GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Agnico-Eagle Finland Kittilän kaivos KITTILÄN KAIVOKSEN SIVUKIVIEN KARAKTERISOINTI JA YMPÄRISTÖKELPOISUUS Anna Tornivaara ja Marja Liisa Räisänen
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ITÄ-SUOMEN YKSIKKÖ KUVAILULEHTI 26.7.2007, Tekijät Anna Tornivaara ja Marja-Liisa Räisänen Raportin laji Selvitys Raportin nimi Kittilän kaivoksen sivukivien karakterisointi ja ympäristökelpoisuus Toimeksiantaja Agnico-Eagle Finland, Kittilän kaivos Tiivistelmä Tutkimuksessa selvitettiin Suurikuusikon kultakaivoksen sivukivinäytteiden (30 kpl) kemiallisia ja mineralogisia ominaisuuksia ja niiden perusteella arvioitiin ympäristökelpoisuutta. Kivien kemiallinen koostumus analysoitiin XRFmenetelmällä ja kuningasvesiuuttomenetelmällä käyttäen alkuainemittauksessa ICP-OES-tekniikkaa. Näytteistä mitattiin lisäksi kokonaisrikkipitoisuus ja -hiilipitoisuus S- ja C-analysaattoreilla. Karbonaattinen ja ei-karbonaattinen hiili määritettiin suolahappouuttomenetelmällä. Viidelle näytteelle tehtiin yksivaiheinen liukoisuustesti (SFS-EN 12457-1) ja NAG-testi. Mineralogiset tutkimukset tehtiin SEM-MLA-menetelmällä. Määritykset tehtiin GTK:n akreditoidussa geolaboratoriossa Espoossa, ssa ja Outokummussa. Kivien kokonaisrikkipitoisuuden mukaan sivukivet jaettiin kahteen pääryhmään: sulfidipitoiset (S 1 %), AVS (I), MML (I), INV, ARG, bcht, BIF ja sulfidiköyhät (S 0,5 %), AVS (II), MML (II), UMV, MPL, wcht. Sulfidipitoiset kivet ovat happoa muodostavia, lukuun ottamatta kalsiitti- ja dolomiittipitoisia INV- ja MML-kiviä. PIMA-asetuksen ylemmät arvot ylittäviä pitoisuuksia mitattiin arseenille, nikkelille, kuparille ja antimonille, jotka voivat liueta sulfidien hapettuessa ja siten happoa muodostavat kivet omaavat pitkällä aikavälillä myös haitta-aineiden liukoisuusriskin. Ylittäviä pitoisuuksia mitattiin myös kromille ja vanadiinille. Nämä alkuaineet ovat sitoutuneet Suomen oloissa niukkaliukoisiin oksidi- ja silikaattimineraaleihin, eivätkä siten muodosta haitta-aineiden liukoisuusriskiä. Happoa muodostavat, rapautumisherkät (S > 1 %) ja haittaaineliukoisuusriskin omaavat sivukivet eivät ole ympäristökelpoisia kiviä käytettäväksi maarakentamisessa. Sulfidiköyhät sivukivet eivät ole happoa muodostavia kiviä. Hyvän neutralointipotentiaalin vuoksi ne eivät sisällä haittaaineliukoisuusriskiä. Nämä kivet ovat ympäristökelpoisia kiviä ja soveltuvat maarakennukseen, mikäli ne täyttävät käyttökohteessa vaadittavat tekniset ominaisuudet. Lisäksi ne voivat soveltua käytettäväksi kaivosalueen ulkopuolella täyttötai rakennusmateriaalina niissä kohteissa, joihin ne teknillisiltä ominaisuuksilta soveltuvat, esimerkiksi kaatopaikkojen maarakentamiseen (lievästi pilaantunut maa-aines). Mafiset ja ultramafiset kivet sekä AVS-kivet soveltuvat sivukivien läjityksessä happoa muodostavien sivukivien neutralointiin. Liukoisuustestitulokset eivät antaneet luotettavaa kuvaa pitkällä aikavälillä liukenevien metalloidien ja metallien määristä (ARD-reaktio). Testin tulokset heijastavat lähinnä alkuaineiden irtoamista jauhatuksessa rikkoutuneiden mineraalikiteiden pinnoilta. NAG-testitulokset osoittivat, että sulfidipitoiset sivukivet eivät olisi happoa muodostavia kiviä toisin kuin karbonaattisen hiilen määrän tai NP-testitulosten perusteella lasketun NP/AP-suhdeluvun mukaan. GTK:n aiempien Suurikuusikon sivukivinäytteistä tehtyjen tutkimusten perusteella havaittiin, että NAG-testeissä ei käynnisty vastaavanlaista sulfidihapettumista kuin luonnon sivukiven läjitysoloissa. Todennäköisesti vetyperoksidikäsittelyssä liukenee rikkiä ja metalleja jauhatuksessa rikkoutuneilta kidepinnoilta. Tähän viittaa myös NAG-testin korkea ph-arvo. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Kittilän kaivos, Suurikuusikko, sivukivi, ympäristökelpoisuus, geokemia, mineralogia, haitta-aineet, haponmuodostuspotentiaali, neutralointipotentiaali Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Suomi, Kittilä, Suurikuusikko Karttalehdet 2743 Arkistosarjan nimi Tilaustutkimus Kokonaissivumäärä 16 + 5 liitettä Kieli suomi Arkistotunnus Hinta - Julkisuus Luottamuksellinen Yksikkö ja vastuualue, Maankäyttö ja ympäristö Allekirjoitus/nimen selvennys Hanketunnus 1803048 Allekirjoitus/nimen selvennys
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Agnico-Eagle Finland Kittilän kaivos Kittilän kaivoksen sivukivien karakterisointi ja ympäristökelpoisuus A. Tornivaara ja M.L. Räisänen Sisällysluettelo 1. Johdanto... 1 1.1. Suurikuusikon malmiesiintymä... 1 2. Aineisto ja tutkimusmenetelmät... 2 2.1. Mineralogiset analyysit... 2 2.2. Kemialliset analyysit... 3 2.2.1. Haponmuodostus- ja neutralointipotentiaalin määrittäminen... 4 2.2.2. Liukoisuustestin menetelmäkuvaus... 5 3. Tulokset... 6 3.1. Sivukivien mineraloginen koostumus... 6 3.2. Sivukivinäytteiden kemiallinen koostumus... 8 3.3. Haponmuodostus- ja neutralointipotentiaalit... 11 3.4. Liukoisuustesti... 12 4. Sivukivien ympäristökelpoisuus... 13 Lähteet... 15 Liitteet... 16
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 1 1. Johdanto Agnico-Eagle Finlandin Suurikuusikon kultakaivos sijaitsee Kittilän kunnassa. Pohjois- Suomen ympäristölupavirasto on myöntänyt Suurikuusikon kultakaivoksen ja rikastamon toiminnalle ympäristöluvan 1.11.2002 (lupapäätös Nro 69/02/1). Suurikuusikon ympäristölupapäätöksessä sivukivi luokitellaan tavanomaiseksi jätteeksi. Kuitenkin jätteeksi ei lasketa sivukiveä, joka ei sisällä malmia tai omaa haponmuodostuskykyä sekä soveltuu muidenkin ominaisuuksien puolesta hyödynnettäväksi, ja joka välittömästi tai kohtuullisen lyhyen varastointiajan jälkeen käytetään rakennustoiminnassa. Suurikuusikon kivien ympäristökelpoisuutta on selvitetty myös aiemmin Geologian tutkimuskeskuksessa (julkaisemattomat sivukivitutkimukset 2006, Räisänen 2006). Kaivostoiminnan suunnittelun edetessä Suurikuusikon alueelta louhittavat sivukivet ovat tarkentuneet, jonka johdosta Agnico-Eagle Finland on tehnyt toimeksiannon uusien sivukivinäytteiden karakterisoinnista ja ympärikelpoisuuden arvioinnista. Sivukivien karakterisoinnin ja ympäristökelpoisuusselvityksen perustana ovat tilaajan kolmestakymmenestä sivukivinäytteestä teetättämät mineralogiset ja kemialliset koostumusanalyysit sekä liukoisuustestit Geologian tutkimuskeskuksessa. Suurikuusikon kultaesiintymä poikkeaa geologialtaan Suomessa louhituista kultamalmityypeistä, joten tutkimuksen yhteydessä ei ole käytettävissä vastaavantyyppisen, vanhan kultakaivoksen sivukiviläjityksen suotovesiaineistoa. 1.1. Suurikuusikon malmiesiintymä Suurikuusikon kaivospiiri sijaitsee Keski-Lapin vihreäkivivyöhykkeellä. Kaivoksen rakentaminen käynnistyi vuonna 2006 ja tuotannon oletetaan alkavan vuoden 2008 aikana. Esiintymä käsittää useita malmisuonia Suurikuusikon hiertovyöhykkeellä. Malmin isäntäkivilajeina ovat pääasiassa mafiset ja intermediääriset vulkaniitit sekä grafiittipitoinen tuffiitti, lisäksi malmia esiintyy muun muassa emäksisissä metavulkaniiteissa, mustaliuskeessa ja sertissä. Kullan pääasialliset isäntämineraalit ovat arseeni- ja rikkikiisu.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 2 2. Aineisto ja tutkimusmenetelmät Tutkimuksen aineisto perustuu tilaajan valitsemiin kolmeenkymmeneen sivukivinäytteeseen, jotka ovat kairattu Suurikuusikon kaivospiiristä. Kairasydännäytteet ovat jaoteltu erikseen kemiallisiin ja mineralogisiin tutkimuksiin meneviin osiin ennen Geologian tutkimuskeskukseen saapumista. Tilaajan antamat kivilajikoodit, ja niiden jakautuminen näytemäärän suhteen, on nähtävissä taulukossa 1. Taulukko 1. Sivukivilajit ja niiden osuudet tutkituista näytteistä. Koodi Kivilajityyppi Määrä MML Mafinen vulkaniitti 10 AVS Muuttunut vulkaaninen kivi tai sedimenttikivi 7 MPL Mafinen tyynylaavakivi 4 INV Vulkaniitti (pyroklastinen) 2 UMV Ultramafinen vulkaniitti 2 BIF Mustaliuske 2 ARG Mustaliuske (argilliitti) 1 bcht Tumma sertti 1 wcht Vaalea sertti 1 Sivukivien kemialliset analyysit tehtiin GTK:n akkreditoiduissa laboratorioissa ssa ja Espoossa, mineralogiset tutkimukset tehtiin GTK:n mineraalitekniikan laboratoriossa Outokummussa. 2.1. Mineralogiset analyysit Minerologisiin analyyseihin varatuista näytteistä valmistettiin kiillotetut ohuthieet Itä- Suomen yksikössä ssa. Outokummun mineraalitekniikan laboratoriossa hieet hiilestettiin ja mineraalipitoisuudet mitattiin MLA-laitteiston (Mineral Liberation Analyser) avulla sivukivien mineraalijakauman ja prosenttiosuuksien selvittämiseksi. Tutkimuslaitteisto koostuu pyyhkäisyelektronimikroskoopista ja kahdella detektorilla varustetusta energiadispersiivisestä röntgenanalysaattorista. Mittaus vastaa point count - mittausta ja menetelmä perustuu koko hieen alueelta otettaviin takaisinheijastuskuviin (BSE-kuva) sekä mittauspisteistä saataviin mineraalien elektronidispersiivisiin spektreihin (ED-spektri). Suurikuusikon sivukivimittausten pistemäärä on ollut noin 10 000. Mineraalien tunnistamista varten on kerätty näytteen mineraaleista spektrikirjasto, johon näytteen mineraalispektrejä on verrattu tulosten käsittelyn yhteydessä. Mitattu aineisto on muutettu mineraalipitoisuuksiksi mineraalitiheyksien avulla.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 3 2.2. Kemialliset analyysit Kemian analyysejä varten kairasydännäytteet kuivattiin ensin 70 asteessa. Näytteet murskattiin kuivauksen jälkeen leukamurskaimella (leuat Mn-terästä) ja ositettiin rännijakolaitteella. Lopuksi näytteet jauhettiin karkaistussa hiiliteräsjauhinastiassa. Näytteiden kemiallinen kokonaiskoostumus ja alkuainepitoisuudet määritettiin pelleteistä XRF -menetelmällä (GTK:n laboratoriomenetelmä +175X). Näytteiden pääalkuaineet on ilmoitettu tuloksissa oksidiprosentteina ja muut alkuaineiden prosenttiosuuksina (kuivapaino-%). Näytteistä mitattiin kokonaisrikkipitoisuus rikkianalysaattorilla (LECO-S, GTK +810L) ja kokonaishiilipitoisuus hiilianalysaattorilla (GTK +811L). Karbonaattinen ja eikarbonaattinen hiili määritettiin suolahappouuttomenetelmällä (GTK 816L). Ennen mittausta karbonaattimineraalit liuotettiin väkevällä suolahapolla. Uuttojäännöksestä mitattiin hiilianalysaattorilla hiilipitoisuus, joka on ei-karbonaattisen hiilen pitoisuus. Karbonaattisen hiilen pitoisuus laskettiin kokonaishiilipitoisuuden ja ei-karbonaattisen hiilipitoisuuden erotuksena. Näytteiden happoliukoiset alkuainepitoisuudet määritettiin kuumalla (90 C) kuningasvesiuuttomenetelmällä käyttäen alkuainemittauksiin ICP-OES-tekniikkaa (GTK +511P). Poikkeuksena oli antimoni, jonka pitoisuus mitattiin GFAAS-menetelmällä (GTK +511U), jotta saataisiin antimonin alin määritysraja olisi mahdollisimman pieni (0,03 mg/kg). Kuuma kuningasvesi liuottaa täysin trioktaedriset kiilteet esimerkiksi biotiitin, savimineraalit, saostumamineraalit ja useimmat suolamineraalit kuten apatiitin, karbonaatit, titaniitin sekä sulfidimineraalit (Doležal et al. 1968). Maasälvistä, amfiboleista ja pyrokseeneista liukenee alkuaineita kuten Ca, Na ja K, rapautuneilta ja/tai jauhatuksesta rikkoutuneilta kidepinnoilta (Räisänen et al. 1992). Silikaatteihin ja oksidimineraaleihin sitoutuneiden alkuaineiden pitoisuudet eivät vastaa kokonaispitoisuutta, toisin kuin sulfideihin sitoutuneiden metallien ja rikin osalta. Ero kuningasvesiuutetun rikin ICPmittauksen ja LECO-S-mittauksen välillä, voi olla seurausta kiteisen rikkikiisun (kuutiollinen) tai arseenikiisun (monokliininen) osittaisesta liukenemisesta kuningasveteen tai rikin sublimoitumisesta uuton aikana. Metalli- ja metalloidipitoisuuksia on verrattu valtioneuvoston asetuksen 214/2007 liitteessä esitettyihin, teollisuusalueen maaperän pilaantuneisuuden arviointiin sovellettaviin ylempiin ohje-arvoihin (kts. taulukko 4). Ylemmillä ohjearvoilla tarkoitetaan sellaista haitallisen aineen pitoisuutta maaperässä, jossa maaperä säilyy vielä ekologisesti toimintakykyisenä ja joka ei aiheuta vaaraa terveydelle epäherkässä maankäytössä.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 4 2.2.1. Haponmuodostus- ja neutralointipotentiaalin määrittäminen Sivukivien haponmuodostus- ja neutralointipotentiaali määritettiin sulfidisen rikin ja karbonaattisen hiilen kokonaispitoisuuksista laskemalla. Oletuksena on, että rikin kokonaispitoisuus vastaa sulfidisen rikin kokonaispitoisuutta. Mineraalimäärityksessä ei havaittu sulfaattimineraaleja. Haponmuodostuspotentiaali (AP) laskettiin kaavalla: S % * 31,25 = AP kg CaCO 3 /t Neutralointipotentiaali (NP) laskettiin kaavalla: Karbonaattinen C % (CO 3 -C) * 83,34 = NP kg CaCO 3 /t Kaivannaisjätedirektiivin liitedokumentin liitteen 4 (EC 2004) mukaan (taulukko 2), jätteen haponmuodostusluokka määritetään neutralointipotentiaalin (NP) ja hapontuottopotentiaalin (AP) suhteena (NP/AP=NPR, kts. Jambor 2003). Neutralointikyvyllä tarkoitetaan sivukivissä olevien happamuutta neutraloivien mineraalien kykyä puskuroida sulfidimineraalien hapettumisessa muodostuvaa happamuutta. Lisäksi sivukivinäytteille laskettiin nettoneutralointipotentiaali (NNP), joka saadaan neutralointi- ja haponmuodostuspotentiaalin erotuksesta (NNP=NP-AP). AMD-potentiaalin (Acid Mine Drainage) avulla voidaan arvioida sivukivien kykyä muodostaa happamia valumavesiä (taulukko 2, Price et al. 1997, EC 2004). Menetelmä perustuu kivinäytteiden neutralointipotentiaalisuhteeseen (NPR) ja nettoneutralointipotentiaaliin (NNP). Neutralointipotentiaali määritettiin myös NP-testillä, joka perustuu happoemästitrausmenetelmään (GTK 827T, Lawrence & Wang 1997). NP-testissä karbonaattien neutralointikykyä (eli liukenemista happamissa oloissa) testataan suolahappouutolla. Menetelmä kuvaa pääasiassa herkästi liukenevien karbonaattimineraalien puskurointikykyä. Johtuen testin lyhyestä reaktioajasta, uutossa ei liukene hitaasti reagoivat karbonaattimineraalit ja silikaattimineraalit liukenevat testin aikana ainoastaan osittain, lähinnä rikkoutuneilta mineraalipinnoiltaan. Kalsiumia ja magnesiumia sisältävillä silikaattimineraaleilla on kuitenkin todettu olevan merkitystä happamuuden puskuroinnissa pidemmällä ajanjaksolla (mm. Jambor 2003). Näin ollen testi antaa viitteitä myös silikaattien neutralointikyvystä. Neutralointi- ja haponmuodostuspotentiaalien suhde (NPR (testi) =NP (testi) /AP) sekä nettoneutralointipotentiaali (NNP (testi) =NP (testi) -AP) laskettiin myös NP-testin tuloksista.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 5 Taulukko 2. Sivukivien kykyä muodostaa happamia valumavesiä voidaan arvioida AMDpotentiaalin (Acid Mine Drainage) avulla, joka perustuu kivinäytteiden neutralointipotentiaalisuhteeseen (NPR) ja nettoneutralointipotentiaaliin (NNP, Price et al. 1997, EC 2004). AMD Potentiaali NPR NNP Selitys Todennäköinen < 1/1 < -20 (/0) Todennäköisesti AMD:ta muodostava, elleivät sulfidit ole reagoimattomia Mahdollinen 1/1-2/1 Mahdollisesti AMD:ta muodostava, jos neutraloivat mineraalit eivät ole riittävän reaktiivisia tai kuluvat loppuun ennen sulfideja Alhainen 2/1-4/1 AMD:ta muodostava vain, jos sulfidit ovat huomattavasti reaktiivisempia kuin neutraloivat mineraalit Olematon > 4/1 > 20 Ei happoa tuottava Haponmuodostuspotentiaali määritettiin myös NAG-testin (Net Acid Generation) mukaan (Miller 1997, ARD 2002). NAG-testi (GTK 826T1) tehtiin ainoastaan viidelle selvityksen tilaajan erikseen valitsemalle näytteelle. Testiin valittiin kaksi emäksistä laavakivinäytettä (MML), kaksi muuttunut vulkaanista tai sedimenttistä kiveä (AVS) ja yksi pyroklastinen vulkaniitti (INV). Testissä näytettä uutetaan vetyperoksidiliuoksella, joka toimii sulfidien hapettimena. Saatu uutos titrataan tämän jälkeen natriumhydroksidilla ph-arvoon 4,5 ja 7,0. Haponmuodostuspotentiaali saadaan käytetyn natriumhydroksidiliuoksen määrästä. 2.2.2. Liukoisuustestin menetelmäkuvaus Liukoisuustesti (SFS-EN 12457-1) on yksivaiheinen ravistelutesti, jossa uutetaan kiinteää, alle 4 mm:n raekokoon murskattua, testimateriaalia ravistelijassa 24 tuntia. Analyysissä liuoksen ja kiinteän aineen suhde (L/S) on 2. Tarkempi menetelmäkuvaus on luettavissa liitteestä 5 (GTK 229P). Yksivaiheinen ravistelutesti tehtiin vain viidelle erikseen valitulle näytteelle, jotka olivat samat kuin NAG-testissä. Yksivaiheista ravistelutestiä ei suositella käytettäväksi jätteen kaatopaikkakelpoisuusmäärityksessä. Valtioneuvoston päätöksessä kaatopaikkaluokitukseen suositellaan kaksivaiheista ravistelutestiä (SFS-EN 12457-3, Vna 591/2006 ja Vna 202/2006).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 6 3. Tulokset Sivukivien analyysitulosten yhteydessä sivukivet jaoteltiin seitsemään ryhmään kivilajityypin ja rikkipitoisuuden mukaan (taulukko 3). Analyysitulokset esitetään tämän ryhmittelyn mukaisesti. Sivukivikohtaiset tulokset ovat nähtävissä erikseen tämän selvityksen liitteistä. Taulukko 3. Sulfidipitoiset (S 1 %) ja sulfidiköyhät (S 0,5 %) sivukiviryhmät. Jako perustuu rikkianalysaattorilla mitattuun rikin kokonaispitoisuuteen. Sivukivien kivilajikoodit ja -nimet on esitetty taulukossa 1. Sulfidipitoiset kivet (S 1 %) Sulfidiköyhät kivet (S 0,5 %) Ryhmä Määrä Ryhmä Määrä 1. AVS I 5 5. AVS II 2 2. Vulkaniitit I 7 6. Vulkaniitit II 9 (MML I) (MML II, MPL, UMV) 3. INV 2 7. wcht 1 4. Liuskeet 4 (ARG, bcht, BIF) 3.1. Sivukivien mineraloginen koostumus Suurikuusikon sivukivien pieni raekoko vaikeutti MLA-mittauksia, minimiraekoko hyvällä ED-spektrille ja edelleen luotettavalle mineraalien tunnistukselle on 3-5 µm. Hienorakeisten mineraalien yhteydessä voi syntyä kahden tai kolmen mineraalin sekaspektrejä, jotka tuloksissa tuntemattomien mineraalien esiintymisen tai aiheuttavat virheitä tunnistuksessa. Sekaspektrejä on pyritty tunnistamaan mahdollisuuksien mukaan ja mittaustulos kallistuu aina vahvemmalle mineraalille. Omana ryhmänä on hienojakoinen grafiitti, joka usein muodostaa sekaspektrejä ja aiheuttaa ongelmia tunnistuksessa. Grafiitti on rajattu pois sekaspektrien eliminoimiseksi ja tulokset on normalisoitu käyttämällä laboratoriossa mitattuja, ei karbonaattisen hiilen, analyysituloksia. Tuntemattomien mineraalien määrä on ollut maksimissaan 1,5 %. Taulukossa 4 on esitetty sivukiviryhmien mineraalikoostumus ja mineraalien keskimääräiset pitoisuudet. Liitteessä 1 on esitetty näytekohtaiset mineraalikoostumuspitoisuudet tiedot ja liitteessä 5 alkuperäiset mittaustiedot. Karbonaattimineraalit olivat koostumukseltaan Ca-, Mg- ja Fe-karbonaatteja. Yleisin karbonaattimineraali oli hitaasti rapautuva ankeriitti [Ca(Fe,Mg,Mn)(CO 3 ) 2 ], joka oli vallitsevin karbonaattimineraali muuttuneissa vulkaniiteissa ja sedimenttikivissä (AVS) ja mafisissa vulkaniiteissa (MML). Dolomiitti [CaMg(CO 3 ) 2 ] oli vallitsevin karbonaattimineraali osassa AVS-kiviä, ultramafiitteja ja liuskeita. Kalsiittia (CaCO 3 ) oli runsaasti osassa mafisia (MML) ja
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 7 pyroklastisia vulkaniitteja (INV). Lisäksi muutamassa sivukivessä esiintyi sideriittiä (FeCO 3 ). Yhdestä mafisesta vulkaniittinäyttestä mitattiin sideriitin osuudeksi 25 %. Sulfidimineraaleista eniten oli rikki- ja arseenikiisua. Rikkikiisun lisäksi toisena rautasulfidina esiintyi edellisiä herkemmin hapettuvaa magneettikiisua. Muita metallisia sulfidimineraaleja oli vähän (liite 5). Taulukko 4. Sivukivinäyteryhmien keskimääräinen mineraalikoostumus. Sivukivien näytekohtainen jakauma on esitetty liitteessä 1 ja kaikki mineraaliosuudet liitteessä 5. Sulfidipitoiset kivet Sulfidiköyhät kivet AVS I Vulkan. I INV Liuskeet AVS II Vulkan. II wcht Mineraalit % n=5 n=7 n=2 n=4 n=2 n=9 n=1 Karbonaatit tot. 31,8 32,0 15,6 10,2 35,5 20,6 0,4 Kalsiitti 0,2 1) 8,7 8,6 0,7 2) 4,6 1) 2,6 0,2 Dolomiitti 10,0 2,0 1,7 1) 5,3 1) 11,3 9,2 0,0 Muut karbonaatit 21,6 21,3 5,3 4,2 19,6 8,8 0,2 Sulfidit tot. 9,5 6,3 13,9 45,2 0,4 0,3 0,0 Rautasulfidit 8,4 5,2 3,4 41,5 0,3 0,3 0,0 Arseenisulfidit 1,1 1) 1,1 10,5 3,6 1) 0,0 0,0 0,0 Muut sulfidit 0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,0 0,0 Maasälvät 17,9 18,4 18,6 7,1 4,8 11,9 0,0 Kvartsi 14,6 16,5 17,4 13,2 18,0 14,6 99,6 Kiilteet 17,4 10,3 26,3 10,7 5,2 5,1 0,0 Kloriitti 4,9 13,0 7,3 5,9 33,8 23,0 0,0 Amfibolit 2,6 9,2 Pyrokseenit 3,5 Muut mienraalit 2,5 3,0 0,9 2,1 1,7 12,0 0,0 C, ei karb. 1,4 0,4 0,2 6,5 0,6 0,1 0,4 Total % 100,0 102,5 100,2 100,8 100,0 100,4 100,4 1) yksi näyte sisälsi ko. mineraalia. 2) kaksi näytettä sisälsi ko. mineraalia. Rikki- ja arseenikiisuja oli runsaasti liuskeissa, varsinkin mustaliuskeissa (bcht, BIF) ja pyroklastisissa vulkaniiteissa (INV). Rikkikiisuvaltaisia kiviä (FeS 2 > 50 %) ovat mustaliuskeet (BIF). Muuttuneissa vulkaniitteissa ja sedimenttikivissä (AVS) sekä mafisissa vulkaniiteissa rikkikiisun määrä vaihteli enimmillään vajaasta kymmenestä prosentista vajaaseen kahteenkymmeneen prosenttiin (liite 1). Magneettikiisun osuus oli
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 8 korkea ainoastaan argilliitissa (ARG, liite 1). Arseenikiisupitoisia kiviä olivat pyroklastiset vulkaniitit ja tummat serttikivet (yksi bcht-näyte, taulukko 4, liite 2 ). Arseenikiisua oli kohtalaisesti (1-4 %) mafisissa vulkaniiteissa ja muuttuneissa vulkaniiteissa ja sedimenttikivissä (yhdessä näytteessä 5,4 %). Sivukivien päämineraaleina esiintyi plagioklaasi, kvartsi, kiilteistä muskoviitti ja savimineraaleista kloriitti. Pitoisuudet vaihtelivat paljon kivilajiryhmän sisällä, esimerkiksi sulfidirikkaiden vulkaniittien ryhmässä plagioklaasia oli kivinäytteestä riippuen 0-47 % (liite 1). Sulfidipitoisista kivistä kloriittia oli runsaasti sulfidipitoisissa mafisissa vulkaniiteissa ja argilliiteissa. Happamissa ympäristöissä kloriitti rapautuu herkästi ja on siten vesien happamuutta ylläpitävän alumiinin lähteenä. Vaalean sertin mineralogia poikkesi selvästi muista, koostuen lähes yksinomaan kvartsista. Grafiittia esiintyi runsainten mustaliuskeessa. 3.2. Sivukivinäytteiden kemiallinen koostumus Sivukivinäytteiden keskeisten alkuaineiden keskiarvopitoisuudet on esitetty taulukossa 5 ja näytekohtaiset pitoisuudet liitteissä 2, 3 ja 5. Sivukivet koostuvat pääasiassa piistä, raudasta, alumiinista, kalsiumista ja magnesiumista, jotka muodostavat silikaattiset päämineraalit. PIMA-asetuksen ylemmät ohjearvot ylittäviä pitoisuuksia mitattiin arseenin, nikkelin, kuparin, antimonin, vanadiinin ja kromin osalta. Arseenin ja metallien pitkän ajan liukenevuusriski liittyy lähinnä sivukiven rautasulfidien runsauteen ja hapettumisalttiuteen. Arseenikiisun rapautumisalttius on samaa luokkaa kuin rikkikiisun (Blowes et al. 2003). Sulfidipitoiset sivukiviryhmät ja sulfidiköyhistä sivukiviryhmistä muuttuneet AVS-kivet sisälsivät ylemmän ohjearvon ylittäviä arseenipitoisuuksia (150 20 200 mg/kg, liite 2). Arseeni esiintyy pääasiallisesti arseenikiisussa (arsenopyrite) ja pienempinä määrinä gersdorffiitissa (gersdorffite). Arseenikiisu sisältää ferrorautaa, joka voi hapettua pitkällä aikavälillä hapen ja veden läsnä ollessa vastaavasti kuin rikkikiisu (Blowes et al. 2003). Gersdorfiitti on nikkeli-arseenisulfidi, jonka hapettuminen on riippuvainen rautasulfidien runsaudesta ja hapettumisalttiudesta. PIMA-asetuksen ylemmän ohjearvon ylittäviä nikkelipitoisuuksia (150 900 mg/kg) mitattiin sulfidipitoisista liuskekivistä ja sulfidiköyhistä AVS-kivistä ja mafisista vulkaniiteista (liite 2). Nikkeli esiintyy lähinnä gersdorfiitissa ja pentlandiitissa (pentlandite) sekä harvinaisemmassa ullmanniitissa (ullmannite). Lisäksi nikkeliä esiintyy silikaattimineraaleissa lähinnä talkissa, jonka rapautuminen on hidasta hidasta Suomen luonnon oloissa. Rapautuminen ja nikkelin liukeneminen voi käynnistyä hyvin happamissa oloissa (ph < 2).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 9 Taulukko 5. Sivukiviryhmien (a) metalloidien ja metallien sekä (b) pääalkuaineoksidien keskiarvopitoisuudet. XRF-menetelmällä on mitattu pääalkuaineiden oksidipitoisuudet ja metallien ja metalloidien kokonaispitoisuudet (tot.). Sulfidisten metalloidien ja metallien pitoisuudet on määritetty kuningasvesiuuttomenetelmällä käyttäen ICP-OESmittaustekniikkaa (-sulf.). Nikkelin kokonaispitoisuuden ja happoliukoisen pitoisuuden erotus viittaa Ni-pitoisuuteen silikaattimineraaleissa (Ni-silik.). Kromin ja vanadiinin kokonaispitoisuuden ja happoliukoisen pitoisuuden erotus viittaa Cr- ja V-pitoisuuteen oksidimineraaleissa (-oks.). Happoliukoinen Cr- ja V-pitoisuus viittaa Cr- ja V- pitoisuuteen silikaateissa (-silik.). Näytteen analyysituloksen jäädessä alle määritysrajan, on kivinäytteen keskiarvon laskemisessa käytetty puolta määritysrajan arvosta. Liitteissä 2 ja 3 on nähtävissä näytekohtaiset tulokset. Vertailuarvoina on esitetty valtioneuvoston maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnin asetuksen (PIMA) ylemmät ohjearvot, jotka on taulukossa korostettu värillä (Vna 214/2007). (a) Sulfidipitoiset kivet Sulfidiköyhät kivet PIMA, AVS I Vulkan. I INV Liuskeet AVS II Vulkan. II wcht ylempi n=5 n=7 n=2 n=4 n=2 n=9 n=1 ohjearvo As, tot. mg/kg 2 079 5 421 18 100 4 301 495 38 <30 As-sulf. mg/kg 1 899 4 782 15 800 3 892 457 29 <10 Cr, tot. mg/kg 194 193 140 200 705 497 <30 Cr-oks. mg/kg 155 141 105 126 474 137 - Cr-silik. mg/kg 39 52 35 74 231 360 3 Cu, tot. mg/kg 228 70 95 585 100 108 <20 Cu-sulf. mg/kg 214 67 76 558 97 101 4 Ni, tot. mg/kg 156 124 80 353 510 290 <20 Ni-silik. mg/kg 12 18 24 13 55 68 - Ni-sulf. mg/kg 144 106 56 340 455 222 <3 Pb, tot. mg/kg 22 <30 83 64 <30 <30 <30 Pb-sulf mg/kg 11 <10 56 42 <10 <10 <10 Sb, tot. mg/kg <100 <100 550 88 <100 <100 <100 Sb-sulf. mg/kg 44 38 511 82 17 26 0 V, tot. mg/kg 280 326 290 420 290 313 <30 V-oks. mg/kg 202 248 196 163 147 189 - V-silik. mg/kg 78 78 94 257 143 124 2 Zn, tot. mg/kg 104 144 120 183 75 101 <20 Zn-sulf mg/kg 74 111 77 145 47 56 6 As: 100 Cr: 300 Cu: 200 Ni: 150 Pb: 750 Sb: 50 V: 250 Zn: 400 Cd-sulf. mg/kg <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 Cd: 20 Co-sulf. mg/kg 32 40 37 35 51 41 <1 Co: 250
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 10 (b) Sulfidipitoiset kivet Sulfidiköyhät kivet AVS I Vulkan. I INV Liuskeet AVS II Vulkan. II wcht n=5 n=7 n=2 n=4 n=2 n=9 n=1 Na 2 O % 1,5 2,1 2,0 1,0 1,3 1,8 <0,067 MgO % 4,8 5,9 5,7 3,9 8,1 8,8 <0,033 Al 2 O 3 % 7,9 11,2 12,5 6,7 8,9 11,7 0,1 SiO 2 % 42,5 35,7 40,0 30,1 35,9 44,2 97,6 P 2 O 5 % 0,2 0,3 0,1 0,2 0,1 0,1 <0,014 K 2 O % 1,2 1,5 1,6 0,8 1,3 0,5 0,0 CaO % 8,1 11,4 10,5 5,2 13,0 9,3 0,6 TiO 2 % 0,9 1,7 1,1 0,9 1,5 1,3 <0,005 MnO % 0,2 0,2 0,2 0,1 0,2 0,2 0,0 Fe 2 O 3 % 15,3 12,7 11,9 25,1 10,3 12,5 0,7 Kuparipitoisuus (200 1 450 mg/kg) ylitti PIMA-asetuksen ylimmän ohjearvon sulfidipitoisissa AVS-kivissä ja liuskeissa (liite 2). Vastaavasti kuin nikkelin osalta kuparin liukoisuusriski liittyy rautasulfidien runsauteen ja hapettumisalttiuteen. Kupari esiintyy kuparikiisussa (chalcopyrite). Kuparikiisun hapettuminen on hitaampaa kuin rikki- ja arseenikiisun, ja useimmiten hapettuminen käynnistyy vasta rautasulfidien hapettuessa (Blowes et al. 2003). Antimoni esiintyy gudmundiitissa (FeSbS, gudmundite) ja ullmanniitissa (NiSbS). Antimonipitoisuudet (50 800 mg/kg) ylittivät PIMA-asetuksen ylemmän ohjearvon sulfidipitoisissa INV-kivissä ja liuskeissa (liite 2). Antimonisulfidien hapettuminen käynnistyy vasta rautasulfidien hapettuessa. Varsinaisia vanadiinimineraaleja ei tunnistettu näytteistä. Todennäköisesti vanadiini esiintyy rautaoksidien ja silikaattimineraalien (muskoviitin) kidehiloissa. PIMA-asetuksen ylemmän ohjearvon ylittäviä vanadiinipitoisuuksia (700 mg/kg) mitattiin mustaliuskeesta (BIF), joissa on runsaasti rautasulfideja (liite 2). Ylittäviä pitoisuuksia mitattiin myös muista sivukivistä, joissa vanadiini on oletettavasti sitoutunut oksidi- ja silikaattimineraaleihin. Oksidimineraalien rapautuminen on Suomen luonnonoloissa hidasta. Sen sijaan silikaateista vanadiini voi liueta hyvin happamissa oloissa. Kromipitoisuudet (300 1 850 mg/kg) ylittivät PIMA-asetuksen ylemmän ohjearvon sulfidiköyhissä ultramafisissa vulkaniiteissa ja AVS-kivissä (liite 2). Kromi on sitoutuneena oksidimineraaleihin ja silikaattimineraaleihin. Oksidimineraalien rapautuminen on Suomen luonnonoloissa hidasta. Sen sijaan silikaateista kromi voi liueta hyvin happamissa oloissa.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 11 3.3. Haponmuodostus- ja neutralointipotentiaalit Suurikuusikon kaivoksen ympäristölupapäätöksessä on esitetty happoa muodostavan sivukiven neutralointipotentiaalin (NP) ja haponmuodostuspotentiaalin (AP) suhteeksi raja-arvoa 3/1. Tutkituista näytteistä raja-arvon alittavat sulfidipitoiset liuskeet ja AVSkivet (taulukko 6). Näissä kivissä sulfidisen rikin kokonaispitoisuus vaihteli 3-40 %, ollen korkein mustaliuskeissa (BIF, liite 4). Taulukko 6. Sivukiviryhmien neutralointipotentiaali (NP), hapontuottopotentiaali (AP) sekä neutralointipotentiaalisuhde (NPR) ja nettoneutralointipotentiaali (NNP). NP (CO 3 -C) on laskettu karbonaattihiilen määrän perusteella ja NP-testin tulokset on saatu happo-emästitraukseen perustuvalla menetelmällä (Lawrence & Wang 1997). NAG-testi tehtiin viidelle kairasydännäytteelle. Tarkempi näytekohtainen erittely on nähtävissä liitteessä 4. Sulfidipitoiset kivet Sulfidiköyhät kivet Kivilaji AVS I Vulkan. I INV Liuskeet AVS II Vulkan. II wcht n=28* n=5 n=7 n=2 n=4 n=2 n=7* n=1 S % 6,23 2,32 2,43 16,18 0,32 0,12 0,02 CO 3-C % 3,40 4,03 3,31 1,92 4,97 1,49 0,17 AP 194,6 72,4 75,9 505,7 9,9 3,6 0,6 kg CaCO 3/t NP (CO 3-C) 283,4 335,9 275,4 160,2 413,8 124,4 14,3 kg CaCO 3/t NP (testi) 237,2 289,4 241,5 134,4 369,5 109,9 11,6 kg CaCO 3/t NPR (CO 3-C) 2/1 6/1 4/1 1/1 74/1 34/1 25/1 NNP (CO 3-C) 89 264 200-346 404 121 14 NPR-testi 2/1 5/1 3/1 1/1 65/1 29/ 20/1 NNP-testi 43 217 166-371 360 106 11 n=5 n=1 n=2 n=1 n=1 NAGpH 8,76 8,94 8,30 9,24 ph NAG (ph 4,5) 0 0 0 0 kg H 2SO 4/t NAG 0 0 0 0 kg H 2SO 4/t * Vulkaniitti II-ryhmästä on poistettu kaksi näytetulosta niiden poikkeavan suuren neutralontipotentiaalisuhteen johdosta. Suhde oli yli kolmekymmentäkertainen (liite 4) muiden ryhmään kuuluvien näytteiden keskiarvoon verrattuna.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 12 Kaivannaisjätedirektiivin liitedokumentin liitteessä 4 NP/AP-suhteen ollessa 2/1 4/1 kivet voivat olla potentiaalisesti happoa muodostavia, jos niiden sulfidit ovat huomattavasti reaktiivisempia kuin neutraloivat mineraalit (taulukko 2, Price et al. 1997). Sulfidipitoisten pyroklastisten vulkaniittien (INV) keskimääräinen NP/AP-suhde oli 4/1 ja sulfidipitoisten mafisten vulkaniittikivien 6/1 (kts. myös liite 4). Sulfidipitoisista mafisista vulkaniittinäytteistä (MML) kolmessa näytteissä suhdeluku oli välillä 2/1-4/1 ja neljässä näytteessä yli 4/1. Mainituista sivukiviryhmistä osassa neutraloiva karbonaattimineraali oli hitaasti rapautuva ankeriitti ja osassa reaktiivisempi kalsiitti. Mineralogian perusteella voidaan päätellä sulfidipitoisten INV- ja osan MML-kivistä kuuluvan potentiaalisesti happoa muodostavaan ja osan happoa muodostamattomaan sivukiviryhmään. Sulfidiköyhissä sivukiviryhmissä (AVS, MML, UMV, MPL, wcht) neutralointipotentiaalisuhde on yli 3/1. Suhdeluku vaihteli välillä 5/1-141/1 (max 1330/1, liite 4), mikä viittaa kivien suureen neutralointikykyyn. Karbonaattisen hiilipitoisuuden perusteella laskettu NP/AP-suhdeluku (NPR CO 3 -C%) oli osassa näytteissä suurempi kuin NP-testin perusteella laskettava NP/AP-suhde (NPR-testi, liite 4). Ero johtuu todennäköisesti ankeriitin hitaasta liukenemisesta NP-testissä, kun taas karbonaattisen hiilen määrityksessä ankeriitti liukenee kokonaan. Ultramafisista ja mafisista kivistä laskettu CaCO 3 -määrä oli osassa näytteistä hieman suurempi kuin karbonaattisesta hiilestä laskettu CaCO 3. NP-testissä, mineraalien liukenemisreaktioissa on mukana myös Mg-valtaisten silikaattien puskurointikyky (kationivaihtoreaktiot). NAG-testin tulosten perusteella sulfidipitoiset sivukivet eivät olisi happoa muodostavia kiviä toisin kuin karbonaattisen hiilen määrän tai NP-testitulosten perusteella lasketun NP/AP-suhdeluvun mukaan (taulukko 6). NAG-testi tehtiin neljälle sulfidipitoiselle (AVS, MML, INV) ja yhdelle sulfidiköyhälle (AVS) sivukivinäytteelle. GTK:n keväällä 2006 Suurikuusikon sivukivinäytteistä tehdyissä tutkimuksissa havaittiin, että NAG-testeissä ei käynnisty vastaavanlaista sulfidihapettumista kuin luonnon sivukiven läjitysoloissa. Todennäköisesti vetyperoksidikäsittelyssä liukenee rikkiä ja metalleja vain jauhatuksessa rikkoutuneilta kidepinnoilta. Tähän viittaa myös NAG-testin ph-tulokset (ph>8, taulukko 6). 3.4. Liukoisuustesti Yksivaiheisen ravistelutestin (liukoisuustesti SFS-EN 12457-1) tulokset ovat esitetty liitteessä 5. Liukoisuustestissä liukeni merkittävissä määrin Ca, Mg, K, Na, S (josta pieni osa sulfaattista rikkiä, SO 4 ), Cl ja F. Mainitut alkuaineet ovat todennäköisesti liuenneet silikaatti- ja karbonaattimineraalien rikkoutuneilta kidepinnoilta. Sulfaatti-, kloridi- ja fluoripitoisuudet alittavat pysyvälle (SO 4 : 1 000 mg/kg, Cl: 800 mg/kg, F: 10 mg/kg) ja tavanomaiselle (SO 4 : 20 000 mg/kg, Cl: 15 000 mg/kg, F: 150 mg/kg) jätteelle asetetut raja-arvot, jotka perustuvat kaksivaiheeseen ravistelutestiin (SFS-EN 12457-3, Vna 202/2006).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 13 Testissä liukeni merkittäviä määriä myös arseenia 0,25-10,1 mg/kg ja antimonia 0,13-8,5 mg/kg. Verrattuna niiden kokonaispitoisuuksiin (As: 3 300-23 000 mg/kg, Sb: 10-800 mg/kg) oletettavaa on, että metalloidit ovat liuenneet rikkoutuneilta arseeni- ja antimonisulfidien kidepinnoilta (gersdorffiitti ja gudmundiitti). Arseenin pitoisuudet ylittivät pysyvälle (0,5 mg/kg) ja tavanomaiselle (2 mg/kg) jätteelle asetetun raja-arvon kolmessa sivukivinäytteessä (AVS I, AVS II, INV). Kaikkien tutkittujen sivukivinäytteiden antimonipitoisuudet ylittivät pysyvän jätteen raja-arvon (0,06 mg/kg). Tavanomaisen jätteen raja-arvon (0,7 mg/kg) ylittyi samoissa kolmessa kivinäytteessä kuin arseenin kohdalla. Värimetallien pitoisuudet olivat hyvin pieniä tai alle testin alimpien määritysrajojen. Liukoisuustestitulosten perusteella ei saada luotettavaa kuvaa pitkällä aikavälillä liukenevien metalloidien ja metallien määristä (ARD-reaktio). Testin tulokset heijastavat lähinnä alkuaineiden irtoamista jauhatuksessa rikkoutuneiden mineraalikiteiden pinnoilta (Räisänen et al. 2003). GTK:n aiemmissa tutkimuksissa ilmeni, että ravistelutestin ensimmäisessä vaiheessa (L/S 2) alkuaineiden liukenevuus oli suurinta, eikä juurikaan kasvanut toisessa vaiheessa (L/S 8), jolloin maksimiliukoisuuspitoisuudet (L/S 10) olivat lähes yhtä suuret kuin ensimmäisestä vaiheesta (L/S 2) mitatut pitoisuudet. Tästä syystä yksivaiheisen ravistelutestin tulokset ovat verrattavissa jätteen kaatopaikkakelpoisuuden kaksivaiheisen ravistelutestin raja-arvoihin. 4. Sivukivien ympäristökelpoisuus Sivukivien mineralogisen ja kemiallisen koostumuksen perusteella ympäristökelpoisia sivukiviä ovat vaalea sertti (wcht), sulfidiköyhät mafiset vulkaniittikivet (MML, MPL, UMV) ja muuttuneet vulkaniitit ja sedimenttikivet (AVS). Ympäristökelpoisuuden perusteena on edellä mainittujen sivukiviryhmien heikko haponmuodostuspotentiaali ja pieni haitta-aineiden liukoisuusriski. Sulfidiköyhissä mafisissa vulkaniiteissa ja AVSkivissä arseeni-, nikkeli- ja kromipitoisuudet ylittivät PIMA-asetuksen ylemmät ohjearvot. Voidaan kuitenkin olettaa, että kivien rapautuminen ja em. haitallisten metallien liukoisuusriski on pieni kivien alhaisen rautasulfidipitoisuuden ( 0,5 %) vuoksi. Vaaleaa serttikiveä voidaan käyttää murskeena maarakentamisessa kaivosalueella ja kaivosalueen ulkopuolella, mikäli se teknillisiltä ominaisuuksiltaan täyttää käyttötarkoitukselle asetetut tekniset vaatimukset. Sulfidiköyhiä mafisia vulkanitteja ja AVS-kiviä voidaan käyttää maarakentamisessa kaivosalueella, mikäli ne täyttävät käyttötarkoituksen tekniset vaatimukset. Edellä mainitut sivukivet voivat soveltua käytettäväksi kaivosalueen ulkopuolella täyttö- tai rakennusmateriaalina niissä kohteissa, joihin ne teknisiltä ominaisuuksilta soveltuvat, esimerkiksi kaatopaikkojen maarakentamisessa (lievästi pilaantunut maa-aines). Sulfidiköyhistä hyvän neutralointipotentiaalin omaavia kiviä ovat mafiset ja ultramafiset kivet sekä AVS-kivet, jotka soveltuvat sivukivien läjityksessä happoa muodostavien sivukivien neutralointiin.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 14 Sulfidipitoiset liuskeet (ARG, bcht, BIF), muuttuneet vulkaniitit ja sedimenttikivet (AVS) ja mafiset vulkaniitit (MML) ja pyroklastiset vulkaniitit (INV) eivät ole ympäristökelpoisia kiviä käytettäväksi maarakennuskohteisiin rauta- ja arseenisulfidien ja/tai haittametallipitoisuuden tai rapautumisherkkyyden (S > 1 %) vuoksi. Liuskekivet ja AVS-kivet ovat happoa muodostavia kiviä. Heikon neutralointipotentiaalin ja PIMAasetuksen ylemmät ohjearvot ylittävien haitta-ainepitoisuuksien vuoksi liuskekiviin liittyy pitkällä aikavälillä arseenin, kuparin, nikkelin ja antimonin liukoisuusriski ja AVS-kiviin arseenin ja kuparin liukoisuusriski. Mineralogisen koostumuksen perusteella osa INVkivistä ja osa MML-kivistä on potentiaalisesti happoa muodostavia, koska niiden neutraloiva karbonaattimineraali on hitaasti liukeneva ankeriitti. Tästä syystä niihin myös liittyy pitkällä aikavälillä arseenin ja nikkelin liukoisuusriski. Kivien arseeni- ja nikkelipitoisuudet ylittivät PIMA-asetuksen ylemmät ohjearvot. Kalsiitti- ja dolomiittipitoiset INV- ja MML-kivet ovat happoa muodostamattomia ja niihin ei liity haitta-aineiden liukoisuusriskiä. Hyvän neutralointikyvyn seurauksena sulfidien hapettumisreaktiossa liukenevien metallit ja metalloidit potentiaalisesti saostuvat osittain suoraan läjitykseen, jolloin suotovesien haitta-ainepitoisuudet jäävät pienemmiksi kuin happoa tuottavien kivien suotovesien (Räisänen 2004). ssa 26.7.2007 Anna Tornivaara Tutkimusassistentti Marja Liisa Räisänen Tutkimusprofessori, FT
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 15 Lähteet ARD Test Handbook, project P387A Prediction & Kinetic Control of Acid Mine Drainage 2002. Amira International Ltd. Blowes D.W., Ptacek, C. J. & Jurjovec, J. 2003. Mill tailings: hydrology and geochemistry. In: Jambor, J.L., Blowes, D.W. & Ritchie, A.I.M. Environmental aspects of mine wastes. Mineralogical Association of Canada, Short Course Series volume 31, Vancouver, British Columbia, 95-116. Doležal, J., Povondra, P. & Sulcek, Z. 1968. Decomposition techniques in inorganic analysis. London: Iliffe Books Ltd, 224 p. EC 2004. Reference Document on Best Available Techniques for Management of tailings and Waste Rock in Mining Activities. July 2004. European Comission, Directorate- General JRC Joint Research Center, Institute for Prospective Technological Studies, Technologies for Sustainable Development, European IPPC Bureau. 511 p. Jambor, J.L. 2003. Mine waste mineralogy and mineralogical perspectives of acid-base counting. In: Jambor, J.L., Blowes, D.W. & Ritchie, A.I.M. Environmental aspects of mine wastes. Mineralogical Association of Canada, Short Course Series vol. 31, 117-146. Vancouver. Lawrence & Wang 1997. Determination of neutralization potential in the prediction of acid rock drainage. In: Fourth International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, B.C. Canada, May 31 June 6, 1997. Proceedings, Volume 1. ICARD. 449-464. Miller, S., Robertson, A. & Donohue, T. 1997. Advances in Acid Drainage Prediction Using the Net Acid Generation (NAG) Test. In: Proceedings of the Fourth International Conference on Acid Rock Drainage, Vancouver, B.C., Canada, vol II, 535-547. Price, W., Morin, K. & Hutt, N. 1997. Guidelines for the prediction of acid rock drainage and metal leaching for mines in British Columbia: Part II. Recommended procedures for static and kinetic tests. In: Fourth International Conference on Acid Rock Drainage. Vancouver, B.C. Canada, May 31 June 6, 1997. Proceedings, volume 1, pp. 15-30. Räisänen, M.L. 2004. Luikonlahden vanhan kuparikaivoksen ympäristön nykytila ja suositukset sivukiven läjitysalueiden kunnostukseen, Mondo Minerals Oy. GTK:n julkaisematon raportti. Räisänen, M.L. 2006. Suurikuusikon käyttökivilouhoksen vulkaanisten sivukivien ympäristökelpoisuus, Agnico-Eagle Finland Kittilä Mine. GTK:n julkaisematon raportti.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS 16 Räisänen M. L., Nikkarinen, M., Lehto, O. & Aatos, S. 2003. Liukoisuustesteistä riskienhallintaan kaivosympäristössä. Vesitalous 1, 39-43. Räisänen, M.L., Tenhola, M., & Mäkinen, J. 1992. Effects of mineralogy and physical properties on till geochemistry in central Finland. Bull. Geol. Soc. Finland 64 (1), 35-58. Valtioneuvoston asetus 214/2007, maaperän pilaantuneisuuden ja puhdistustarpeen arvioinnista, 1.3.2007. Valtioneuvoston asetus 202/2006, kaatopaikoista annetun valtioneuvoksen päätöksen muuttamisesta, Helsingissä 23.3.2006. Valtioneuvoston asetus 591/2006, eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa, Helsingissä 28.6.2006. Liitteet Liite 1. Sivukivinäytteiden mineraloginen koostumus Liite 2. Sivukivinäytteiden metalli- ja metalloidipitoisuudet ja PIMA-asetuksen ylemmät ohjearvot Liite 3. Sivukivinäytekohtaiset pääalkuaineiden oksidiosuudet Liite 4. Sivukivinäytteiden haponmuodostus- (AP) ja neutralointipotentiaalit (NP) ja NP/AP-suhteet Liite 5. Sivukivinäytteiden kaikki alkuperäiset laboratorioanalyysitulokset
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Liite 1 Sivukivien näytekohtainen mineraalijakauma prosentteina. Taulukossa mukana mineraalit, joiden prosenttiosuus on yli viisi (> 5 %) vähintään yhden sivukivinäytteen kohdalla. Kivi ID Plg Kv Mskv Klor Epid Amfb Aug Kals Dolo Anke Side Rik.k Mgn.k Ars.k AVS I AVS 690423 9,1 20,4 31,6 0,1 0,3 14,3 5,4 10,5 5,4 AVS 690432 35,1 2,2 8,3 1,7 1,1 0,1 1,7 27,0 18,0 0,4 AVS 690436 11,7 18,1 15,0 7,8 0,7 28,8 9,4 3,7 AVS 690439 0,1 17,5 25,6 3,3 0,5 32,1 10,6 7,0 0,5 AVS 690440 32,4 14,9 2,7 11,5 2,0 0,7 1,2 19,9 8,7 AVS II AVS 690441 8,8 10,1 41,9 0,1 16,9 19,0 0,2 AVS 690447 9,2 27,2 25,8 9,2 5,7 20,1 0,5 Liuskeet ARG 690450 28,1 27,3 1,9 21,5 1,9 0,8 12,4 bcht 690424 1,4 39,7 0,1 21,2 10,2 9,2 14,5 BIF 690430 2,8 0,4 0,2 0,9 91,1 BIF 690448 0,1 21,3 0,3 1,7 0,1 6,4 52,4 INV INV 690422 11,6 20,4 41,4 2,4 3,3 10,7 4,2 4,8 INV 690443 25,1 14,3 10,6 14,5 0,1 14,8 2,6 16,2 Vulkaniitit I MML 690421 44,6 9,2 0,3 27,4 0,2 9,7 3,7 MML 690426 17,0 9,2 22,9 2,0 0,6 2,6 3,9 35,9 0,1 4,8 0,0 0,1 MML 690427 18,1 28,3 10,0 31,0 0,1 0,1 10,4 1,4 MML 690429 0,2 3,6 6,0 27,4 0,4 35,8 0,2 0,2 16,5 0,5 MML 690445 46,8 0,5 9,2 0,1 0,8 0,2 3,8 32,5 2,1 1,4 MML 690446 36,5 4,7 30,2 0,5 25,0 1,2 0,7 MML 690449 0,3 37,1 9,8 0,1 5,2 41,6 1,9 1,8 Vulkaniitit II MPL 690425 14,1 11,9 10,4 25,0 4,8 21,50 2,20 6,1 MML 690428 17,5 18,6 20,0 0,6 0,1 0,1 0,6 16,8 24,7 MPL 690433 15,7 1,5 29,9 26,7 15,0 4,9 1,8 0,6 UMV 690434 24,6 23,2 31,7 17,8 UMV 690435 30,6 20,1 48,0 0,7 MPL 690437 22,3 3,7 26,4 19,3 5,7 10,6 6,0 0,1 0,1 0,6 MPL 690438 10,8 6,9 0,2 28,7 23,7 18,3 3,9 0,1 0,2 MML 690442 0,5 24,9 11,4 36,2 3,7 2,4 19,4 MML 690444 22,6 8,4 0,1 16,8 10,9 22,6 13,5 1,7 0,7 wcht 690431 99,6 0,2 0,2 Sivukivinäytekohtaiset alkuainepitoisuudet (mg/kg kuiva-ainetta) keskeisten metalloidien ja metallien osalta. Asetuksen raja-arvot ovat taulukon alalaidassa. Taulukkoon on korostettu asetuksen ylemmän ohjearvon ylittävät tulokset. Analyysit on tehty XRF-menetelmällä sekä kuningasvesiuutolla (aqua regia, AR).
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Liite 2 V V Cr Cr Ni Ni Cu Cu Zn Zn As As Sb Sb Kivilaji Näyte 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 tunnus XRF AR XRF AR XRF AR XRF AR XRF AR XRF AR XRF AR AVS 690423 250 22 310 25 170 151 80 82 30 13 7680 7050 <100 39 AVS 690432 390 103 140 26 190 186 490 455 230 186 170 156 <100 63 AVS 690436 330 118 110 49 100 98 140 134 90 56 90 76 <100 9 AVS 690439 120 23 270 40 210 194 120 105 90 58 2440 2210 <100 102 AVS 690440 310 125 140 55 110 93 310 296 80 59 <30 <10 <100 7 AVS 690441* 260 38 1 000 143 640 572 80 82 50 27 950 877 <100 31 AVS 690447 320 248 410 320 380 338 120 112 100 68 40 36 <100 2 ARG 690450 370 229 160 109 120 105 240 217 400 328 <30 22 <100 7 bcht 690424 230 19 360 20 260 236 40 32 90 60 15900 14300 <100 67 BIF 690430 210 76 50 6 390 416 540 533 130 109 730 730 200 195 BIF 690448 870 702 230 160 640 603 1520 1450 110 85 560 515 <100 60 INV 690422 300 37 200 33 70 62 90 77 140 93 13500 12100 200 208 INV 690443 280 150 80 38 90 50 100 75 100 60 22700 19500 900 814 MML 690421* 390 27 <30 <1 40 29 50 46 70 46 7290 6405 <100 8 MML 690426 320 27 500 43 300 262 60 58 60 32 2880 2700 <100 36 MML 690427 300 114 130 64 90 77 100 98 130 99 <30 21 <100 4 MML 690429 370 118 <30 <1 30 22 60 61 200 158 1400 1210 <100 8 MML 690445 340 117 120 37 70 55 80 73 70 46 3280 2870 <100 25 MML 690446 260 113 450 207 250 223 80 84 450 385 80 68 100 114 MML 690449 300 27 120 11 90 72 60 51 30 13 23000 20200 <100 69 MPL 690425 280 146 70 33 60 42 100 96 100 53 40 38 100 109 MML 690428 240 25 120 9 60 35 40 38 30 10 70 61 <100 5 MPL 690433 410 122 170 76 90 65 140 133 120 61 <30 <10 <100 1 UMV 690434 150 116 2320 1850 1190 904 130 125 80 32 60 45 <100 4 UMV 690435 250 189 1050 884 740 605 50 51 120 87 100 77 <100 31 MPL 690437 410 110 120 35 90 57 150 134 120 66 <30 <10 <100 10 MPL 690438 430 104 120 48 90 54 120 113 110 44 <30 <10 <100 75 MML 690442 360 206 340 244 210 181 110 110 130 101 <30 <10 <100 1 MML 690444 290 94 160 61 80 51 130 109 100 52 <30 17 <100 2 wcht 690431 <30 2 <30 3 <20 <3 <20 4 <20 6 <30 <10 <100 0 PIMA Ylempi ohjearvo 250 300 150 200 400 100 50 * = Happoliukoiset pitoisuudet ovat varsinaisen ja rinnakkaisnäytteen keskiarvopitoisuuksia.
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Liite 3 Sivukivien näytekohtaiset XRF-analyysin pääalkuaineoksidipitoisuudet (kuivapaino-%). Rock Sample Na 2O MgO Al 2O 3 SiO 2 P 2O 5 K 2O CaO TiO 2 MnO Fe 2O 3 Type ID % % % % % % % % % % AVS 690423 0,9 6,4 8,9 39,1 0,1 2,1 11,2 1,2 0,2 10,6 AVS 690432 0,7 2,7 6,9 35,4 0,2 1,4 6,0 0,6 0,3 24,9 AVS 690436 3,0 4,4 10,3 49,5 0,2 0,9 5,7 1,2 0,2 12,5 AVS 690439 <0,067 5,1 2,9 45,7 0,5 0,8 10,5 0,4 0,4 13,5 AVS 690440 2,7 5,3 10,5 42,7 0,2 0,9 7,2 1,2 0,1 15,0 AVS 690441 <0,067 8,7 7,9 32,8 0,1 2,1 14,8 1,3 0,3 8,7 AVS 690447 2,6 7,5 9,9 39,0 0,2 0,5 11,2 1,7 0,2 11,8 ARG 690450 2,6 6,2 12,1 49,3 0,1 0,8 3,6 1,4 0,1 16,8 bcht 690424 1,2 6,3 8,9 29,3 0,1 2,0 12,4 1,5 0,3 14,4 BIF 690430 <0,067 0,2 0,8 11,0 <0,014 0,2 1,8 0,1 0,0 45,7 BIF 690448 <0,067 2,9 4,9 30,8 0,3 0,3 2,9 0,5 0,1 23,6 INV 690422 2,0 5,8 11,4 34,1 0,1 1,9 12,2 1,3 0,3 11,5 INV 690443 2,1 5,5 13,6 45,9 0,1 1,2 8,8 0,9 0,2 12,2 MML 690421 4,7 4,7 11,9 33,7 0,6 1,4 8,9 3,2 0,2 14,7 MML 690426 1,6 6,2 11,8 35,1 0,1 2,6 10,7 1,3 0,3 11,7 MML 690427 2,5 6,0 12,0 46,6 0,1 1,2 7,2 0,7 0,2 11,5 MML 690429 0,7 5,5 10,1 30,1 0,8 0,9 16,6 2,9 0,2 13,7 MML 690445 3,7 5,9 12,5 38,0 0,2 1,3 9,6 1,3 0,2 11,6 MML 690446 0,1 7,2 9,9 36,1 0,1 1,1 14,3 1,3 0,2 11,5 MML 690449 1,5 5,6 10,5 30,4 0,1 2,3 12,3 1,4 0,3 14,3 MPL 690425 2,4 6,6 13,7 51,4 0,1 0,9 7,2 0,9 0,2 11,9 MML 690428 2,9 4,8 11,3 43,9 0,0 2,0 9,1 0,6 0,3 9,5 MPL 690433 2,1 6,6 14,3 45,0 0,1 0,0 11,6 1,9 0,2 13,7 UMV 690434 <0,067 15,4 3,6 41,0 0,0 0,0 10,1 0,6 0,2 9,8 UMV 690435 <0,067 15,2 9,2 34,0 0,1 0,0 8,6 1,5 0,2 13,4 MPL 690437 2,4 6,2 13,5 47,2 0,1 0,4 10,1 1,9 0,2 14,2 MPL 690438 1,7 6,5 13,6 44,4 0,1 0,3 11,7 2,0 0,4 14,4 MML 690442 1,4 10,1 12,4 40,7 0,1 0,7 6,5 1,9 0,2 13,5 MML 690444 3,1 7,4 13,6 50,3 0,1 0,2 9,1 0,7 0,2 12,0 wcht 690431 <0,067 <0,033 0,1 97,6 <0,014 0,0 0,6 <0,005 0,0 0,7
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Liite 4 Sivukivinäytteiden neutralointi- (NP) ja haponmuodostuspotentiaali (AP) sekä niistä laskettu neutralointipotentiaalisuhde (NPR). NPR (CO 3 -C %) on määritelty perustuen karbonaattihiilen määrään ja NPR-testi on määritetty happo-emästitrausmenetelmällä. Taulukossa on korostettu suhdeluvun 3/1 alle jäävät NPR-arvot. Kivi- Näyte S Karb. C Ei karb. C AP NP (CO 3-C) NP-testi NPR NPR laji ID % % % kgcaco 3/t kgcaco 3/t kgcaco 3/t (CO 3 C %) (-testi) AVS I AVS 690423 3,81 4,63 1,07 119,1 385,9 343,0 3,2 2,9 AVS 690432 13,90 2,36 3,05 434,4 196,7 157,0 0,5 0,4 AVS 690436 2,87 2,67 1,01 89,7 222,5 169,0 2,5 1,9 AVS 690439 6,06 4,48 1,05 189,4 373,4 313,0 2,0 1,7 AVS 690440 4,50 2,86 1,03 140,6 238,4 204,0 1,7 1,5 AVS II AVS 690441 0,13 6,24 0,62 4,1 520,0 452,0 128,0 111,3 AVS 690447 0,50 3,69 0,67 15,7 307,5 287,0 19,6 18,3 Liuskeet ARG 690450 4,55 0,62 1,89 142,2 51,7 52,2 0,4 0,4 bcht 690424 6,78 5,12 0,91 211,9 426,7 380,0 2,0 1,8 BIF 690430 40,20 0,25 4,69 1256,3 20,8 34,3 0,0 0,0 BIF 690448 13,20 1,70 18,50 412,5 141,7 70,9 0,3 0,2 INV INV 690422 2,53 4,81 0,31 79,1 400,9 336,0 5,1 4,2 INV 690443 2,33 1,80 0,16 72,8 150,0 147,0 2,1 2,0 Vulkaniitit I MML 690421 3,12 4,43 0,20 97,5 369,2 187,5 3,8 1,9 MML 690426 2,18 4,57 0,44 68,1 380,9 330,0 5,6 4,8 MML 690427 0,85 2,99 0,42 26,7 249,2 206,0 9,3 7,7 MML 690429 3,27 3,46 0,87 102,2 288,4 294,0 2,8 2,9 MML 690445 1,09 3,96 0,27 34,1 330,0 276,0 9,7 8,1 MML 690446 1,01 3,72 0,38 31,6 310,0 297,0 9,8 9,4 MML 690449 4,69 5,08 0,55 146,6 423,4 435,0 2,9 3,0 Vulkaniitit II MML 690428 0,08 4,46 0,27 2,6 371,7 268,0 140,8 101,5 UMV 690434 0,23 4,37 0,09 7,3 364,2 336,0 50,0 46,1 MML 690444 0,07 0,14 0,15 2,0 11,9 19,1 5,8 9,4 MPL 690425 0,09 0,60 0,10 2,8 49,9 52,7 17,6 18,5 MPL 690433 0,13 0,38 0,06 3,9 31,8 40,8 8,1 10,4 MPL 690437 0,09 0,30 0,07 3,0 24,9 31,1 8,4 10,5 MPL 690438 0,11 0,20 0,15 3,5 16,6 21,7 4,8 6,3 MML 690442 0,01 2,50 0,34 0,2 208,4 189,0 1333,4 1209,6 UMV 690435 0,01 3,59 0,06 0,3 299,2 279,0 947,9 884,0 wcht 690431 0,02 0,17 0,40 0,6 14,3 11,6 25,2 20,4
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Liite 5 HUOM! Ainoastaan liukoisuustestin tulokset mukana, muut tulokset liitetään paperiversioon. Liite 5. Suurikuusikon sivukivinäytteiden kemialliset ja mineralogiset analyysitulokset Liite sisältää tulokset seuraavista laboratorioanalyyseistä: A. SEM-MLA-menetelmä B. Monialkuainemääritys XRF-menetelmä (GTK + 175X) Kuningasvesiuutto (GTK 511) Monialkuainemääritys ICP-OES-tekniikalla (GTK + 511P) Alkuainemääritys GFAAS-tekniikalla (GTK + 511U) S:n määritys rikkianalysaattorilla (GTK + 810L) C:n määritys hiilianalysaattorilla (GTK + 811L) C karb ja C ei karb määritys hiilianalysaattorilla (GTK 816L) Neutralisaatiopotentiaalin (NP) määritys (GTK 827T) C. NAG-testi (GTK 826T1) D. Liukoisuustesti SFS-EN 12457-1 (GTK 229)
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLABORATORIO FINAS-akkreditoitu testauslaboratorio T 025 SELVITYS AGNICO EAGLE FINLANDIN SUURIKUUSIKON KAIVOKSEN KAIRANÄYTTEIDEN LIUKOISUUDESTA, LIUKOISUUSTESTI SFS-EN 12457-1
GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Geopalvelut Susanna Arvilommi AGNICO-EAGLE FINLAND, SELVITYS SUURIKUUSIKON KAIVOKSEN KAIRANÄYTTEIDEN LIUKOISUUDESTA. Tilaaja: Näyte: GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Marja-Liisa Räisänen ja Anna Tornivaara PL 1237 70211 KUOPIO Kairanäyte GTK:n analyysitilausnumero: 88357 Tekijän yhteystiedot: Geologian tutkimuskeskus Geopalvelut Susanna Arvilommi PL 1237 70211 puh. 020 550 3697 fax. 020 550 3660 sähköposti: susanna.arvilommi@gtk.fi 2006