 <20 <5 717 <15 119,0 6,47 <1 < < ,6 <2 22,3 39,9 <20 < <15 48,5 2,83 <1 2, Vuonos P VUO < ,8 <2 21,0 86,8 <20 <5 79,9 <15 92,9 5,13 <1 <2 7,27 05 Vuonos P VUO < ,0 <2 28,9 111 <20 <5 111 < ,77 <1 <2 28,5 05 Vuonos P VUO < ,2 <2 26,8 128 <20 <5 259 < ,17 <1 2,4 60,0 05 Vuonos P5 >30 cm VUO < ,8 <2 <20 90,5 <20 <5 415 <15 5,0 1,31 <1 <2 1,88 05 Vuonos P VUO , ,6 <2 21,2 55,8 <20 <5 574 <15 7,8 1,16 <1 <2 15,7 Vyöhykepato koostuen sulfidisesta rikastushiekasta 05 Vuonos VUO < ,26 <2 <20 31,2 <20 < <15 38,6 1,28 <1 < Vuonos VUO ,4 <2 <20 69,9 <20 < <15 24,3 6,69 <1 < Vuonos VUO < ,7 3,09 <20 75,2 20,4 < <15 20,4 4,02 <1 <2 275