KAAVIN TALKKITEHTAAN RIKASTUSHIEKKA- ALTAAN YMPÄRISTÖN NYKYTILA VUONNA 2003

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 Itä-Suomen yksikkö Kuopio KAAVIN TALKKITEHTAAN RIKASTUSHIEKKA- ALTAAN YMPÄRISTÖN NYKYTILA VUONNA 2003 Marja Liisa Räisänen Luikonlahden rikastushiekka-allas vuonna 2003, Kaavi

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 5112015 KUV AILULEHTI 5.9.2003/Dnro KS/42/03 Tekijät Marja Liisa Räisänen Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja Raportin nimi Kaavin talkkitehtaan rikastushiekka-altaan ympäristön nykytila vuonna 2003 Tiivistelmä Nykytilaselvityksen perusaineisto koostui maastokartoituksen havaintotuloksista, rikastushiekka-, jätealtaan pohjamaa-ja ympäristön sedimentti- sekä vt:sinäylleisläja näytteiden analyysituloksista. Maa- ja sedimenttinäytteistä analysoitiin alkuaineiden kokonaispitoisuudetja heikkouuttopitoisuudet. Vesinäytteistä mitattiin fysikaaliset ominaisuudet ja alkuaineiden Iiukoiset pitoisuudet. Rikastushiekan läjitysalueen pohjamaana on suurelta alalta tiivistynyt turve- ja järvilieju. Vuoden 2003 havaintojen mukaan suurin osa vanhasta sulfidirikastushiekasta oli kemiallisesti stabiilia (rapautumatonta). Kemiallista rapautuminen oli käynnissä vanhan rikastushiekan kuivuneissa pintakerroksissa, lähinnä Suursuohon rajautuvan patovyöhykkeellä ja pohjoisosan ohutpeitteisessäjäteosassa. Vanhaa rikastushiekkaa peittävän magnesiittijätehiekan kemiallinen muutunta oli vähäistä. Rikastushiekka-altaan vaikutukset ympäristön pintavesiin ja pohjavesiin näkyivät lähinnä vain Suursuon valuma-alueella vesien happamuuden ja metallipitoisuuksien kasvuna. Heinälammen ympäristössä, länsipuolen kumpumoreenialueel\a pohjaveden kemialliset muutokset olivat vähäisiä ja ulottuivat pienelle alueelle lammen läheisyyteen. Rikastushiekka-altaan vedet ohjattiin selkeytysaltaan kautta Heinälampeen, missä vesien puhdistuminen tapahtui kemial\ismikrobiologisesti. Heinälammen veden ph-redox muutoksista aiheutuen lammesta poistuvan veden As- (0,3 mg/1) ja Nipitoisuudet (0,3-0,5 mg/1) ylittivät kymmenkertaisesti luparajat (As 0,05 mg/1 ja Ni 0,08 mg/1). Tästä huolimatta Kylmäpuron suualueella Luikonlahden pohjasedimenttien pintaosan raskasmetalli-ja rikkikertymät olivat pieniä. Petkellahden veden ja sen pohjasedimenttien kemiallisesta koostumuksesta ei voitu erottaa nykyisen Kaavin tehtaan talkin rikastustoiminnan vaikutuksia. Sedimenttipa~an yläosan metalli- (Fe, Mn, Cu, Zn, Ni) ja rikkikertymät olivat lähtöisin pääasiassa vanhan kuparikaivoksen toiminnasta. Asiasanat (kohde, menetelmät jne.) Rikastushiekka, nykytila, pintavesi, pohjavesi, järvisedimentti, turve, rautasaostuma, geokemia, hapon tuotto, ph, redox, metallit, arseeni, rikki Maantieteellinen alue (maa, l!!äni, kunta, kylä, esiintymä) Pohjois-Savo, Kaavi, Luikonlahti Karttalehdet 43 II 04 ja 06 Muut tiedot Liitteitä 1 1 Arkistosarjan nimi Arkistotunnus 51/2015 Kokonaissivumäärä Kieli Hinta Julkisuus 70 suomi Julkinen arkistoraportti Yksikkö ja vastuualue Maankäyttö ja ympäristö Allekirjoitus/nimen selvennys Raim~ ' N~. evalainen Toimialapäällikkö Hanketunnus Allekirjoitus/nimen selvennys ~1,:." ~ "',- G';;;~ Erikoistutkija, FT GTK GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS GEOLOGISKA FORSKNINGSCENTRALEN GEOLOGICAL SURVEV OF FINLAND

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 Sisällysluettelo Kuvailulehti 1 YLEISKUVAUS 1 2 KALLIOPERÄ 1 3 MAAPERÄ 3 4 LUONNONMAISEMA 3 5 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT 4 5.1 Näytteenotto 4 5.1.1 Rikastushiekkanäytteet 4 5.1.2 Heinälammen, Petkellahden ja Luikonlahden järvisedimentit 4 5.1.3 Suursuon turvenäytteet 4 5.1.4 Suotoalueiden rautasaostumat 4 5.1.5 Pinta- ja suotovesien maastokartoitus ja vesinäytteenotto 4 5.1.6 Pohjavesiputkien asennus ja pohjavesinäytteenotto 5 5.2 Kemian analyysit 5 6 PINTAVESIEN JA POHJAVESIEN VALUMA- JA VIRTAUSSUUNNAT 5 6.1 Rikastushiekka-altaan suotovesialueet 6 7 RIKASTUSHIEKKA-ALTAAN KEMIALLINEN NYKYTILA 7 8 RIKASTUSHIEKKA-ALTAAN YMPÄRISTÖN PINTAVESIEN KEMIALLINEN NYKYTILA 11 8.1 Suotoalueiden rautasaostumien kemiallinen koostumus 19 9 SUURSUON TURPEIDEN KOOSTUMUS JA METALLIEN PIDÄTTYMINEN TURPEESEEN 20 10 IRTOMAAN POHJAVEDEN KEMIALLINEN NYKYTILA RIKASTUSHIEKKA- ALTAAN YMPÄRISTÖSSÄ 21 11 HEINÄLAMMEN, LUIKONLAHDEN JA PETKELLAHDEN KEMIALLINEN NYKYTILA 23 11.1 Järvivesien ph, sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja kemiallinen koostumus 23 11.2 Järvisedimenttien kemiallinen koostumus 25 11.2.1 Heinälampi 25 11.2.2 Petkellahti ja Luikonlahti 25 12 RIKASTUSHIEKKA-ALTAAN YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTI 27 13 YHTEENVETO 28 14 KIRJALLISUUSLUETTELO 29 LIITTEET 31

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 1 1 YLEISKUVAUS Luikonlahden rikastamo- ja kaivosalue sijaitsevat Kaavilla, Pohjois-Savossa. Vuosina 1968-1983 Luikonlahdessa toimi Myllykoski Oy:n kuparikaivos (Eskelinen ym. 1983). Kaivoksen avolouhokset sijoittuvat tehtaan pohjois- ja koillispuolelle (Kuva 1). Kaivos tuotti kuparirikasteen lisäksi rikkirikastetta, kobolttinikkelirikastetta ja sinkkirikastetta. Talkkirikasteen tuotanto alkoi vuonna 1979. Metallien ja rikin rikastusprosessissa syntyvä rikastushiekka läjitettiin tehtaan kaakkoispuolella entisen Petkellammen alueelle. Jätealtaan pinta-alan oli noin 27 ha. Metallisulfidimalmin rikastuksesta syntyi arviolta 6 Mt rautasulfidipitoista rikastushiekkajätettä. Vuonna 1984 rikastamo ja viereen rakennettu talkkitehdas siirtyivät ensin FinnMinerals Oy:n ja vuodesta 2001 vuoteen 2007 Mondo Minerals Oy:n omistukseen. Talkin tuotanto päättyi vuonna 2006. Rikastamo tuotti Polvijärven talkkimalmeista (Sola, Horsmanaho, Pehmytkivi) talkki- ja nikkelirikastetta. Malmikivilouhe kuljetettiin Polvijärveltä maanteitse. Talkki- ja Ni-pitoisen malmin rikastuksessa syntyi magnesiittivaltaista rikastushiekkajätettä, yhteensä noin 2,1 Mt. Rikastushiekkajäte johdetaan Petkellammen jätealueella sulfidipitoisen rikastushiekkajätteen päälle (kansilehden kuva, Kuva 1). Vuosina 2006-2007 kaivosalueella tehtiin kunnostusta (ISY 2006a-b). Vuoden 2008 jälkeen Luikonlahden kaivosalue ja rikastamon alue olivat useiden kaivosyhtiöiden omistuksessa (FinnNickel Oy, Vulcan Resources Ltd, Altona Mining Ltd) ja nykyisin Boliden Ltd:n omistuksessa. Jätealue otettiin uudelleen käyttöön vuonna 2012. Talkkituotannon aikana rikastushiekan läjitys tehtiin siten, että magnesiittihiekka pumpattiin läjitysalueen pohjoisreunalle, josta se valui etelään päin ja samalla hiekan sisältämä vesi erottui ja selkeytyi. Osittain selkeytynyt vesi johdettiin altaan eteläosassa olevaan, välipadolla erotettuun selkeytysaltaaseen. Jäteveden arseeni hapetettiin ja saostettiin lisäämällä jäteveteen joko rikastamolla tai välipadolla ferrisulfaattia. Nikkeli saostettiin kalkilla, jota lisättiin selkeytysaltaasta Heinälampeen johtavan juoksutuskanavan veteen. Metalleja saostui ja pidättyi Heinälammen pohjasedimentteihin biogeokemiallisten prosessien kautta. Heinälammesta puhdistunut vesi johdettiin Kylmäpuroon (1,5 km pitkä), joka laskee Rikkaveden Luikonlahteen (Kuva 1). 2 KALLIOPERÄ Vanhan kaivoksen, tehtaan ja rikastushiekan läjitysalueella kallioperää luonnehtii nk. Outokumpu-jakson kivilajit (Huhma 1971 ja 1975). Serpentiniitti -muodostumaan liittyy läheisesti metallisulfidipitoinen kvartsikivi (malmikivi), karsi- ja karbonaattikivet sekä mustaliuskeet. Karbonaattikivet koostuvat dolomiitti- ja magnesiittikivistä sekä talkkiliuskeista. Kvartsi- ja karsikivien erikoispiirteenä ovat niiden sisältämät kromipitoiset, vihreän väriset mineraalit (uvaroviitti, kromidiopsidi, kromitremoliitti, fuksiitti). Serpentiniittipahkuja ympäröi kiillegneissi. Petkellammen läjitysalueen eteläosan ja Heinälammen ympäristön kallioperän koostumus on vaihtelevaa, graniitti- ja pegmatiittikiviä, granodioriitti- ja kiilleliuskekiviä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 2 Kuva 1. Kaavin tehtaan rikastushiekan läjitysalueen sijoittuminen Kaavin Luikonlahden kylässä. Sinisellä värillä ja nuolella on merkitty pintavesien pääuomat ja virtaussuunnat läjitysalueen ympäristössä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 3 3 MAAPERÄ Kaavin tehtaan ja rikastushiekan läjitysalueen ympäristöä luonnehtivat kallioselänteet ja moreenikumpumuodostumat (KMrM liitteessä 1, Maanmittaushallitus 1990). Rikastushiekan jätealue on vanhan Petkellammen päällä pohjois-eteläsuuntaisten kallioharjanteiden suojaamassa painanteessa. Rikastushiekan läjitysalueen länsiosan alkuperäinen moreenipato rajautuu kapeana kaistana Suursuon turvemaahan. Turve oli kairausten mukaan saraturvetta (Ct) paksuuden vaihdellessa 2-4 m. Eteläosan selkeytysallas rajautuu lounais- ja eteläosasta moreenikumpuihin ja itäosassa kallioharjanteeseen ja sitä reunustavaan moreenimaahan. Kallioharjanteiden välissä kapeissa painanteissa maaperä on hiekkamoreenia tai ohuen turvekerroksen peittämää hiekkamoreenia. Painanteissa moreenin päällä voi olla paikoin myös hienoa hietaa. Heinälammen ympäristön maaperä on valtaosaltaan hiekkamoreenia. Lännessä lampea rajaavat kumpumoreenit, idässä moreenin peittämä kalliomaa ja etelässä kallioiset mäet. Heinälammen lounaispuolella olevat maapadot (päällä kulkee tie) rajautuvat kapealta kaistaleelta saraturvesuohon. Heinälammesta lähtevä Kylmäpuro kulkee pääosin saraturvesuoympäristössä. (Liite 1) Moreenin paksuus vaihtelee 4-8 m kumpumoreenimuodostumissa. Moreeni on kivistä hyvin vettä johtavaa hiekkamoreenia. Kumpumoreenimäet muodostavat yksittäisiä pohjavesi-muodostumia, mistä hydraulinen yhteys kummun ulkopuolisiin maihin on satunnaista kalliokohoumien runsauden takia. Katkonainen harjujakso ulottuu Petkellahdelta Uvemäen kallion itärinteelle ja Kuikkalahden itäpuoliselta alueelta Luikonlahden ranta-alueelle. Harjut jakautuvat erillisiksi pohjavesimuodostumiksi, joiden hydraulinen yhteys ympäröiviin moreeni- ja turvemaihin määräytyy ympäröivien kalliokohoumien mukaan. Esimerkiksi Uvemäen harjumuodostuman itäpuolen ja Suursuon turvemaan välissä on kalliokohouma. Uvemäen muodostuman luoteispuolella on hietamuodostuma. Myllypuron Petkellahden puoleisessa purolaaksossa maaperä on hienoa hietaa. Rikastushiekan läjitysalueella, entisen Petkellammen alueella pohjamaana oli kairaushavaintojen mukaan tiivistynyt lieju, jonka alla on heikosti vettä läpäisevää hiesua (kuva 2). Entisen lammen alue kattaa lähes puolet läjitysalueen pohjan pinta-alasta. Reuna-alueilla pohjoisessa ja idässä rikastushiekan pohjamaana on vettä läpäisevä hiekkamoreeni ja rinnealueilla useissa kohtaa kallio. Moreeni on pohjamaana ilmeisesti myös eteläosan reuna-alueilla. Tämä arvio perustuu vanhan kaivoskartan maanmuotohavaintoihin (Kaivoskartta 1964, Myllykoski Oy). Länsiosassa, Suursuohon rajoittuvalla osalla pohjamaana on tiivistynyt turve, jonka alla on heikosti vettä läpäisevä hiesumaa. Mäkiin rajoittuvilla osilla maapohja on kivistä hiekkamoreenia ja osalla rinnealuetta kalliota. 4 LUONNONMAISEMA Luonnonmaisemaltaan tutkimusalue kuuluu Järvi-Suomen vaihtelevan kallioperäreliefin alueeseen (Suomen kartasto 1990, geomorfologinen aluejako, vihko 121-122). Korkeuserot vaihtelevat kallioharjanteiden 180 m:stä järvien rantamaiden 110 m:iin (mpy). Luikonlahden vedenpinnan korkeus on n. 101 m mpy and Retusen 101.5 m mpy. Kallioharjanteiden välissä oleva rikastushiekka-altaan pinnan korkeus vaihtelee pohjoisosan 144 m:stä eteläosan 137 m:iin mpy. Ympäröivät kallioharjanteet kohoavat keskimäärin 20-40 m altaan pintaa korkeammalle. Kaivosaluetta ja tehtaan lähiympäristöä lukuun ottamatta alue on talousmetsää, missä näkyy ihmisen toiminta mm. hakkuina ja ojituksina. Kallioalueiden kuivilla kankailla kasvaa valtapuuna mänty (jäkäläpuolukka metsätyyppi) ja kumpumoreeneilla kuusi ja koivu (mustikkametsätyyppi). Soisissa painanteissa, vanhoilla peltokaistaleilla ja purojen varsilla kasvaa korpimetsälle tyypillinen kuusi- ja lehtipuusto (sammaleet, korte, metsäkurjenpolvi, saniainen, angervo, heinät). Alueella ei esiinny uhanalaisia kasveja tai eläimiä. Tutkimusalueella ja sen ympäristössä ei ole myöskään luonnonsuojelualueita.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 4 5 TUTKIMUSAINEISTO JA -MENETELMÄT 5.1 Näytteenotto 5.1.1 Rikastushiekkanäytteet Kaavin tehtaan rikastushiekan läjitysalueella kairattiin monitoimikairakoneella (GM100) viidessä kohteessa maaliskuussa viikolla 11, 2003 (Liite 2). Näytteet otettiin pääosin jatkuvana profiilinäytesarjana halkaistulla teräsputkinäytteenottimella. Altaan länsi ja keskiosissa (prof. 1, prof. 2, prof. 3, Liite 2) esiintyi paineellista rikastushiekkaa, josta ei saatu näytettä. Paineellinen vyöhyke läpäistiin vesihuuhtelulla ja näytteet altaan pohjakerroksista otettiin maaputkeen. Näytteenottomenetelmä on akkreditoitu (ISO/FDIS 9001 laatujärjestelmä). Näytteenottokohteissa havainnoitiin rikastushiekkakerrosten visuaalinen rakenne, kosteus ja vesipinnan syvyys (vedellä kyllästyneen aineksen yläpinta), hapettuminen (saostumat) sekä rikastushiekan alapuolisten pohjamaakerrosten maalaji ja sen tiiveys. Havainnoinnin yhteydessä erotettiin kerrosnäytteet muovipusseihin. Näytteet jäädytettiin kentällä ja pakattiin mustalla jätesäkillä suojattuihin laatikoihin lisähapettumisen estämiseksi. Näytteitä otettiin kaikkiaan 44 kpl, joista 7 kpl oli altaan pohjamaanäytteitä. Kemian analyyseihin valittiin edustavat näytteet eri rikastushiekkatyypeistä, magnesiittihiekkakerroksista 6 kpl, rapautuneista 9 kpl ja rapautumattomista rautasulfidipitoisista rikastushiekkakerroksista 7 kpl ja pohjamaasta 7 kpl. Näytteen koko oli noin 1 litra. 5.1.2 Heinälammen, Petkellahden ja Luikonlahden järvisedimentit Järvisedimentit otettiin sedimenttinäytteenottoon kehitetyllä järvisedimenttikalustolla, missä näyte otetaan männällä varustettuun muoviputkeen. Menetelmä on akkreditoitu (ISO/FDIS 9001 laatujärjestelmä). Näytteet otettiin kevättalvella maaliskuussa viikolla 10, 2003 Heinälammen pohjasedimenteistä kolmesta kohteesta, Retusen järven Petkellahdesta kahdesta kohteesta ja Luikonlahdesta yhdestä kohteesta, Kylmäpuron lasku-uoman vaikutusalueelta (Liite 2). Näyteputket jäädytettiin kentällä. Laboratoriossa jäisistä näyteputkista leikattiin päältä kaistale pois, jotta voitiin havainnoida näytekerrosten ulkoasu ja ainesvaihtelu. Kemian analyyseihin näytteet (29 kpl) erotettiin jäisistä kerroksista sahaamalla. Noin litran kokoiset näytteet pakattiin muovipusseihin ja varastoitiin pakastimeen. 5.1.3 Suursuon turvenäytteet Maaliskuussa viikolla 10, 2003 otettiin turveprofiilinäytteet venäläisellä suokairalla neljästä kohteesta Suursuolta ja yhdestä kohteesta suotovesien pumppauslammikon kaakkoispuolelta (Liite 2). Muovipusseihin pakattuja näytteitä (1 l) otettiin kaikkiaan 12 kappaletta. Näytteenoton yhteydessä tehtiin havainnot turvetyypistä ja turpeen alla olevasta pohjamaasta. Kerrosnäytteet erotettiin kemian analyyseihin turvelaadun mukaan. Suursuon turpeen paksuus pliktattiin kairalla erikseen toukokuussa 2003. 5.1.4 Suotoalueiden rautasaostumat Rautasaostumanäytteet kerättiin vähävetisiltä suotorinteiltä käsin (nitrile, powder-free käsine) ja ojien pohjalta sedimentin keräämiseen kehitetyllä haavilla (Liite 2, Räisänen ym. 1992). Näytteet otettiin toukokuussa vesinäytteenoton yhteydessä 2003. Näytteet pakattiin muovipusseihin (1,5 l) tai 1,5 l:n muovirasioihin ja varastoitiin laboratorioon kuljetuksen ajaksi kylmälaukkuihin. Laboratoriossa näytteet pakastettiin välittömästi. 5.1.5 Pinta- ja suotovesien maastokartoitus ja vesinäytteenotto Rikastushiekka-altaan ympäristössä tehtiin pinta- ja suotovesikartoitus toukokuussa 2003. Kartoitus tehtiin kahdessa vaiheessa: suotovesialueet ja niiden alapuoliset lasku-uomat kartoitettiin viikolla 19 ja muut alueet viikolla 21, jolloin myös mitattiin Suursuon suotovesien virtaumia lähinnä keräilyojista. Maasto-

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 5 kartoituksen yhteydessä mitattiin vesien ph ja havainnoitiin saostumien esiintymistä suotokohteissa ja niiden alapuolisissa lasku-uomissa. Havaintojen perusteella valittiin pintavesinäytteenottokohteet (Liite 3). Vesinäytteitä otettiin kaikkiaan 35 kpl. Läjitysalueiden pintavesikartoitukseen kehitetty menetelmä ja vesien näytteenotto on kuvattu raportissa Räisänen ym. (2003). Järvivesinäytteet otettiin järvisedimenttinäytteenoton yhteydessä maaliskuussa viikolla 10, 2003. Näytteet otettiin rutner-näytteenottimella jään alta pintavedestä noin 1 syvyydestä ja järven pohjavedestä (0,5-1 m pohjasedimentin yläpuolelta). 5.1.6 Pohjavesiputkien asennus ja pohjavesinäytteenotto Velvoitetarkkailussa olleiden pohjaveden havaintoputkien 3, 4, 8 ja 102 (PVC-muovia) viereen asennettiin uudet HDPE-putket elokuussa viikolla 32, 2003 (Liite 4). HDPE-putkimateriaali ei reagoi haittaaineiden kanssa eikä se adsorboi niitä. Putken ympärille asennettiin nailoninen kauluslevy noin puolen metrin syvyydelle estämään pintavesien valumisen putkea pitkin siiviläputkeen. Yläosasta putket suojattiin ruostumattomasta teräksestä valmistetulla lukollisella suojaputkella (GWM-2000). Putkien siiviläosan ympäristön suodattava kerros tehtiin huuhtelumenetelmällä. Huuhtelu kesti 1-1,5 tuntia. Liitteen 4 havaintokorteista näkyy uusien putkien kohteiden asennus- ja maaperätiedot, veden pinta ja putken sijainti. Muihin velvoitetarkkailun havaintoputkiin 101 ja 12 (PVC-muovi) asennettiin nailoninen kauluslevy puolen metrin syvyyteen ja vaihdettiin kuuma sinkitty suojaputki ruostumattomaan teräsputkeen. Ennen varsinaista näytteenottoa, viikolla 33 uusia putkia tyhjennettiin vedestä n. puoli tuntia ja vanhoja putkia 15-20 minuuttia. Vesinäytteet otettiin kullekin putkelle varatulla muovisella putkinäytteenottimella. Pohjavesiputkien asennuksessa ja vesinäytteenotossa noudatettiin akkreditoituja työmenetelmiä (ISO/GDIS 9001). 5.2 Kemian analyysit Jäädytetyt rikastushiekka-, järvisedimentti, rautasaostuma- ja turvenäytteet kylmäkuivattiin ennen kemian analysointia. Karkeaa ainesta sisältävät näytteet homogenoitiin seulomalla <2.0 mm fraktioon. Alkuainekoostumus määritettiin heikkouutto- ja osittaisuuttomenetelmillä, joiden kuvaukset on esitetty liitteessä 5 ja tulokset liitteessä 2. Näytteiden esikäsittely, uutot, ICP-AES-mittaukset, S-Leco- ja hiilityppianalyysit tehtiin GTK:n Kuopion geolaboratoriossa. Rikastushiekkanäytteiden ja Heinälammen karbonaattipitoisten sedimenttien XRF-määritykset ja karbonaattisen ja orgaanisen hiilen määritykset C- analysaattorilla tehtiin Espoon geolaboratoriossa. Geolaboratorio on akkreditoitu EN 45001 standardin ja ISO Guide 25 mukaan. Pintavesi- ja pohjavesinäytteiden alkuainepitoisuudet mitattiin ICP-AES ja MS-ICP-laitteilla GTK:n Espoon geolaboratoriossa. Vesinäytteiden esikäsittely, ph-, sähkönjohtokyvyn ja hapen mittausmenetelmät on kuvattu liitteessä 5. 6 PINTAVESIEN JA POHJAVESIEN VALUMA- JA VIRTAUSSUUNNAT Liitteessä 6 on esitetty pintavesien virtaussuunnat ja valuma-alueet rikastushiekan läjitysalueen ja Heinälammen ympäristössä. Läjitysalueen ympäristössä pintavesien valunta jakaantuu kolmeen pienvalumaalueeseen, Enkelimäen länsipuolinen alue, johon liittyy läjitysalueen pohjoispuolinen osa, Suursuon alue ja Heinälammen pohjoispuolinen alue. Erillisenä pienvaluma-alueena on merkitty rikastushiekka-altaan pohjoispuolella, kalliomäkien painanteessa olevan lammen ympäristö. Tehdas- ja kaivosalueen pohjois- ja koillisosa on erotettu Suursuon valuma-alueesta. Läjitysalueelle tulee pintavesiä lähinnä Enkelimäen länsipuolen kallioisilta rinteiltä ja mäen eteläpuolella olevalta pieneltä suoalueelta (kaakkoisosa, liite 6). Vuoden 2003 kesällä rakennettiin pato rikastushiekka-

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 6 altaan kaakkoisosaan erottamaan kaakosta tulevat suovedet altaan vesistä. Ne ohjattiin rikastushiekkaaltaan ja selkeytysaltaan välisen maakannaksen poikki kaivettuun ojaan, joka laski selkeytysaltaaseen. Selkeytysaltaaseen ympäristön pintavesiä valuu edellä mainitun lisäksi kaakkois- ja lounaispuolta rajaavilta kalliorinteiltä. Kallioharjanteet ja ohuen maapeitteen verhoamat kalliokohoumat jakavat rikastushiekka-altaan ympäristön pohjaveden valuma-alueet erillisiksi pienvaluma-alueiksi, joilla ei todennäköisesti ole hydraulista yhteyttä toisiinsa. Tämä on tunnusomaista kumpumoreeni- ja katkeilevan harjujakson alueilla. Itse rikastushiekka-allas on kallioharjanteiden suojaamassa painanteessa ja on siten hydraulisesti erillään laajalta alalta ympäröivästä alueesta. Laaksopainanteissa pohjaveden virtaussuunta noudattaa pääasiassa pintavesien virtaussuuntaa, ellei laaksojen välillä ole kalliokohoumia. 6.1 Rikastushiekka-altaan suotovesialueet Rikastushiekka-altaan veden pintaa säännösteltiin vuonna 2003 juoksutusten avulla. Vettä laskettiin altaan kaakkoisosasta eteläpäässä olevaan selkeytysaltaaseen. Selkeytysaltaasta vettä juoksutettiin poistoputkien kautta Heinälampeen laskevaa ojakaivantoa pitkin. Tämän lisäksi vettä poistui läjitysalueelta suotautumalla maan pintaan tai maan sisällä vettä johtavissa kerroksissa (kuva 2). Suotautuminen maan pintaan on seurausta läjitysalueen tiivistyneestä maapohjasta ja kallioharjanteiden hydraulisesta suojauksesta. Pääsuotoalue on Suursuo, missä suotovedet kerättiin ojiin ja edelleen radan ali kulkevaan pääojaan, josta ne päätyivät tehtaan länsipuolelle kaivettuun kaivantoon. Kaivantolammesta vedet pumpattiin takaisin rikastushiekka-altaalle. Aiemmin Suursuon pintavedet laskivat kaivoksen aikana kaivetun, edellä mainitun kaivannon vieressä olevan lammen kautta Petkelpuroa pitkin Myllypuroon (ks. kuva 2). Suursuon pääkeräysojasta (piste 9, liite 3) mitattu virtauma oli toukokuussa 8 l/s. Kuva 2. Suotovesien purkausalueet (keltainen viiva) ja pintavesien virtaussuunnat rikastushiekka-altaan ympäristössä, Kaavin talkkitehdas.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 7 Vuonna 2003 suotovesien purkauskohteet sijoittuivat Suursuolla ja sen lähiympäristössä tiepenkereen (maapadon) ja maapinnan rajavyöhykkeisiin, moreenikumpujen painanteisiin tai moreeni-rinteen alaosan ja suomaan rajakohtiin (kuva 2). Moreenimäkiin rajautuvissa kohteissa altaan vesi suoti moreenin sisällä lähinnä kivisissä kerroksissa ja purkautuu pintaan painanteissa tai rinteen ja suomaan rajavyöhykkeillä. Tällaisia suotokohteita esiintyi Suursuon eteläpuolen moreenialueella, mistä vedet kulkeutuivat Suursuon radan varressa olevaan ojaan ja edelleen radan ali ojaa pitkin pumppauskaivantoon. Läjitysalueen pohjoispadon alaosasta suotautui pieniä määriä vettä padon etumaastoon syntyneelle kosteikolle ja viereiseen lampeen. Kosteikolta vettä kulkeutui Palolampeen lähinnä vain kevättulvien aikaan. Kosteikon länsipuolen lammella ei ollut ulosvirtausuomaa. Maastokartoituksessa paikannettiin suotovesikohteita myös läjitysalueen luoteispuolen patovallin etumaastosta. Niissä kohteissa vesi imeytyi pääasiassa maahan. 7 RIKASTUSHIEKKA-ALTAAN KEMIALLINEN NYKYTILA Vuonna 2003 Kaavin tehtaan rikastushiekka-allas koostui kahdenlaisesta rikastushiekasta. Pintakerrokset koostuivat talkkimalmin rikastuksessa syntyvästä magnesiittivaltaisesta rikastushiekasta. Magnesiittihiekan alla oli Myllykoski Oy:n vanhan kuparikaivoksen kupari-sinkki-kobolttimalmin rikastuksessa syntyneet rautasulfidipitoiset rikastushiekat. Rikastushiekkojen kokonaispaksuus vaihteli seuraavasti: pohjois- ja itäosassa 4-12 m, keskiosa (Petkellammen alue) 21-22 m, länsiosa 10-18 m ja eteläosassa 5-16 m (kuva 2). Arviot perustuivat kairaushavaintoihin ja vanhan kaivoskartan topografiatietoihin entisen Petkellammen ympäristöstä. Rikastushiekan kemiallista muutuntaa säätelee huokostilan veden kyllästysaste. Tästä syystä vesipinta määritettiin veden kyllästämän rikastushiekkaprofiileista ylimmän rajapinnan mukaan. Veden kyllästämä rajapinta oli samalla hapettumisen ja pelkistymisen rajapinta. Rikastushiekan kyllästyminen vedellä hidastaa rautasulfidien hapettumista ja siitä seuraavaa mineraalien rapautumista ja huokosveden happamoitumista (Jambor & Blowes 1994). Kuivuneissa kerroksissa kemiallinen muutunta (liukeneminen, in situ saostuminen) oli havaintojen mukaan nopeampaa kuin veden kyllästämissä kerroksissa. Läjitysalueen keski- ja itäosissa vesipinta oli kairaushavaintojen mukaan magnesiittihiekkapatjassa. Näissä osissa rikastushiekan hapettuminen ja siihen liittyvä kemiallinen muutunta oli vähäistä. Länsiosassa vesipinta oli magnesiittihiekan alapuolella vanhassa rautasulfidi-pitoisessa rikastushiekassa (7 metrissä profiilissa 2) ja pohjoisosassa rikastushiekkakerrokset olivat kuivia. Kuivuneissa kerroksissa oli hapettumisen merkkejä (rautasaostumia), lähinnä rautasulfidipitoisen rikastushiekkapatjan yläosissa. Vedellä kyllästyneen rikastushiekan yläpinta oli keski- ja itäosassa noin 3 metriä korkeammalla kuin länsiosassa. Ero aiheutuu hienojakoisen rikastushiekan kohtalaisen hyvästä veden pidätysominaisuudesta (läpäisykyky 10-6 - 10-7 m/s, Saarelainen 1999), rikastushiekan paksuudesta (paksuin keskiosassa) ja altaan pohjan allasmaisesta muodosta (entisen Petkellammen alue). Eteläosassa vesipinta oli lähellä rikastushiekan pintaosaa ja kaakkoisosassa rikastushiekka oli veden peitossa. Täten voidaan olettaa, että näissä osissa rikastushiekan kemiallinen muutunta on ollut vähäistä. Kairaushavaintojen perusteella veden virtauspaine altaan sisällä suuntautui täyttötilanteessa pääasiassa eteläosaan. Paineellista rikastushiekkaa esiintyi kairaushavaintojen mukaan myös Suursuohon rajoittuvassa allasosassa, mutta syvemmällä kuin keski- ja itäosassa, jotka olivat täyttöaluetta. Magnesiittihiekan ja rautasulfidipitoisten rikastushiekkojen mineralogisessa ja kemiallisessa koostumuksessa oli huomattavia eroja, mikä heijastui niiden toisistaan poikkeavaan hapon tuotto- ja neutralointikykyyn (taulukot 1 ja 2). Magnesiittihiekka koostuu pääasiassa magnesiumkarbonaatista ja talkista (Mgsilikaatti). Lisäksi siinä on pieniä määriä serpentiini-, alumiinisilikaatti- (esim. kloriitti), rauta- ja nikkelisulfidimineraaleja.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 8 Taulukko 1. Kaavin talkkitehtaan läjitysalueen rikastushiekkojen keskimääräinen koostumus (ks. myös Liite 2). Näytteiden lukumäärä ICP-AES- ja rikkimäärityksissä: 6 magnesiittihiekkanäytettä, 7 rapautumatonta ja 9 hapettunutta (rapautunut) rautasulfidipitoista rikastushiekkanäytettä, XRF- ja C- määrityksissä: yksi näyte kumpaakin rikastushiekkatyyppiä (ks. liite 5). Selitykset: < = alle määritysrajan, - ei määritystä. Magnesiittihiekka Sulfidi-RHK (rapautumaton) Sulfidi-RHK (hapettunut) Fe g/kg 52,1 109 145 S g/kg 10,2 70,4 97,4 As mg/kg 83 <20 <20 (max 35) Cd mg/kg 0,8 4,00 4,40 Co mg/kg 57 369 497 Cr mg/kg 196 82 36 Cu mg/kg 37 836 1228 Mn mg/kg 954 481 345 Ni mg/kg 960 392 610 Zn mg/kg 117 3211 3764 C-karb. g/kg 87,3 - - Si g/kg 98,2 318 - Al g/kg 4,9 16,1 - Mg g/kg 224 45.4 - Ca g/kg 20,5 50,2 - Na g/kg <0,5 4,75 - K g/kg 0,09 4,74 - Ti g/kg 0,49 0,76 - Magnesiittihiekan nikkelipitoisuus oli keskimäärin 960 mg/kg, arseenipitoisuus 80 mg/kg ja rikkipitoisuus 10 g/kg (taulukko 1). Uuttokokeiden perusteella magnesiittihiekan kemiallinen muutunta oli vähäistä (liite 7). Siihen liittyvä raskasmetallien ja rikin liukoisuuspotentiaali oli pieni. Alhaisen rautasulfidipitoisuuden ja korkean karbonaattipitoisuuden perusteella voidaan arvioida, että magnesiittihiekan hapontuottokyky on erittäin heikko. Sen hapon neutralointikapasiteetti on kohtalaisen hyvä. Taulukossa 2 hapontuottokyky on laskettu kokonaisrikkipitoisuuden (sulfidi-s) ja kuningasvesiliukoisten kalsium- ja magnesiumpitoisuuksien summan suhteena (happopotentiaali), mikä oli magnesiittihiekan osalta 0,1. Tulos merkitsee, että Ca- ja Mg-karbonaattien ja Ca- ja Mg-pitoisten silikaattien (esim. diopsidi) määrä on riittävä neutraloimaan sulfidihapettumisesta syntyvän happolisän. Vanhan kuparikaivoksen rautasulfidipitoinen rikastushiekka koostuu kvartsista, rautasulfideista (rautakiisuista, rikkikiisusta ja magneettikiisusta), talkista, kloriitista, kalsiitista, diopsidista (Ca-silikaatti) ja grafiitista. Se sisältää myös pieniä määriä sinkkivälkettä (Zn-sulfidi), kuparikiisua (Cu-Fe-sulfidi) ja pentlandiittia (Ni-Fe-sulfidi, Eskelinen ym. 1983). Rikastushiekka sisälsi keskimäärin 70-100 g/kg rikkiä, 3200-3800 mg/kg sinkkiä ja kuparia 840-1200 mg/kg. Koboltin, nikkelin ja mangaanin pitoisuudet olivat alle 1000 mg/kg. Rikin ja raudan ja joidenkin metallien pitoisuudet olivat hieman suurempia hapettuneissa rikastushiekoissa kuin rapautumattomissa hiekoissa. Ero aiheutuu hapettumisprosessiin liittyvästä raudan saostumisesta, missä syntyviin saostumamineraaleihin sitoutuu suurin osa liuenneista alkuaineista (fysikaalinen ja kemiallinen adsorboituminen, ks. taulukko 2).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 9 Rautasulfidipitoisen rikastushiekan kemiallista muutuntaa mitattiin uuttokokeiden avulla rikastushiekkaaltaan länsiosan ja pohjoisosan profiileissa, missä vesipinnan laskua on seurannut rautasulfidien hapettuminen (liite 7). Rautasulfidien hapettuminen ja raskasmetallien ja rikin liukoisuuspotentiaali oli suurinta ylimmissä kerroksissa pieneten alaspäin mentäessä. Veden kyllästämässä osassa kemiallinen muutunta oli sen sijaan vähäistä (ks. liite 7, profiili 2). Suuren rautakiisupitoisuuden ja alhaisen karbonaattipitoisuuden takia vanhan kaivoksen rikastushiekka luokiteltiin happoa tuottavaksi rikastushiekaksi. Altaan länsireunan näyteprofiilin laskennalliset happopotentiaaliarvot vaihtelivat välillä 2-6 ja pohjoisosan välillä 40-50 (taulukko 2). Pohjoisosan hapontuottokyky aiheutui suuresta rautasulfidipitoisuudesta ja pienestä karbonaattipitoisuudesta. Aineksen erilaisuus pohjoisosassa aiheutunee altaan pohjan topografiasta ja läjitysoloista, joiden seurauksena kalkkipitoinen rikastushiekan hienoaines on kulkeutunut ajan oloon altaan keskialueelle korkeammalla olevilta reunaalueilta. Huolimatta suuresta potentiaalisesta hapontuottokyvystä rautasulfidipitoisen rikastushiekan raskasmetallien ja rikin pitoisuus partikkelien pintasidoksissa (adsorptio) oli tulosten mukaan vain kymmenesosa niiden kokonaispitoisuuksista (liite 7 ja taulukko 2). Hapettuneiden jätekerrosten sulfidirapautuminen voitiin tunnistaa raudan ja rikin liukoisuuden kasvun lisäksi lähinnä sinkin ja nikkelin liukoisuuden kasvuna fysikaalista adsorptiota kuvaavassa fraktiossa (potentiaalisesti vesiliukoinen osa). Hapettumiseen liittyvä happamuuden kasvu (ph 4-5) oli kohtalainen. Neutraloitumista seurasi kalsiumin huomattava liukoisuuden kasvu (fys. adsorptio, taulukko 2). Pitemmällä aikavälillä kalsiumin ja myös magnesiumin mineraalivaranto (karbonaatti/silikaattifraktio) ei kuitenkaan riitä neutraloimaan pohjoisosassa tapahtuvaa hapettumisen kasvua. Sen sijaan altaan länsi- ja todennäköisesti myös eteläosan Ca- ja Mg-mineraalivaranto oli vielä rapautumatonta vuoden 2003 havaintojen mukaan. Taulukossa 3 on esitetty eri pohjamaatyyppien metalli- ja rikkisisältöä. Pitoisuudet olivat suurimpia orgaanista ainesta sisältävissä pohjamaissa. Näiden alapuolisissa mineraalimaissa metalli- ja rikkipitoisuudet vastasivat maan luontaista metalli- ja rikkimäärää. Humuksen peittämissä moreenikerroksissa metallit olivat sitoutuneet joko kiintoaineksen pintakomplekseihin (kemiallinen adsorptio) tai sulfideihin. Sen sijaan fysikaalisesti adsorboituneiden (vesiliukoisen) metallien määrä oli pieni kuten myös tiivistyneessä turpeessa. Rikin liukenevuus oli kohonnut, varsinkin altaan pohjoisosassa, missä rikastushiekkapatjan paksuus oli ohut (4 m). Tässä tapauksessa kuten myös muissakin näytteissä rikki oli pääasiassa sulfidifaasissa, mikä viittaa siihen, että rikastushiekan pohjan läpi suotautunut liukoinen rikki kiteytyisi uudelleen rautasulfidiksi pelkistävissä oloissa. Huomionarvoista on myös suhteellisen korkea ph ja pieni fysikaalisesti adsorboituneen alumiinin pitoisuus. Edellä mainittujen havaintojen perusteella arvioitiin, ettei pohjaveden happamoitumisriski ollut rikastushiekan alapuolen irtomaan pohjavedessä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 10 Taulukko 2. ph, Ca-, Mg- ja S-pitoisuuksien jakautuminen geokemiallisiin fraktioihin sekä happopotentiaali (a) näyteprofiileissa 2 ja (b) 4, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalue. Happopotentiaali oli määritetty kokonaisrikkipitoisuuden ja kuningasvesiliukoisen kalsiumin ja magnesiumin summan suhteena (ks. myös liite 5). Fraktioiden kuvaus on esitetty liitteessä 5 (ks. myös tulokset liitteessä 2). (a) Magnesiittihiekka (0-105 cm) ph Fys. adsorptio 83 49 Fys. adsorptio, sulfaatti 14 6,8 Karbonaatti 2907 1731 Kem. adsorptio, sulfaatti 101 Karb./silikaatti 15338 142220 Sulfidi 12985 0,1 Fe-sulfidihiekka, hapettunut (105-210 cm) Fys. adsorptio 9640 114 Fys. adsorptio, sulfaatti 4620 4,4 Karbonaatti 250 0 Kem. adsorptio, sulfaatti 4270 Karb./silikaatti 12637 5092 Sulfidi 44110 2 Fe-sulfidihiekka, osittain hapettunut (210-700 cm) Fys. adsorptio 5030 72 Fys. adsorptio, sulfaatti 906 5,2 Karbonaatti 417 28 Kem. adsorptio, sulfaatti 3648 Karb./silikaatti 5107 8921 Sulfidi 78647 6 Fe-sulfidihiekka, heikosti hapettunut (700-900 cm) Fys. adsorptio 3680 44 Fys. adsorptio, sulfaatti 154 6,3 Karbonaatti 3820 91 Kem. adsorptio, sulf./sulfidi 3746 Karb./silikaatti 3600 15965 Sulfidi 82000 4 Fe-sulfidihiekka, pelkistynyt (900-1100 cm ) Fys. adsorptio 1490 22 Fys. adsorptio, sulfaatti 60 6,3 Karbonaatti 6350 154 Kem. adsorptio, sulfidi (S - ) 1360 Karb./silikaatti 3160 15024 Sulfidi 53580 3 (b) Ca- ja Mg- Ca Mg Rikin fraktiot S Happopotentiaali fraktiot mg/kg mg/kg mg/kg S/(Ca+Mg) Ca- ja Mg- Ca Mg Rikin fraktiot S Happopotentiaali fraktiot mg/kg mg/kg mg/kg S/(Ca+Mg) Magnesiittihiekka (0-130 cm) ph Fys. adsorptio 82 35 Fys. adsorptio, sulfaatti 27 6,7 Karbonaatti 627 34 Kem. adsorptio, sulfaatti 319 Karb./silikaatti 13591 161932 Sulfidi (Sulphide) 6854 0 Fe-sulfidihiekka, hapettunut (130-230 cm) Fys. adsorptio 114 66 Fys. adsorptio, sulfaatti 405 4,0 Karbonaatti 936 360 Kem. adsorptio, sulfaatti 74 Karb./silikaatti 0 2634 Sulfidi 133521 51 Fe-sulfidihiekka, osittain hapettunut (230-330 cm) Fys. adsorptio 70 28 Fys. adsorptio, sulfaatti 74 4,6 Karbonaatti 0 0 Kem. adsorptio, sulfaatti 107 Karb./silikaatti 807 2939 Sulfidi 147820 39

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 11 Taulukko 3. ph, raskasmetalli- ja rikkipitoisuuksien jakautuminen geokemiallisiin fraktioihin rikastushiekka-altaan pohjamaissa, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalue. Fraktioiden kuvaus on esitetty liitteessä 5 (ks. myös tulokset liitteessä 2). ph Al As Co Cu Fe Mn Ni Zn S Fys. adsorptio 6,1 <1 <1 1,4 <0,1 <2 4,9 2,1 0,3 99 Kem. adsorptio/ amorfinen <15 30 0 2,1 593 20 34 1,9 7,6 Silikaatti/sulfidi 7580 <20 18 54 17507 101 10 161 2293 Fys. adsorptio 5,9 <1 <1 2,5 <0,1 <2 2,4 8,6 4,5 360 Kem. adsorptio/ amorfinen mg/kg Pohjamaa: humus + moreeni Profiili 5, 1140-1240 cm Profiili 4, 400-420 cm 39 <10 27 1,9 8160 <1 113 255 3100 Silikaatti/sulfidi 3427 <20 405 708 130290 449 945 1577 76540 ph Al As Co Cu Fe Mn Ni Zn S Fys. adsorptio 5,9 <1 <1 2,7 <0,1 <2 5,4 <0,1 0,3 135 Kem. adsorptio/ amorfinen 477 <10 4,8 1,9 1160 37 13 25 389 Sulfidi/silikaatti 5033 <10 218 393 70040 142 307 1275 40976 Fys. adsorptio 6,5 <1 <1 0,2 <0,1 <2 1,1 <0,1 0,1 5 Kem. adsorptio/ amorfinen mg/kg Tiivistynyt pohjamaa Turve, profiili 2, 1810-1830 cm Hiesu, profiili2, 1990-2010 cm 47 <10 <1 5,7 255 6,8 <2 3,1 196 Silikaatti/sulfidi 17053 <20 18 38 33045 390 37 119 1419 8 RIKASTUSHIEKKA-ALTAAN YMPÄRISTÖN PINTAVESIEN KEMIALLINEN NYKYTILA Rikastushiekka-altaan ympäristön pintavesien kemiallinen laatu ja happamuus vaihtelivat eniten niissä kohteissa, mihin vettä suotautui altaasta joko patopenkereiden ja maapohjan rajapinnalta (tai tiivistyneeltä pengertasolta, kuva 3) tai läjitysaluetta rajaavan kivisen moreenimaan läpi. Maastokartoituksessa mitattiin happamimmat suotovedet, ph 2,7-3,5, rikastushiekka-altaan pääsuotoalueelta, Suursuolta (liite 8). Happamia vesiä suotautui myös Suursuon kaakkoispuolen moreenimäen painanteisiin (selkeytysaltaan ympäristö) ja läjitysalueen luoteispuolen painanteeseen sekä Heinälammen luoteispuolella olevan kaatopaikan lähiympäristössä (ks. kuva 2 ja liite 8). Happamien suotovesien lisäksi Suursuolle tuli lievästi happamia (ph 5,6-6,5) suotovesiä niistä kohteista, missä penkereessä oli karbonaattipitoisia kiviä. Karbonaattimineraalien rapautuessa hapan suotovesi neutraloitui, mistä seurasi muita suotokohteita korkeampi ph. Neutraloitumista esiintyi kuitenkin hyvin pienellä alueella.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 12 Selkeytysaltaan länsipuolella pääosa suotovesistä oli lievästi happamia. Vesien ph kuitenkin laski <4,5, kun ne sekoittuivat pääsuotoalueelta tuleviin happamiin vesiin. Läjitysalueen luoteispuolen happamilla suotovesillä ei ollut maan pinnalla ulosvirtausuomaa. Vedet purkautuivat moreenimäen läpi Suursuolle. Yllä mainittujen suotovesikohteiden vaikutuspiirin ulkopuolisilla alueilla pintaveden ph oli samaa tasoa kuin verrokkikohteissa (läjitysalueen kaakkoisosa, Koiralammen puro, Luikonlahden taajama, Koukelonpuro, liite 8). Pinta- ja suotovesien alkuainepitoisuuksia on esitetty kohdealueittain taulukoissa 4-6. Taulukoista on myös nähtävissä maastossa (ph Maasto) ja laboratoriossa (ph Lab) mitatut ph-arvot sekä laboratoriossa mitattu sähkönjohtokyky, happipitoisuus ja hapen kyllästysaste. Rikastushiekka-altaasta selkeytysaltaaseen ja edelleen Heinälampeen juoksutettavalle vedelle oli tunnusomaista suuret Ca-, Mg- ja Na-pitoisuudet ja sähkönjohtokyky (taulukko 4). Rikkipitoisuus vaihteli 20-100 mg/l. Nikkelipitoisuus oli rikastushiekka-altaassa ja Heinälampeen juoksutettavassa vedessä 0,5-0,6 mg/l (taulukko 4). Pitoisuus aleni viidenteen osaan (0,1 mg/l) Heinälammessa ja Kylmäpuroon juoksutettavassa vedessä. Kylmäpuron alajuoksulla ja ennen laskua Luikonlahteen veden Ni-pitoisuus oli toukokuussa hieman pienempi (0,06-0,09 mg/l) kuin Heinälammessa ollen lähellä vesilupaehtojen mukaista tavoitearvoa (0,08 mg/l). Kuva 3. Suotovesialue rikastushiekka-altaan yläpengertasanteella, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalue (ks. vesinäytteenottokohde 1 liitteessä 3).

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 13 Heinälammen vesi oli muista mittauskohteista poiketen emäksistä (ph>8). Emäksisyys oli seurausta selkeytysaltaasta juoksutettavan veden kalkituksesta. Heinälammesta Kylmäpuroon juoksutettavan vesi oli myös alkumatkalla emäksinen. ph kuitenkin laski, kun veteen sekoittui Koiralammen puron luonnontilaiset vedet ja Kylmäpuron ympäristön suovesiä. Nikkelipitoisuuksiin verrattuna arseenipitoisuuksissa tapahtui päinvastainen muutos (taulukko 4). Pitoisuus oli hyvin pieni (0,003 mg/l) rikastushiekka-altaan pohjoispäässä. Selkeytysaltaassa ja siitä juoksutettavassa vedessä arseenin määrä vaihteli 0,05-0,07 mg/l. Pitoisuus kasvoi kolminkertaiseksi (0,2 mg/l) Heinälammessa ja siitä juoksutettavassa vedessä. Kasvu selittyy Heinälammen korkealla ph:lla. Selkeytysaltaassa ferrisulfaatilla hapetettu arsenaatti kulkeutui juoksutettavassa vedessä kiintoaineksen mukana Heinälampeen ja liukeni Heinälammen lievästi emäksisessä ympäristössä (ph 8). Kylmäpurossa pitoisuudet vaihtelivat 0,09-0,16 mg/l ylittäen lupaehtojen mukaisen tavoitearvon 0,05 mg/l. Rikastushiekka-altaan ja Heinälammen ja siitä Kylmäpuroon juoksutettavan veden muut raskasmetallipitoisuudet olivat pieniä vastaten ympäristön luontaisia pitoisuuksia (vrt. taulukot 4 ja 6). Tästä poikkeuksena oli mangaani, jonka pitoisuus oli verrokkialueiden pintavesien mangaanipitoisuuksia suurempi. Rikastushiekka-altaassa Mn-pitoisuus oli 2,1 mg/l, selkeytysaltaassa ja siitä juoksutettavassa vedessä 0,3-0,4 mg/l. Heinälammen emäksisessä vedessä ja Kylmäpurossa pitoisuus oli <0,1 mg/l. Suursuon alueelle suotautuvat rikastushiekka-altaan suotovedet ja niiden keräysojat sisälsivät runsaasti rikkiä, rautaa, mangaania, alumiinia, sinkkiä ja nikkeliä (taulukko 5). Pitoisuudet vaihtelivat muutamasta mg/l:sta satoihin mg/l alkuaineen mukaan. Suurimmat pitoisuudet mitattiin suotovesinäytteistä. Myös kupari- ja kobolttipitoisuudet olivat kohonneet muutamassa suotokohteessa. Kalsiumin, magnesiumin, kalium ja natriumin pitoisuudet olivat suuria verrattuna verrokkikohteiden vesien vastaavien alkuaineiden pitoisuuksiin (vrt. taulukot 5 ja 6). Metallipitoisuuksien kasvu heijastui sähkönjohtavuuden kohoamiseen. Suotovesien ja niiden keräysojien alkuainepitoisuudet olivat toukokuun mittauksissa keskimäärin sata- tai jopa tuhatkertaiset verrattuna rikastushiekka-altaan veden pitoisuuteen. Yllä mainittujen alkuainepitoisuuksien kasvu oli seurausta rautasulfidien hapettumisreaktioista maapatovalleissa. Patovallit koostuvat altaan puolella vanhasta rautasulfidipitoisesta rikastushiekasta, jota reunustaa ulkopuolelta patomoreeni (P. Huopaniemi, Myllykoski Oy:n kaivosgeologi, suullinen tiedonanto). Patomoreeni oli verhottu vanhan kaivoksen sivukivilouheella, jota oli myös Suursuohon rajoittuvassa tiepenkereessä. Suotovesitulosten perusteella voitiin tulkita, että rautasulfidien hapettuminen oli voimakkainta patovallin ylemmissä kerroksissa (maantien yläpuolinen pato-osa, ks. suotovesi LUI1 taulukoista 5). Hapettuminen tuotti happoa, joka liuotti patovallin rakenteena olevasta rautasulfidipitoisesta rikastushiekasta muita metallisulfideja. Padon läpi suotautuva hapan vesi liuotti myös patomoreenin silikaattiainesta (liukenee Al, K, Na). Patovallin kivilouhe sisältää myös rautasulfidipitoisia kiviä, jotka olivat rapautuneet moroksi ja joista osa suotovesien metalleista ja rikistä on lähtöisin. Metalleista osa sitoutui suotoalueelle ja osa keräysojiin saostuviin rautasaostumiin ja orgaaniseen ainekseen. Tämä heijastui useimpien metallin pitoisuuksien (Fe, Zn, Cu, Co, Cr) vähenemisenä suotokohteesta etäännyttäessä poispäin. Muista metalleista poiketen alumiinin ja varsinkin mangaanin pidättyminen saostumiin ja suovesien orgaaniseen ainekseen oli heikkoa. Tästä syystä suotovesien ph pysyi aina vesien pumppauskaivantoon asti alle neljän (Al:n hydrolysoituminen, ks. kuva 4). Suotovesien keräysojiin sekoittui tehtaalta laskettavia pesuvesiä (kohde 16, liite 3, taulukko 5). Toukokuun vesinäytteessä oli lähes 0,7 mg/l nikkeliä, sen sijaan arseenipitoisuus oli pieni. Vesien nikkeli oli lähtöisin nikkelirikastetta kuljettavien autojen pesuvesistä.

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 14 Taulukko 4. Pintaveden ph, sähkönjohtokyky, happipitoisuus, hapen kyllästysaste ja alkuainepitoisuudet rikastushiekka- ja selkeytysaltaissa ja niiden alapuolisissa vesissä, Heinälammessa ja Kylmäpurossa, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalueen ympäristö. Mittaukset on tehty toukokuussa 2003 otetuista näytteistä (ks. liitteet 3 ja 5). Näyte ph (Maasto) ph (Lab) Sähkönjohtokyky Happi Hapen kyllästysaste Al Ca Mg K Na Si tunnus ms/m mg/l % µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Rikastushiekka-altaan vesi, pohjoisosa 03 LUI 13 6,6 6,7 13,8 7,3 72 166 13,9 11,7 0,93 2,38 2,97 Selkeytysallas 03 LUI 24 6,5 6,5 43,2 6,9 65 33 55,5 32,5 4,13 8,24 5,02 Laskuoja Heinälampeen 03 LUI 27A 6,7 6,7 51,1 7,7 70 30 68,2 38,2 4,56 13,1 5,84 Heinälampi 03 LUI 27B 8,5 8,4 39,7 7,5 65 18 64 23,9 3,22 9,42 3,04 Juoksutus Kylmäpuroon 03 LUI 27 8,4 8,3 42,8 6,8 67 16 64,4 24,6 3,29 9,77 3,08 Kylmäpuro 03 LUI 28 7 8,3 22,2 7,4 70 101 32 13,6 1,79 5,37 2,66 03 LUI 29 7,3 8 37,9 7,5 73 48 54,4 20,6 2,62 8,64 3,18 Heinälammen suotovesialue, länsipuoli 03 LUI 26 6,5 6,4 52,5 5,6 54 13 77,2 37,8 3,74 9,14 3,43 Näyte As Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Zn S tunnus µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l mg/l Rikastushiekka-altaan vesi 03 LUI 13 2,7 0,1 14 0,4 2,2 0,07 2100 505 20 22,1 Selkeytysallas 03 LUI 24 48 0 25 <0,2 3,7 0,47 392 641 16 87,1 Laskuoja Heinälampeen 03 LUI 27A 68 0,1 23 <0,2 9,1 0,05 330 618 29 103 Heinälampi 03 LUI 27B 222 <0,02 1,3 <0,2 1,9 <0,03 77 114 1,8 71,8 Juoksutus Kylmäpuroon 03 LUI 27 221 <0,02 1,3 <0,2 1,5 <0,03 93 124 1,6 72,4 Kylmäpuro 03 LUI 28 94 0 1 0,3 1,7 0,13 61 64 2,4 35,7 03 LUI 29 160 <0,02 1,4 <0,2 1,7 0,03 79 92 2,1 61,2 Heinälammen suotovesialue, länsipuoli 03 LUI 26 0,1 0,1 11 <0,2 1,9 0,08 66 189 22 104

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 15 Taulukko 5. Pintaveden ph, sähkönjohtokyky, happipitoisuus, hapen kyllästysaste ja alkuainepitoisuudet Suursuon pääsuotoalueella ja sen lähiympäristössä, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalueen ympäristö. Mittaukset on tehty toukokuussa 2003 otetuista näytteistä (ks. liitteet 3 ja 5). Näyte ph (Maasto) ph (Lab) Sähkönjohtokyky Happi Hapen kyllästysaste Al Ca Mg K Na Si tunnus ms/m mg/l % µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Patotien yläpuolinen suotoalue (Yläsuoto) 03 LUI 1 2,7 2,8 486 1,4 12 29600 419 265 5,53 10,8 47,9 Ylärinteen suotoveden keräysoja 03 LUI 2 3,3 3,1 234 6 58 6030 488 92,3 6,68 10,9 15,8 Patotien alapoulinen suotovesialue (Alasuoto, Suursuo) 03 LUI 3A 4,5 4,7 208 3,4 32 5660 504 110 8,24 12,1 15,9 03 LUI 3B 5,3 5,3 207 3,5 34 971 511 101 8,74 12 13,4 Suotovesien keräysojat, Suursuo 03 LUI 6 3,2 3,3 167 5,1 48 2540 365 62,8 8,89 10,9 13,1 03 LUI 5 3,4 3,4 161 5,2 49 4540 371 63 8,59 10,3 15,4 03 LUI 4 3,3 3,3 186 6 58 5490 433 90,4 9,54 11,5 15,6 03 LUI 7 5,6 5 199 6 62 791 499 91,7 11,2 13,6 13,8 Pohjoispuolen suotovesien kokoomaoja (poistuva vesi) 03 LUI 9 3,4 3,3 174 6,7 63 3630 407 85,8 8,61 10,9 14,3 Suotovesilampi, läjitysalueen luoteispuoli 03 LUI 15 3,7 3,7 165 6,7 63 301 200 158 5,18 3,42 9,74 Näyte As Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Zn S tunnus µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l mg/l Patotien yläpuolinen suotoalue (Yläsuoto) 03 LUI 1 <4 4,9 1860 438 3730 1730 49300 1940 21200 1900 Ylärinteen suotoveden keräysoja 03 LUI 2 <1 1,7 359 35 803 161 14200 656 3640 653 Patotien alapuolinen suotovesialue (Alasuoto, Suursuo) 03 LUI 3A <0,4 6 196 0,5 144 50,6 15600 970 6100 600 03 LUI 3B <0,4 4,4 163 0,7 76 52,7 14200 800 5080 591 Suotovesien keräysojat, Suursuo 03 LUI 6 <0,2 1 195 0,4 6,2 38,2 15900 636 429 391 03 LUI 5 <0,2 2,7 135 2,1 66 20,5 14000 514 860 406 03 LUI 4 <0,2 3,6 202 6,9 124 26,1 19000 693 3260 520 03 LUI 7 <0,4 0,2 131 0,6 16 45 13000 339 1450 564 Suursuon suotovesien kokoomaoja (poistuva vesi) 03 LUI 9 <0,4 2 175 4,9 70 26,6 17400 510 2380 499 Suotovesilampi, läjitysalueen luoteispuoli 03 LUI 15 0,4 0,9 233 0,6 101 85,1 19300 1020 3070 459

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 16 Taulukko 5. Jatkuu Näyte ph (Maasto) ph (Lab) Sähkönjohtokyky Happi Hapen kyllästysaste Al Ca Mg K Na Si tunnus ms/m mg/l % µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Maantien eteläpuolen suotoalue 03 LUI 8A 3,2 3,2 112 6,7 65 25200 153 57,3 5,86 9,99 24,8 03 LUI 8B 3,2 3,2 116 7,3 69 23400 156 56,5 6,29 10,3 23,3 Metsän suotoalue (läjitysalueen eteläosa) 03 LUI 11 3,5 3,5 121 3,6 33 1820 165 53,9 9,23 11,2 15,4 03 LUI 12 6,2 6,4 66,9 5,3 52 9,8 86,6 51,2 5,71 12,6 5,72 Eteläisten suotovesien keräysoja, Suursuo 03 LUI 17 3,9 4 71,3 7,3 67 5850 108 46,6 5,27 8,05 10,6 Tehtaan pesuvesien laskuoja 03 LUI 16 6,4 6,3 41 6,3 58 411 13,2 9,42 1,69 91,4 7,34 Suursuolta poistuva vesi, radan länsipuolen oja 03 LUI 10 3,7 3,7 119 6,9 66 4540 225 61 6,77 17,6 11,4 Suotovesien pumppausallas, tehtaan alapuoli 03 LUI 20 3,7 3,7 113 6,6 61 4680 208 63,3 6,65 26,9 11,8 Rikastushiekka-altaan pohjoispadon suotoalue 03 LUI 14 6,4 6,3 11,6 7,1 64 308 10,9 12 2,43 0,71 2,2 Selkeytysaltaan eteläpadon suotoalue 03 LUI 23 5,6 5,3 71,1 5,4 52 315 82,9 69,6 6,38 8,98 8,13 Näyte As Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Zn S tunnus µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l mg/l Maantien eteläpuolen suotoalue 03 LUI 8A 0,6 2,4 140 6,8 104 4,72 18200 657 405 254 03 LUI 8B 0,5 2,4 138 4,5 85 4,77 17300 655 428 256 Metsän suotoalue (läjitysalueen eteläosa) 03 LUI 11 <1 0,3 61 1,1 12 130 18500 371 142 285 03 LUI 12 0,2 0,2 45 <0,2 8,4 0,05 5200 274 58,6 128 Eteläisten suotovesien keräysoja, Suursuo 03 LUI 17 <0,2 1,6 128 1,2 27 4,22 12600 437 502 168 Tehtaan pesuvesien laskuoja 03 LUI 16 13 0,6 74 1,4 137 0,67 1900 678 328 75 Suursuolta poistuva vesi, radan länsipuolen oja 03 LUI 10 2,4 1,8 168 3 83 12,2 13600 656 1580 289 Suotovesien pumppausallas, tehtaan alapuoli 03 LUI 20 0,5 2 191 2,6 121 12,5 14100 654 1600 280 Rikastushiekka-altaan pohjoispadon suotoalue 03 LUI 14 5,7 0,2 24 1,8 13 0,43 1300 284 112 18,8 Selkeytysaltaan eteläpadon suotoalue 03 LUI 23 0,4 1,6 227 <0,2 285 14,5 2740 635 891 179

µg/l GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 17 100000 Al Mn 10000 1000 100 10 1 1 3 5 7 ph Kuva 4. ph ja alumiini- ja mangaanipitoisuuksien välinen riippuvuussuhde Suursuon suotovesialueen pintavesissä, Kaavin talkkitehtaan rikastushiekan läjitysalueen ympäristö. Rikastushiekka-altaan pohjoispuolen (LUI 14) sekä selkeytysaltaan maapadoista (LUI 12 ja LUI 23) suotautuvien vesien metallipitoisuudet, nikkeliä lukuun ottamatta, olivat huomattavasti pienempiä kuin Suursuolle tulevien suotovesien pitoisuudet (taulukko 5). Nikkelipitoisuus vaihteli 0,3-0,6 mg/l, Vesien ph vaihteli 5,5-6,5. Ennen suotovesien keräystä ja pumppausta takaisin rikastushiekka-altaaseen Suursuon vedet sekoittuivat radan eteläpuolelta laskeviin vesiin ja kulkeutuivat tehtaan alapuolella olevan lammen kautta entistä Petkelpuroa pitkin Myllypuroon. Näissä vesissä oli hieman suuremmat Mn-, S-, Zn- ja Ni-pitoisuudet kuin verrokkikohteissa (rikastushiekka-altaan vaikutuspiirin ulkopuoliset kohteet, tausta taulukoissa 6). Eroa oli myös maa-alkali- ja alkalimetallipitoisuuksissa. Taulukko 6. Pintaveden ph, sähkönjohtokyky ja alkuainepitoisuudet verrokkikohteissa, Kaavin tehtaan rikastushiekan läjitysalueen ympäristö. Mittaukset on tehty toukokuussa 2003 otetuista näytteistä (ks. liitteet 3 ja 5). Näyte ph (Maasto) ph (Lab) Sähkönjohtokyky Happi Hapen kyllästysaste Al Ca Mg K Na Si tunnus ms/m mg/l % µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Radan länsipuoli, entinen Petkelpuro 03 LUI 19 5,9 4,9 34,4 6,7 63 832 43,5 22,8 3,11 8,15 6,51 03 LUI 21 5,7 4,8 51,8 7,8 77 447 62,4 36,7 4,09 7,77 8,18 Myllypuro 03 LUI 32 6,4 6,3 52 7,7 70 124 69,4 45,5 4,43 3,92 5,49

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS ARKISTORAPORTTI 51/2015 18 Taulukko 6. Jatkuu Näyte As Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Zn S tunnus µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l mg/l Radan länsipuoli, entinen Petkelpuro 03 LUI 19 0,2 0,5 61 0,5 26 1,17 4600 235 467 69,9 03 LUI 21 0,2 0,5 130 0,4 29 2,96 992 423 696 110 Myllypuro 03 LUI 32 0,2 0,2 34 0,3 11 1,94 1130 130 257 120 Näyte ph (Maasto) ph (Lab) Sähkönjohtokyky Happi Hapen kyllästysaste Al Ca Mg K Na Si tunnus ms/m mg/l % µg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Läjitysalueen vaikutuspiirin ulkopuoliset kohteet Läjitysalueelle kaakkoista laskeva puro 03 LUI 25 6,6 6,6 2,5 7,1 70 193 1,85 1,67 0,76 1,39 2,56 Koiralammen puro 03 LUI 30 5,8 5,5 1,9 7,7 70 206 1,7 1,11 0,57 1,22 1,98 Koukkelonpuro 03 LUI 31 5,6 5,6 2,1 7,5 67 272 2,14 0,95 0,83 1,4 2,28 Luikonlahden taajama, uittokanava 03 LUI 22 6,1 6,5 5,9 6,8 67 225 6,56 3,03 1,94 2,17 4,22 Näyte As Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Zn S tunnus µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l mg/l µg/l µg/l µg/l mg/l Läjitysalueen vaikutuspiirin ulkopuoliset kohteet Läjitysalueelle kaakkoista laskeva puro 03 LUI 25 0,2 0,04 0,8 0,6 4 0,36 11 6,8 12 2,52 Koiralammen puro 03 LUI 30 0,2 0,02 0,3 0,5 1,8 0,26 10 2,3 4,6 1,74 Koukkelonpuro 03 LUI 31 0,2 0,02 0,5 0,6 2,2 0,33 10 2,4 4 2,02 Luikonlahden taajama, uittokanava 03 LUI 22 0,2 0,1 2,2 0,6 2,6 0,58 64 12 28 6,05