METALLITASE, KOKONAISLIUOTUSSAANTI JA KANNATTAVUUS Document name: METALLITASE, Version: 1 KOKONAISLIUOTUSSAANTI JA KANNATTAVUUS Creation time: Virhe. Tuntematon asiakirjan ominaisuuden nimi. Date: Virhe. Tuntematon asiakirjan ominaisuuden nimi. Classification: Virhe. Tuntematon asiakirjan ominaisuuden nimi. Rev. Comments Prepared Checked Approved 2 1 P. Pekkala Prepared by: Virhe. Tuntematon asiakirjan ominaisuuden nimi. Copyright 2015 by Talvivaara Mining Company Plc All rights reserved. No part of this document may be reproduced, translated, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without prior written permission of the owner. Note: If this copy is no longer in use, return to sender.
1 JOHDANTO Tässä asiakirjassa on esitetty Talvivaaran kaivoksen metallitaseisiin liittyviä tekijöitä keskeisimpien metallien osalta. Lisäksi on esitetty metallien kokonaissaannin merkitystä toiminnalle sekä toiminnan kannattavuuteen vaikuttavat keskeisimmät tekijät. 2 METALLITASEISTA Nikkeli Nikkeli on malmissa sekä puhtaana pentlandiittimineraalina sekä pyrrotiittimineraalin sisällä epäpuhtautena. Metallitehtaalle syötetystä nikkelistä saostetaan metallien talteenottolaitoksella noin 90 95 %. Rikkivetypäästöjen hallitsemiseksi nikkelisaostuksen ylitteeseen jää nikkeliä 10 70 mg/l. Jäännösnikkelin määrä riippuu esimerkiksi liuosten lämpötilasta ja saostuksen ph-tasosta. Lisäksi saostuksen jälkeisen neste/kiintoaine-erotuksen sakeuttimen ylitteessä nikkeliä kulkeutuu liukoisen nikkelin lisäksi kiintoainemuodossa sekä raffinaattiin, että raudan saostukseen. Raffinaatin mukana menevä nikkeli palaa liuotukseen. Raudan saostukseen jatkava kiintoaineena oleva nikkeli kulkeutuu raudan saostuksen alitteen mukana kipsisakka-altaalle. Liukoisessa muodossa olevasta nikkelistä liuotukseen palaa noin 2/3 ja loput 1/3 kulkeutuu loppuneutraloinnin alitteen mukana kipsisakkaaltaalle. Kipsisakka-altaalle sijoitettujen sakkojen metallipitoisuuksia seurataan velvoitetarkkailun piirissä. Koboltti Koboltti on malmissa pyriitin (rikkikiisu) sisällä epäpuhtautena. Pyriitti liukenee myöhemmässä vaiheessa liuotussykliä, jolloin koboltin liuotussaanti on nikkelin saantia matalampi. Liuotettu koboltti kulkeutuu nikkelin kanssa samoihin paikkoihin prosessissa.
Sinkki Sinkki on malmissa omana mineraalina, sfaleriittina (sinkkivälke). Pieni osa sinkistä saostuu kuparinpoistovaiheessa ja sitä kautta joko esineutralointisakan mukana sivukiven sekaan tai myytävään kuparituotteeseen. Sinkin saostuksen jälkeen sakeuttimen ylitteessä kulkeutuu sinkkiä esineutralointisakkaan ja liukoisessa muodossa oleva jäännössinkki saostuu myös pääosin esineutraloinnissa. Liuokseen jää esineutraloinnin jälkeen vielä 10 50 mg/l sinkkiä, joka saostuu nikkelituotteeseen. Sinkkisuodattimilta kulkeutuu pesuvesien mukana sinkkiä raffinaattiin. Kupari Kupari on malmissa kalkopyriittinä joka liukenee viimeisenä arvometalleista vaatien korkeimman hapetustehon (Redox-potentiaali). Liuennutta kuparia saostuu myös tuoreemmilla liuotuskasoilla johtuen matalammasta Redox-potentiaalista. Kupari saostuu täysin metallien talteenottolaitoksen ensimmäisessä prosessivaiheessa ja kulkeutuu joko esineutralointisakan mukana sivukiven sekaan tai myytävään kuparituotteeseen riippuen tehtaan syötön kuparimäärästä. Uraani Uraani on malmissa omana helppoliukoisena mineraalinaan. Kiertoliuoksen uraanipitoisuus on ollut tasolla 10 25 mg/l. Osa uraanista kulkeutuu kipsisakkaaltaalle sekä huomattavasti alkuvaihetta pienempi määrä nykyisin nikkelituotteeseen. Kipsisakka-altaan metallipitoisuudet ovat velvoitetarkkailun piirissä. Rauta Rautaa on malmissa useammassa eri mineraalissa eli pääosin pyrrotiitissä ja pyriitissä, mutta myös sfaleriitissa, pentlandiitissa ja kalkopyriitissä. Koko liuotus perustuu raudan hapettumiseen liuoksessa kolmiarvoiseksi ja näin ollen rautaa liukenee huomattava määrä, mutta pääosa saostuu kasan sisälle jarosiittina ja muina rautasuoloina. Metallitehtaan syötössä olevasta raudasta pieni osa saostuu nikkelituotteeseen ja noin 30 60 % palaa raffinaatin mukana takaisin liuotukseen. Rautaa poistuu sekä raudan saostuksessa, että loppuneutraloinnissa kipsisakkaaltaille.
Alumiini Alumiini on malmissa erilaisissa silikaattimineraaleissa. Liuoksessa olevasta alumiinista noin 30 60 % palaa raffinaatin mukana takaisin liuotukseen ja liuotuksessa alumiinia saostuu myös kasan sisään. Alumiinia poistuu sekä raudan saostuksessa, että loppuneutraloinnissa kipsisakka-altaille. Mangaani Mangaani on malmissa omana mineraalina alabandiitti (MnS), joka liukenee liuotussyklin alussa. Mangaani poistuu liuoksesta loppuneutraloinnin kautta kipsisakka-altaille. Rikki Rikkiä on malmissa eri mineraaleissa ja rikkiä hapettuu mikrobitoiminnon avustamana. Lisäksi liuotuksessa käytetään rikkihappoa ph:n säätämiseksi sekä metallien talteenottolaitoksella alkuainerikkiä rikkivedyn valmistuksessa. Rikkiä saostuu liuotuskasoille esimerkiksi erilaisina jarosiitteina (kalium, natrium, hydronium), swertsmanniittina ja alumiinihydrosulfaatteina. Rikkiä poistuu prosessista jätejakeissa (esineutralointisakka ja kipsisakka-altaille menevät kiintoaine) sekä tuotteissa. Kalsium- ja natriumsulfaatit ovat liukoisia suoloja, joiden mukana rikkiä on kulkeutunut ylimääräisiin varastoituneisiin vesiin metallitehtaan RO-laitoksen hylkyvesien sekä kipsisakka-altaalta puhdistukseen pumpattava veden kautta. Malmin louhinnan ollessa käynnissä arviolta 100 000 150 000 m 3 /kk vettä poistuu liuotuspiiristä malmin kostutuksen kautta. Myös haihtumisen kautta poistuvan veden määrä on suurempi kuin nykyisessä tilanteessa. Näin ollen louhinnan ollessa käynnissä voidaan varastoituneisiin vesiin kulkeutuvaa natriumsulfaattia vähentää johtamalla RO-laitoksen hylkyvettä liuotukseen.
Natrium Natriumia on jonkin verran silikaatttimineraaleissa, mutta prosessiliuoksissa liukoisessa muodossa oleva natrium on peräisin metallien talteenottolaitoksella käytettävästä lipeästä (NaOH). Lipeää käytetään ph:n säätöön ja hönkäkaasujen pesemiseen. Hönkäkaasupesureiden lauhdevedet/pesuliuokset hyödynnetään talteenottoprosessissa korvaamaan sekä rikkivedyn että tuorelipeän käyttöä. Suuri osa (noin 30 60 %) natriumista kulkeutuu raffinaatin mukana liuotukseen, jossa natrium saostuu jarosiittina tasapainopitoisuuteen, joka vaihtelee liuosten lämpötilan ja happamuuden mukaan. Natriumia ei kerry liuotuspiiriin vaan pitoisuudet pysyvät tasaisina jarosiitin saostuessa. Natriumia kulkeutuu myös metallitehtaan RO-laitoksen hylkyvesien sekä kipsisakkaaltaalta puhdistukseen pumpattava veden kautta myös varastoituneisiin vesiin. Kuvassa 1 on esitetty arvio natriumin saostumisesta liuotuskasoille vuonna 2014. Sulfaattia on poistunut noin 76 000 tonnia jarosiitin saostumisen kautta: 6 FeSO 4 + 3H 2 SO 4 + 3/2 O 2 3Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 + Na 2 SO 4 + 12 H 2 O 2 NaFe 3 (SO 4)2 (OH) 6 + 6 H 2 SO 4 Rikkihappoa on muodostunut 57 000 tonnia, kun huomioidaan raudan hapetuksessa kuluva happo korvaten tuoreen rikkihapon tarvetta. Natriumista valtaosa poistuu sekundäärillä, jonne myös metallitehtaan raffinaatin mukana natriumia eniten syötetään. Tästä voisi tehdä johtopäätöksen, että tuoreiden kasojen sekä purun vaikutus on noin kaksinkertainen vanhempiin, ns. kuolleisiin kasoihin verrattuna. Toki 2- ja 3-lohkoilla ja sekundäärin 1-lohkolla on ollut puhaltimetkin sammuksissa pääosan vuotta, jolloin raudan hapetusta ja sitä kautta jarosiitin saostusta ei tapahdu.
Malmin sisältämä kalium saostaa jarosiittia vielä tehokkaammin (arviointiin ei ole dataa saatavilla koko kasan elinaikana todennäköisesti kalium reagoi täysin jarosiitiksi). Joka tapauksessa hyvin toimivilla kasoilla (jatkuva malmin tuotanto päällä) saavutetaan etuja siten, että sulfaattia saostuu sekä muodostuu tehokkaammin happoa niin jarosiitin saostumisen kuin pyriitin hapetuksen kautta. Kuva 1. Natriumin saostuminen (tonnia) liuotuskasoilla vuonna 2014 (tammilokakuu). 3 KOKONAISLIUOTUSSAANTI Toiminnan aikana on primääriliuotuksen liuotussaanti jäänyt joillakin kasoilla huomattavasti alemmalle tasolle kuin alun perin on arvioitu. On havaittu myös, että sekundäärivaiheen liuotus on kokonaisliuotussaannin kannalta tärkeässä asemassa ja näin ollen toiminnan aikana on sekundääriliotukseen lisätty myös kasojen ilmastus ja vuonna 2013 ilmastusta tehostettiin entisestään. Kokonaisliuotussaanti sekundääriliotuksessa olevalla materiaalilla on tällä hetkellä keskimäärin noin 68 % (tavoite 85 %). Malmin siirto sekundääriliuotukseen aloitettiin 2011 ja purkukapasiteetissa on ollut ongelmia, joten sekundääriliuotuksessa materiaali ei ole ollut vielä keskimäärin suunniteltua aikaa.
Liuotussaannit on määritetty arvioimalla saantiprosentit liuosvirtaamien ja liuosten analyysitulosten perusteella. Käsiteltävät malmimäärät ovat sen verran suuria, että edustavan näytteenoton järjestäminen on vaikeaa. On huomattava, että suunniteltua matalampi liuotussaanti ei lisää ympäristön pilaantumisriskiä kaivoksen sulkemishetkellä, koska liuotuskasojen peittäminen ja maisemointi estää materiaalin liukenemisen. Jos malmi ei ilmastamalla ja hapon lisäyksellä liukene enempää niin peitettynä hapettomissa olosuhteissa liukeneminen ei kiihdy. Nyt saavutettu sekundääriliuotuksen liukenemisaste vastaa sivukiven nikkelipitoisuutta. Lopettamistilanteessa kasoista ulos suotautuva liuos kerätään talteen ja puhdistetaan. 4 TOIMINNAN KOKONAISKANNATTAVUUS Toiminnan kannattavuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat: Tuotantokapasiteetti, johon vaikuttavat: o Malmintuotannon kapasiteetti o Liuotuksen kokonaissaanti o Malmin purkukapasiteetti o Metallitehtaan toiminta ja käyttöaste Kustannukset, joihin vaikuttavat esimerkiksi: o Kemikaalien hinnat o Polttoaineiden hinnat o Energian hinta o Työvoimakustannukset o Kunnossapitokustannukset o Rahoituskustannukset o Investointikustannukset o Käyttöpääoman tarve Tuotteista saatavat tulot, joihin vaikuttavat: o Nikkelin ja sinkin maailmanmarkkinahinta o Tuotteiden toimitussopimusten ehdot o USD/EUR valuuttakurssi
Toiminnan kannattavuus muodostuu useista tekijöistä ja primääriliuotuksen nikkelisaanti ei yksistään määritä kannattavuusrajaa etenkin, kun liuotus on sekundäärikasoilla tehokkaampaa kuin alun perin arvioitiin.