Kaivannaisjätealueiden rakenteet Geotekniikan päivä 7.11.2013 Minna Leppänen TTY/RAK/MPR
Kaivosteollisuus Suomessa http://www.tem.fi/yritykset/kaivosteollisuus 2
Kaivosteollisuus Suomessa 3
Kaivosteollisuus Suomessa Suomen kaivosteollisuuden tilannekatsaus vuonna 2012, TEM raportteja 23/2012 4
Suomessa on kapasiteettia Suomen kallioperän malmipotentiaali: Nikkeli 12 % Kupari-sinkki 10 % Kulta-platina 8 % Rautametallit 3 % Uraani 1 % Hitech-metallit 2 % Pekka Nurmi http://www.getunderground.fi/web/page.aspx?refid=204 5
Tutkimustoiminta ja tulevaisuus Valmisteilla on noin 10-15 merkittävää uusien kaivosten käynnistämiseen ja jo toimivien kaivosten laajennuksiin liittyvää hanketta. Malminetsintää harjoittaa Suomessa noin 40 yhtiötä. Pekka A. Nurmi and Pasi Eilu : Fennoscandia: mining and mineral potential in the north. High North Seminar, Oslo, Nov. 14-15, 2012 Suomen kaivosteollisuuden tilannekatsaus vuonna 2012, TEM raportteja 23/2012 6
Globaali kaivostoiminta Lähde: Raw Materials Group 2011 7
Lainsäädäntö ja luvat Kaivoslaki 621/2011 Kaivannaisjäteasetus Ympäristönsuojelulaki Vesilaki Laki ympäristövaikutusten arviointimenettelystä Luonnonsuojelulaki Maankäyttö- ja rakennuslaki Useita eri lupia Useita eri lupaviranomaisia Tukes (kaivosviranomainen), AVI, ELY-keskus, Kainuun ELY-keskus (patoviranomainen), kunta, jne. Aikaa kuluu! Suomen kaivosteollisuuden tilannekatsaus vuonna 2012, TEM raportteja 23/2012 8
Kaivannaisjäteasetus Tuli voimaan 5.6.2008, päivitetty 14.3.2013 Kaivannaisjäte kallio- tai maaperässä luonnollisesti esiintyvän orgaanisen tai epäorgaanisen aineksen irrotuksessa taikka sen varastoinnissa, rikastamisessa tai muussa jalostamisessa syntyvä jäte Kaivannaisjätteen jätealue tuotantopaikan yhteydessä oleva alue, johon sijoitetaan siinä syntyvää kiinteää, lietemäistä tai nestemäistä kaivannaisjätettä Kaivannaisjätteen jätehuoltosuunnitelman sisältö Pysyvä jäte mm. raja sulfidirikkipitoisuudelle, vertailu Pima-asetuksen kynnysrajaan tai taustapitoisuuteen, tausräjähdysaineiden typpi tai muut kemikaalit voivat myös rajoittaa Suuronnettomuuden vaaraa aiheuttava kaivannaisjätteen jätealue Määräykset mm. kaivannaisjätteen jätealueen perustamisesta ja hoidosta (7 ), ympäristökuormituksen hallinnasta (8 ), seurannasta ja tarkkailusta (12 ), valvonnasta (13 )sekä käytöstä poistamisesta ja jälkihoidosta (14 ) 9
Kaivannaisjätteet Sivukivi, ylijäämämaa Rikastushiekka Metallien talteenottoprosesseissa syntyvät sakat, kuten neutralointisakka ja mineraalilietteessä olevan kullan natriumsyanadilla tapahtuvassa erotuksessa muodostuva sakka Metallimalmikaivosten sivukivet, rikastushiekat ja muut prosessijätteet: Ni, Cu, Zn, Ag, Au, Cr, Fe Teollisuusmineraali- ja kivituotannon rikastushiekat ja sivukivet karbonaatit, kvartsi, maasälvät, apatiitti, kiilteet, talkki, Mg, Al, Fe Luonnonkivilouhimoiden sivukivet graniitit, diabaasit, dioriitit, vuolukivet, gabrot, migmatiitit, kiilleliuskeet Sivukivivarantoja Virolahdella. Kuva: Mika Räisänen, GTK Kevitsan rikastushiekka-altaat. www.kaivos,fi Suomen kaivosteollisuuden tilannekatsaus vuonna 2012, TEM raportteja 23/2012 10
Kaivannaisjätteiden luokittelu 11
Jätemäärät valtavia 12
ja tilantarve suuri FQM Kevitsa Mining Oy:n yleisesittely www.kaivos.fi 13
Kaivannaisjäteasetus 7 Kaivannaisjätteen jätealueen perustaminen ja hoito Kaivannaisjätteen jätealue on perustettava ja sitä on hoidettava siten, että: 1) jätealueesta ei aiheudu maaperän, vesistön, pohjaveden tai ilman pilaantumista eikä muuta ympäristön pilaantumista tai sen vaaraa ottaen huomioon alueen sijainti sekä alueen geologiset, hydrologiset, hydrogeologiset ja geotekniset ominaisuudet; 2) jätealueesta ei aiheudu pitkänkään ajan kuluessa ympäristön pilaantumista tai sen vaaraa ottaen huomioon syntyvä suotovesi ja muu jätevesi sekä eroosio; 3) jätealueen fyysinen vakaus varmistetaan sekä ympäristön pilaantuminen ja maisemahaitta ehkäistään asianmukaisin rakentein ja suunnitelmallisella hoidolla ja ylläpidolla; 4) jätealuetta seurataan ja tarkkaillaan suunnitelmallisesti ja pätevästi sekä ryhdytään tarvittaviin toimiin, jos jätealue ei ole riittävän vakaa tai alueesta aiheutuu ympäristön pilaantumista tai sen vaaraa; 5) jätealueen ja sen ympäristön maaperä tarvittaessa puhdistetaan tai muutoin kunnostetaan; 6) ryhdytään asianmukaisiin toimiin jätealueen käytöstä poistamiseksi ja sen jälkihoidon järjestämiseksi 14
Kaivannaisjäteasetus 8 Kaivannaisjätteen jätealueesta aiheutuvan ympäristökuormituksen hallinta Kaivannaisjätteen jätealueen toiminnanharjoittajan on: 1) arvioitava kaivannaisjätteestä syntyvän suotoveden ja muun jäteveden määrä ja epäpuhtauspitoisuudet sekä määritettävä jätealueen vesitase toiminnan aikana ja sen käytöstä poistamisen jälkeen; 2) ehkäistävä kaivannaisjätteestä aiheutuva maaperän, vesistön ja pohjaveden pilaantuminen sekä suotoveden ja muun jäteveden syntyä ja jätteestä syntyvää kuormitusta vesiin; 3) kerättävä ja käsiteltävä tehokkaasti jätealueelta syntyvä suotovesi ja muu jätevesi; 4) ehkäistävä jätealueen pölyämistä ja kaasupäästöjä ilmaan. Ympäristöluvassa tai ilmoitusta koskevassa päätöksessä voidaan määrätä, ettei 1 momentin 3 kohdassa säädettyä velvollisuutta tarvitse noudattaa, jos toiminnanharjoittaja ympäristölle aiheutuvan vaaran kokonaisarvioinnin perusteella luotettavasti osoittaa, ettei kaivannaisjätteen jätealueesta voi aiheutua maaperän, vesistön tai pohjaveden pilaantumista taikka muuta ympäristön pilaantumista tai sen vaaraa. Kiinteää, lietemäistä tai nestemäistä kaivannaisjätettä ei saa sijoittaa eikä suotovettä tai muuta jätevettä johtaa vesistöön siten, että siitä aiheutuu vesiympäristölle vaarallisista ja haitallisista aineista annetussa valtioneuvoston asetuksessa (1022/2006) tarkoitettu ympäristönlaatunormin ylitys tai merkittävää vesistön pilaantumista siten kuin ympäristönsuojelulain 50 :n 2 momentissa säädetään. 15
Suomen kaivosten patojen rakenteet YM:n Kaivosstressitesti kesällä 2013 vastaajina 20 kaivosta ja rikastamoa 16 kaivoksella on yhteensä 73 patoturvallisuuslain mukaan luokiteltua kaivospatoa; kolmella kaivoksella ei ollut patoja ja yhdellä oli 5 kpl vesien käsittely- ja tasausaltaita, joiden padotuskorkeus on alle 1,5 metriä ja jotka eivät ole patoturvallisuuslain mukaan luokiteltuja patoja. 8 kaivospatoa kuului 1-luokkaan, joka onnettomuuden sattuessa aiheuttaa vaaraa ihmishengelle ja terveydelle taikka huomattavan vaaran ympäristölle tai omaisuudelle FQM Kevitsa Mining Oy:n Kevitsan kaivoksella Sodankylässä (2 kpl), Nordic Mines Oy:n Laivan kaivoksella Raahessa, Yara Suomi Oy:n Siilinjärven kaivoksella (3 kpl) ja Agnico Eagle Mining Ltd:n Suurikuusikon kaivoksella, Kittilässä (2 kpl). Pääosin kaivospadot (12 kaivosta ja rikastamoa) on rakennettu moreenisydämisinä vyöhykepatoina tai homogeenisina moreenipatoina. Tiivistyskalvoa on käytetty viidellä kaivoksella ja rikastamolla: Kevitsa (bitumigeomembraani), rikkirikasteallas B Luikonlahden rikastamo (geomembraani, LDPE-kalvo), Co-Ni-allas Laivan kaivos (bitumigeomembraani), HPG-1 allas (syanidi) Suurikuusikko (bitumikermitiiviste) CIL ja NP3 (syanidi) Talvivaara (HDPE- kalvo) 16
Suomen kaivosten jätealueiden pohjarakenteet Pääosassa luonnollinen maapohja, joka läpäisee k- arvonsa mukaisesti: moreeni tai turve osassa täydennetty bentoniittimatolla Uusilla kaivosalueilla yleisin keinotekoinen eriste: bitumikermi Kittilä, Suurkuusikko Laivakangas Kevitsa Talvivaaran suunnitelmien mukaan liuosaltaissa tuplakalvo ja välissä tarkkailukerros, sakkaaltaissa ja vesivarastoaltaissa yhdistelmärakenne eli kalvo + bentoniittimatto / moreeni 17
Rikastushiekka-altaan vesitase http://superfund.pharmacy.arizona.edu/sites/superfund.pharmacy.arizo na.edu/files/default_files/pdf/tailingsdepositionstrategies_williams.pdf 18
Rikastushiekka-altaan vesitase sulkemisen jälkeen http://superfund.pharmacy.arizona.edu/sites/superfund.pharmacy.arizo na.edu/files/default_files/pdf/tailingsdepositionstrategies_williams.pdf 19
Vedenpaineen vaikutus suotovirtauksen määrään Tarkastellaan 1 m paksuista maakerrosta Darcyn laki Q = k t A H/h K 10-9 m/s vastaa kaatopaikan mineraalisen pohjan vaatimusta Happoamuodostavien jätteiden alueilla korkea vedenpaine on pysyvä tila, myös sulkemisen jälkeen 20
Pinta-alan vaikutus Tarkastellaan 1 m paksuista maakerrosta Vedenpainekorkeus 1 m Darcyn laki Q = k t A H/h K 10-9 m/s vastaa kaatopaikan mineraalisen pohjan vaatimusta Kaatopaikan pintaala on tyypillisesti luokkaa 5 ha, kaivannaisjätealueiden 20 100 ha 21.3.2017 21
Mitoituksen lähtökohtia Kuormitustekijöitä Pakkasenkestävyys ja lämpötilojen vaihtelu; asennettavuus UV-säteily Kemiallinen kuormitus Täytön aiheuttama kuorma Suuri vedenpaine Luiskastabiliteetti Pistekuormat Pitkäaikaiskestävyys Mahdollisuuksia Kalvotyypin valinta Esim. lämpötilavaihtelujen ja alhaisten lämpötilojen kestävyys: EPDM Kalvon raaka-aineen ja lisäaineiden ohjaus vaatimuksilla Esim. muodonmuutoskestävyys vaatimus HDPE:lle > 15 % tai HP-OIT > 500 min 22
Kuivatuskerroksen merkitys Suomessa sadanta on suurempi kuin haihdunta vettä on liikaa korkea vedenpinta Kuivatuskerros pienentää pohjarakenteeseen kohdistuvaa vedenpainetta ja siten vähentää suotovirtausta Vedet käsittelyyn Edistää myös rikastushiekan ja sakan kokoonpuristumista lisää täyttötilavuutta Kaatopaikan pohja- ja pintarakenteissa on tiivistyskerroksen päällä vähintään 0,5 m paksuinen kuivatuskerros (VnP 861/1997). 23
Valkoinen ja sähköäjohtava kalvo Valkoinen pinta Vauriot erottuvat Lämpötilan nousu vähäisempää: laajeneminen ryppyjä kuivuminen Sähköäjohtava Vaurioiden havaitseminen GSE environmental 24
Kaksoisrakenne USAn kaatopaikkalainsäädännön mukainen rakenne vaarallisen jätteen kaatopaikoilla Yleisesti käytössä muissakin vaativimmissa kohteissa Esimerkki: Tiivistyskalvo HDPE 2.0 mm Kuivatuskerros ja tarkkailukerros; esim. salaojamatto Tiivistyskalvo LLDPE 1.0 mm Mineraalinen tiivistyskerros http://www.ruralwaste.net/rural%20waste %20Management%20Fundamentals/Regu lations.html 25
Kaksoisyhdistelmärakenne Pysyvän vedenpaineen alaisiin rakenteisiin kaksoisyhdistelmärakenne eli kaksi yhdistelmärakennetta päällekkäin, välissä vuodontarkkailukerros Etelä-afrikkalaista kaivosohjeista Department: Water Affairs and Forestry, 2007. Best Practice Guideline A4: Pollution control dams. 26
Kiitos! Anna Tornivaara, MUTKU-päivät 2012 27