Lietteiden muodostuminen vesienhallinnassa, niiden sijainti, määrä ja laatu sekä liukoisuudet 12.8.201 Talvivaara Sotkamo Oy Talvivaarantie 66 88120 Tuhkakylä Finland
201-08-12 2 / 10 1. JOHDANTO Talvivaara Sotkamo Oy:n kaivosalueella on ollut ja on varastoituneena vesiä, jotka ominaisuuksiensa (ph, metallipitoisuudet sekä sulfaatti) vuoksi eivät ole sellaisenaan luontoon johdettavissa. Ennen luontoon johtamista vesien neutraloinnissa ja saostamisessa käytetään kalkkia, jolloin niissä olevat metallit saostuvat. Samanaikaisesti saostuu osittain kipsi. Sakat laskeutuvat selkeytyksessä selkeytysaltaiden pohjalle tai ne on siirretty tai siirretään käsittelystä erillisiin patoaltaisiin. Muodostuvien sakkojen määrään ja laatuun vaikuttaa käsiteltävien vesien alkuperä ja eri metallien pitoisuudet, ph sekä kalkin käyttöaste. Tässä lietteiden käsittelyyn ja varastointiin keskittyvässä raportissa käydään läpi nykyisten laitosalueella olevien lietteiden määrä, sijainti sekä laatu ja niiden muodostumiseen vaikuttavat tekijät. Mukaan on lisäksi otettu yleiset kaatopaikkoja koskevat määräykset sakkojen varastoinnista ja käyty läpi alustavasti eri mahdollisuuksia vedenkäsittelyprosesseissa muodostuneiden lietteiden mahdolliseen stabilointiin tai loppusijoittamiseen. 2. SAKKOJEN MUODOSTUMINEN JA PERUSMÄÄRITTELY Jätteen varastoinnin ja loppusijoituksen suunnittelun pohjatietona on tähän kerätty Talvivaaran kaivosalueella muodostuvien sekä siellä olevien jätteiden perustiedot. Perustietoihin on sisällytetty mm. - jätteen lähde ja alkuperä sekä kuvaus prosessista, jossa jäte on syntynyt, - neutraloinnissa ja prosessissa käytetyt reagenssit, - esikäsittelyn tai jätteen laadun parantamismahdollisuudet, - lietteiden sijainti Talvivaaran alueella - jätteen koostumus sekä liukoisuus, - kaatopaikan luokka, jonka mukaiselle kaatopaikalle jäte voidaan hyväksyä varastoitavaksi tai jonka mukaisesti jätteen varastointi on järjestettävä - jätteen käyttäytyminen kaatopaikalla ja - jätteen kierrätys- tai muut hyödyntämismahdollisuudet 2.1. Jätteen alkuperä ja prosessikuvaus Sotkamon kaivoksella käytössä oleva bioliuotusprosessi on itsestään käynnistyvä prosessi, jossa sulfidipitoinen malmi saatetaan tekemisiin veden sekä illman kanssa, jolloin malmissa olevat metallisulfidit liukenevat veteen metalli-ioneiksi (esim. Fe +, Al +, Mn 2+, Ni 2+, Zn 2+, Co 2+, Cu 2+ ) ja sulfaatiksi. Metallien liukeneminen alueen vesiin ja vesien happamoituminen liukenemisen
201-08-12 / 10 seurauksena tekee vesien käsittelyn välttämättömäksi ennen niiden johtamista luontoon. Bioliuotuksen toiminnan tehostamiseksi käytetään lisäksi rikkihappoa ph:n alentamiseksi. Myös mikrobiologinen toiminta edesauttaa metallien liukenemista. Käsiteltäviä vesiä muodostuu varsinaisten prosessivesien lisäksi avolouhoksella, jossa sadevesi ja kalliovesi liuottavat malmista metalleja bioliutusprosessin tapaan, mutta metallipitoisuudet jäävät alhaisemmiksi, kun vesien kierrätystä ja ilmastusta ei vastaavasti ole kuin prosessialueella. Lisäksi kipsiallasvuotojen ja vesitaseen epätasapainon jälkeen käsiteltäviä vesiä on sekä eteläisen että pohjoisen jälkikäsittelyalueella ja avolouhoksessa. Hajapäästöt ovat aiheuttaneet ja aiheuttavat näiden ohella vesien käsittelytarvetta pohjoisen suuntaan Härkäpurossa ja Torrakkopurossa. Lietteiden muodostuminen neutralointiprosessissa on samanlainen riippumatta vesilaadusta. Vesilaatujen erot esim. metalli- ja sulfaattipitoisuuksien suhteen määrittelee muodostuvan lietteen määrän, metallisakkojen määrien suhteelliset erot sekä kipsin määrän. Käsiteltävien vesien laadut on ilmoitettu taulukossa 1. Liitteen 1 aluekartasta näkyvät happamien vesien varastointi- sekä muodostumispaikat. Neutralointiin käytetään kalkkimaitoa (Ca(OH) 2 ). Kipsisakka-altaan vuodon aikana ja myös sen jälkeen on neutralointiin käytetty kiinteää kalkkikiveä, kalkkikivilietettä, kuivasammutettua kalkkia sekä poltettua kalkkia. Näitä neutralointiaineita voi sakkojen joukossa olla myös reagoimattomassa muodossa. Geotuubeihen varastoitavan kiintoaineen erottamisessa käytetään polymeeriä, jotta kiintoainepitoisuutta tuubien sisällä saadaan nostettua. Taulukko 1. Käsiteltävien vesien laadut kaivosalueella Allas tai alue ph jk, ms/cm Ni, mg/l SO 4, g/l Na, g/l Fe, g/l Mn, g/l Kortelampi,9-4,2 8-18 6-20 8-22 0,5-1,5 0,4-1,5 0,5-1,4 Lumela,5-4,5-4 1,5-,8 -,2 0,2 0,01-0,02 0,1 Urkki,9-4, 8-20 5-20 8-20 0,4-1,4 0,-1,5 0,4-1,4 Avolouhos,6-4,2 4-18 24-62 4-17 0,2-1, 0,-, 0,2-1,8 Kipsialtaat,6 18 11-20 20 1,5-2 1,4-1,9 1,4-2 Haukilampi 4,-4,7 10-18 1,5-8 8-20 1,7-0,1-0,8 0,-1 SEM2,6-4,2 1-2 2-20 0,5 1,5 0-0,2 0,1-0, 0,1 Sakkojen muodostumisen pääreaktiot ovat: Raudalle : Fe Alumiinill e Mangaanille : Mn Metalleill e( Ni, Cu, Co, Zn, Cd, Cr) : Me Kipsille : Ca : Al 2 O SO H OH 4 4OH 2 4 Fe( OH) Al( OH) MnO s s s 2H O CaSO 2 2 2 4 2H 2OH H 2 2 O O Me( OH) 2 s
201-08-12 4 / 10 Esitetttyjen vesianalyysien ja reaktioyhtälöiden mukaan kaikkien alueilla olevien lietteiden koostumus on sekoitus siihen saostuneista aineista. Lisäksi prosessin tehokkuuden vaihtuessa lietteet voivat sisältää myös reagoimatonta kalkkia sekä kuivaustasosta riippuen niiden kosteus vaihtelee. Lietteitä siirrettäessä nykyisiltä alueilta lietteiden ja sakkojen varastointiin tarvittavalle erityiselle alueelle tulee niiden joukkoon konetyössä vaihteleva määrä maata, turvetta ja hiekkaa. 2.2. Lietteiden ja sakkojen sijainti alueella Vesien neutralointia ja käsittelyä on tehty Talvivaaran kaivosalueella vesitaseen ongelmien vuoksi seuraavilla alueilla: Eteläinen jälkikäsittely, Kortelammen alue(lumela, Urkki ja Kortelampi) Pohjoinen jälkikäsittely (Haukilampi ja Kärsälampi) Avolouhoksen käsittely (avolouhoksen eteläinen käsittelyalue ja Tammalampi) SEM2-käsittely sekundäärialueella Torvelansuon käsittely-yksikkö Torrakkopuro Härkälampi ja Härkäpuro Käsittelyn yhteydessä muodostuneet sakat on varastoitu joko lampiin tai erillisille sakoille varatuille alueille seuraavasti (Liite 2, kartta sakka-altaiden sijainnista): Eteläisellä jälkikäsittelyalueella sakkoja on sekä Lumelan että Urkin padolla. Lumelan padon alueen sakat ovat peräisin Kortelammen neutralointiyksiköistä. Urkin padolla sakat ovat osittain peräisin koko kaivoksen toiminnan ajalta, kun mm. loppuneutraloinnin (LONE) ylitettä on johdettu Urkin padon kautta luontoon. Lisäksi Urkin padolla tehtiin ensineutralointi kipsisakka-altaalta huhtikuussa vuotaneelle vedelle, jolloin metallit saostuivat. Pohjoisella jälkikäsittelyalueella sakkoja on sekä Haukilammessa että Kärsälammessa. Aluetta on käytetty koko kaivoksen toiminnan ajan ns. jälkikäsittelyalueena, kun LONE-ylite on johdettu luontoon sen kautta. Lisäksi alueelle johdettiin kipsialtaan vuotovesiä käsiteltäväksi marraskuun vuodon yhteydessä ja myös keväällä kipsialtaan pintojen säätämiseksi alueelle johdettiin neutraloitavaksi kipsialtaan vettä. Avolouhoksen käsittelyalueella sakkoja on sekä Tammalammen neutralointialtaassa että avolouhoksen eteläisessä jälkikäsittelyssä, jonne ne laskeutuvat käsittelyn aikana. Lisäksi avolouhoksen eteläisen jälkikäsittelyn selkeytysaltaan sakkoja kerätään talteen geotuubiyksikköön, joka on rakennettu muovipohjaisena jälkikäsittelyn viereiselle mäelle. SEM2-yksikössä käsitellään suojapumppausvesiä, jotka tulevat sekundäärikenttien vierestä. Vesi sisältää kipsialtaan ja avolouhoksen veteen verrattuna vähemmän metalleja ja käsittelyn aikana muodostuneet sakat ovat selkeytyneet ja laskeutuneet neutralointialtaiden pohjalle.
201-08-12 5 / 10 Torvelansuon käsittely-yksikössä käsiteltiin kevään aikana tehdasalueen kerättyjä sadevesiä sekä kipsialtaiden että primäärikentän suojapumppausvesiä. Käsittelyn aikana muodostuneet sakat laskeutettiin käsittelyaltaisiin. Altaat tyhjennetään sakoista imuruoppaajien avulla kipsialtaaseen kesän 201 aikana, jotta neutralointi- ja selkeytysaltaita voidaan käyttää keväisin sulamisvesien neutralointiin ja käsittelyyn. Torrakkopuron neutralointi- ja laskeutusyksikössä on käsitelty pohjoisen alueen hajapäästöjä ja sekundäärin rakentamisen aikana muodostuneita happamia vesiä. Härkälammen ja Härkäpuron selkeytysaltaissa on parannettu Kaivoslammen ja Syvälammen alueelta tulevien sulamis- sekä pintavesien laatua neutraloinnilla. 2.. Lietteiden määrä Lietteiden ja sakkojen määrä on arvioitu taulukkoon 2. Pinta-alat ja tilavuudet on arvioitu paikan päällä tehdyn kartoituksen sekä karttatietojen avulla. Taulukon nimet viittavat liitteen 2 kartan nimiin. Taulukko 2. Sakkamäärät eri selkeytysalueilla Alueen nimi Valuma-alueen koko pinta-ala, ha (m 2 ) Sakka-alueen osuus pintaalasta, % Sakkakerroksen paksuus, m Arvio sakkojen kokonaismäärästä, m *) Majava/Lumela 10 ha (1 00 000 m 2 ) 20 % (260 000 m 2 ) 150 000 m Urkki 10 ha (1 00 000 m 2 ) 15 % (195 000 m 2 ) 150 000 m Kortelampi Haukilampi 40 ha (400 000 m 2 ) 14,5 ha (145 000 m 2 ) - - 50 % 65 000 m Kärsälampi 8 ha (80 000 m 2 ) 50 % 25 000 m Avolouhoksen eteläinen jälkikäsittely Geotuubikenttä 200 000 m 1 geotuubia x 50 m x 24 m /m geotuubia =
201-08-12 6 / 10 7200 m SEM2 15 000 m Torvelansuo Siirretään sakat kipsialtaalle Torrakkopuro 10 000 m Härkälampi 25 000 m Yhteensä noin 765 000 m *) sakkojen ja lietteiden kokonaismääräarviot ovat meneillään ja luvut ovat suuntaa-antavia. 2.4. Lietteiden ja sakkojen laatu Neutraloinnissa muodostuneiden sakkojen laatua on tutkittu kesän aikana sekä Talvivaaran oman että ulkopuolisen laboratorion toimesta. Lisäksi Talvivaara teettää jatkuvasti seurantaa kipsisakka-altaalle johdettavista raudan ja alumiinin saostuksestä sekä loppuneutraloinnin alitteesta kaatopaikkakelpoisuusanalyysejä. Alitteet vastaavaat laadultaan eri neutralointialueilla olevia sakkoja. Tuloksia tänä kesänä mitattujen näytteiden analyyseistä on esitetty taulukossa kokonaispitoisuuksien ja taulukossa 4 liukoisuuksien osalta (alkuperäiset tulokset/liite -4). Kokonaispitoisuuksien osalta taulukon tulokset ovat Talvivaaran oman laboratorion mittaustuloksia. Liitteessä on taulukoitujen tulosten lisäksi esitetty sakkojen osalta happoneutralointikapasiteetti, metallipitoisuudet sekä öljyjakeet ja tulokset aromaattisten hiilivetyjen ja oksygenaattien osalta. Taulukko. Lietteiden kokonaispitoisuudet (metallit) Lietteet Näytepiste Al As Ca Cd Co Cr Cu Fe K Mg Mn Na Ni U Zn ICP-OES ICP-MS ICP-OES ICP-MS ICP-MS ICP-MS ICP-MS ICP-OES ICP-OES ICP-OES ICP-OES ICP-OES ICP-MS ICP-MS ICP-MS [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) [mg/kg] 1) Geotuubit 2900 0,84 161000,8 26 1,7,6 41100 41 7000 45000 2580 1100 18 2000 Maauimala 600 1,0 167000 5,7 29 1,6,9 5000 42 82200 50000 2120 100 20 2500 Haukilampi 46000 2, 80500 0,9 15 15 6,2 86900 150 2600 1000 1400 860 10 270 Torrakkopuro 10000 2,9 17000 9,8 9 26 45 15100 2600 12800 4400 400 520 6,8 1700 Härkälampi 21000 4,5 142000 16 70 6 120 27700 5100 81700 12000 2600 1100 10 800 Majava/Lumela 7400 1,4 151000 1,5 18 1,6 7,8 200 56 79800 48000 1980 60 25 500 Urkki 84000,6 114000 1,5 16 15 27 59000 70 17600 18000 2850 760 120 60 Kärsälampi 8800 1,1 8500 0,24 11 4,8,1 48900 10 151000 5000 15400 500 8 100 1) Kuiva-aineessa 2) Sentrifugoidun lietteen kuiva-aine, ennen näytteen kuivaamista analyysia varten Liukoisuustulokset määrittelevät sakkojen loppusijoittamiseen tarvittavan kaatopaikan rakenteen ja ovat pohjana sakkojen kaatopaikkaluokitukselle. Taulukoissa 4 ja 5 on mittaustulosten lisäksi esitetty liukoisuusrajat tavanomaiselle jätteelle ja ongelmajätteelle.
Taulukko 4. Liukoisuus L/S=10 vesi-kiintoainesuhteella 201-08-12 7 / 10 Mitattava suure Majava/Lumela Urkki Kärsälampi Haukilampi Avolouhkosen eteläinen Geotuubi Torrakkopuro Härkälampi Tavanomainen jäte Ongelmajäte Yksikkö ph, alku 9,8 7,1 10,5 7,2 11, 10,2 12,7 12,8 ph, loppu 9,7 6,8 10,8 7,2 11,5 10,2 12,6 12,6 T Sähkönjohtavuus a u 520 760 820 1400 80 0 600 800 ms/m l 49 62 170 85 14 25 00 400 800 1000 mg DOC, liukoinen u DOC/kg orgaaninen hiili k k.a. k Kloridi, o 15 000 25 000 mg Cl/kg Cl 55 96 87 140 64 67 <25 90 k.a. 4 Fluoridi,. F 12 <10 <10 7,2 12 <10 <10 150 500 mg F/kg k.a. L Sulfaatti, i SO 4 u 48 78 54 150 2 26 0,6 8, k Liuenneiden aineiden o kok. 48 78 54 150 2 26 0,6 8, määrä i 20 50 g SO4/kg k.a. 60 100 g/kg k.a. Fenoli-indeksi 1,5 1,7 6,4,1,4 2,2 9,0 6,8 mg/kg k.a.
201-08-12 8 / 10 Taulukko 5. Liukoisuus, metallit, L/S = 10 Mitattava suure Majava/Lumela Urkki Kärsälampi Haukilampi Avolouhkosen eteläinen Geotuubi Torrakkopuro Härkälampi Tavanomainen jäte Ongelmajäte Yksikkö Arseeni, As <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 2 25 mg/kg k.a. Barium, Ba 0,26 0,2 0,22 0,27 0,0 0, 1,0 1,5 100 00 mg/kg k.a. Kadmium, Cd <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 1 5 mg/kg k.a. Kokonaiskromi, Cr <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 10 70 mg/kg k.a. Kupari, Cu <0,02 0,0 0,052 0,16 <0,02 0,094 0,47 0,28 50 100 mg/kg k.a. Elohopea, Hg 0,2 2 mg/kg k.a. Molybdeeni, Mo <0,02 0,046 0,02 0,061 <0,02 <0,02 0,06 0,048 10 0 mg/kg k.a. Nikkeli, Ni 0,08 0,72 0,49 0,16 0,026 0,05 5,2 9,6 10 40 mg/kg k.a. Lyijy, Pb <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 10 50 mg/kg k.a. Antimoni, Sb <0,02 <0,02 <0,02 0,025 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 0,7 5 mg/kg k.a. Seleeni, Se <0,02 <0,02 <0,02 0,05 <0,02 0,021 <0,02 <0,02 0,5 7 mg/kg k.a. Sinkki, Zn 0,01 0,51 <0,02 0,026 0,17 0,0 6,4 1,9 50 200 mg/kg k.a. Uraani, U <0,02 0,2 <0,02 0,60 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 mg/kg k.a. Vanadiini, V <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 mg/kg k.a.
2.5. Sakkojen käyttäytyminen kaatopaikalla 201-08-12 9 / 10 Tehtyjen mittausten ja aiempien kipsisakka-altaan lietteistä tehtyjen seurantamittausten avulla voidaan arvioida kaatopaikan luokituksen asettuvan tavanomaiseksi jätteeksi, sillä liukoiset metallipitoisuudet ovat pieniä, orgaanista ainetta on sakoissa vähän, sakkojen ph on korkea ja niillä on neutralointikapasiteettia. Jos kyse on stabiilista jätteestä ja muutoin laadultaan tasaisesta jätteestä, voi lupaviranomainen harkita enimmillään viisinkertaista liukoisuusrajaa joillekin komponenteille. Jätteen koostumuksen perusteella voidaan arvioida jätteen käyttäytymistä kaatopaikalla seuraavasti: - jätteessä on vapaata vettä ja sen suolapitoisuus vaihtelee. Joutuessaan kosketuksiin veden kanssa suotovesien suolapitoisuus kasvaa. - jäte sisältää metallien hydroksidisakkoja, joiden liukoisuus on pieni ph-alueella 6-10. Niiden liukeneminen on pientä, mikäli ph pysyy neutraalilla alueella tai sen yli. - jäte sisältää kipsiä (sulfaattia), joka liukenee vähitellen veteen sakan joutuessa alttiiksi pintavesille tai pohjavesille. - jäte saattaa sisältää vaihtelevia määriä maata, turvetta, hiekkaa, jotka ovat sekoittuneet varsinaiseen sakkaan. Näiden maa-ainesten sisältämä orgaaninen aines toimii hapettomissa olosuhteissa pelkistäjänä ja sulfaatti voi pelkistyä varastoinnin aikana sulfidiksi. Näin rikki olisi uudelleen altis hapettumiselle ja metallit liukenemiselle.
201-08-12 10 / 10. LIETTEIDEN LOPPUSIJOITUSSUUNNITTELU Lietteiden loppusijoitussuunnitelma rakennetaan näiden tulosten ja tarvittaessa muiden esim. liukoisuutta tai reaktiivisuutta mallintavien tulosten avulla. Suunnitelmassa on otettava huomioon nyt maastossa olevien sakkojen loppusijoittamisen lisäksi uudet neutraloinnissa muodostuvat sakkamäärät vuosien 2014 ja 2015 aikana. Vuoden 2015 aikana tai sen jälkeen tavoitteena on, että sakkoja sisältävät kaivosalueella olevat altaat puhdistetaan lietteistä ja lietteet loppusijoitetaan sellaisella tavalla, että likaantuneiden suotovesien määrä pienenee oleellisesti vuoden 2015 loppuun mennessä. Samanaikaisesti sakkoja muodostuisi pääasiassa vain raudan ja alumiinin saostuksessa sekä kalkilla tehtävässa neutraloinnissa LONE-yksikössä. Sakkojen sijoitussuunnittelussa huomioidaan: - sakkojen koostumus ja esikäsittelyvaihtoehdot, voidaanko koostumusta jotenkin muuttaa tai parantaa mm. kuivaamalla, erottelemalla osan jakeista erikseen, stabiloimalla - sakkojen loppusijoittaminen esim. nykyiseen kipsiallas 1:een, uuteen mahdollisesti alueelle rakennettavaan kaatopaikkaan tai pienempiin yksiköihin kaivosalueella. Geotuubikentän hyödyntäminen muuallakin kaivosalueella ja myös loppusijoittamiseen. - maantieteelliset seikat, jotta altaan ulkopuoliset vedet eivät pääse suotaumaan varastointipaikkaan ja pintavedet pystytään huolehtimaan pois alueelta mahdollisimman nopeasti. Lietteiden ja sakkojen käsittelysuunnitelmaa tarkennetaan näiden osalta suunnittelun edetessä ja analyysitulosten valmistuttua. Valitulle käsittely- ja loppusijoitusratkaisulle haetaan lupaa Pohjois- Suomen aluehallintovirastosta.