University of Oulu

Kalkinpolton sivutuotteiden käyttäminen happoa tuottavien rikastushiekkojen kuivapeittomateriaalina

Saved in:
Author: Kinnunen, Juho1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Environmental Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 9.9 MB)
Pages: 141
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201904031384
Language: Finnish
Published: Oulu : J. Kinnunen, 2019
Publish Date: 2019-04-08
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Ronkanen, Anna-Kaisa
Kujala, Kauko
Reviewer: Ronkanen, Anna-Kaisa
Kujala, Kauko
Description:

Tiivistelmä

Kaivosten ympäristövaikutuksista merkittävimpiä on happamien metallipitoisten vesien pääseminen luontoon. Näitä vesiä syntyy kaivoksen elinkaaren vaiheissa ja useista eri lähteistä. Aktiivisen toiminnan päättymisen jälkeen happaman valuman mahdollisia päälähteitä ovat rikastushiekka-altaat ja sivukivikasat, joiden sulkeminen on ongelman ehkäisyn kannalta tärkeää. Monilla muilla teollisuuden aloilla syntyy sivuvirtoja, joilla ei välttämättä ole riittävää menekkiä ja ne saattaisivat soveltua sulkemisessa käytettäviin rakenteisiin. Tässä työssä selvitettiin kalkinpolton sivutuotteiden soveltuvuutta Pyhäsalmen kaivoksen happoa tuottavan rikastushiekan kuivapeitoksi. Työssä rakennettiin pilot-mittakaavan lysimetrikoe, jossa vertailtiin viittä eri peittorakennetta, joista neljä sisälsi kalkinpolton sivutuotteita. Lysimetrien kerrosten läpi suotautunutta vettä analysoitiin kenttämittauksin pH:n, redoxin, happipitoisuuden ja sähkönjohtavuuden osalta ja laboratoriossa niistä analysoitiin alkuainepitoisuuksia. Läpi suotautuneen veden määrää mitattiin koko kokeen ajan. Materiaaleille teetettiin myös vedenläpäisevyys-koe, parannettu Proctor-koe ja ABA-testi materiaalien soveltuvuuden arvioimiseksi.

Työn tulosten perusteella rikastushiekalle ennen rikastushiekka-altaaseen pumppausta suoritettu kalkitus on riittänyt neutraloimaan valuman kokeen ajan, eikä peittämättömästäkään rikastushiekan läpi suotautuneen veden pH alittanut kuutta. ABA-testien perusteella neutralointikyky on kuitenkin pieni ja todennäköisesti loppuu jossain vaiheessa. Kalkkituotteita sisältävien peittojen läpi suotautuneen veden pH oli keskimäärin 0,7 yksikköä korkeampi verrattuna peittämättömään rikastushiekkaan ja 0,4 yksikköä verrattuna moreenipeittoon. Keskimääräisten liuenneiden aineiden konsentraatioiden perusteella kalkkituotteiden käytöstä on hyötyä raudan, mangaanin, sinkin, nikkelin ja koboltin liukoisten pitoisuuksien vähentämisessä. Suotautuneiden vesimäärien avulla lasketut liuenneet kokonaismassat tukevat tätä, mutta erot esimerkiksi moreenipeittoon vaikuttivat pienenevän ajan edetessä. Poltetun kalkin käyttämisestä peitossa ei huomattu kokeen aikana hyötyä verrattuna pääosin kalsiittia sisältäviin peittoihin. Saturoituneen vedenjohtavuuden perusteella kalsiittipohjaisten kalkkituotteiden vedenjohtavuus on liian suuri, jotta ne yksistään täyttyisivät peittorakenteiden vaatimukset. Testattujen sivutuotteiden kemiallisten vaikutusten perusteella niitä voitaisiin harkita esimerkiksi monikerrospeiton osana tai suotaavissa rakenteissa. Lisätutkimuksia kuitenkin tarvitaan esimerkiksi geoteknisistä ominaisuuksista ja muun muassa kustannustarkastelu tulee tehdä kohdekohtaisesti.

Tämän työn tuloksia voidaan käyttää happaman valuman ehkäisemiseen käytettyjen materiaalien valinnassa pohjatietona.

Side products of lime burning as dry cover of acid producing tailings

Abstract

Acid mine drainage (AMD) (also referred as acid rock drainage (ARD)) is one of the most significant environmental impacts of mining. It is produced in several sources during different phases of mining, but after active mining the primary sources are tailings ponds and side rock piles. Closure of these structures is important way to mitigate impacts of AMD on surrounding environment or prevent formation of AMD. Side products possible suitable for closure structures, such as covers, could be utilized. In this thesis, side products of lime burning were studied for their suitability of dry cover of acid producing tailings of Pyhäsalmi metal mine. Pilot-scale lysimeter site was built to compare five different cover structures of which four contained lime burning side products. Water seeping through was analysed by field measurements for pH, redox, dissolved oxygen and electric conductivity and by laboratory tests for dissolved chemical elements. Amount of seepage water was monitored. Hydraulic conductivity was tested for materials and improved Proctor test and ABA-test were conducted for estimation of material suitability.

Based on the result of thesis, liming of tailings before pumping to tailings pond was able to neutralize seeping water throughout the experiment. Even the pH of seepage water through uncovered tailings stayed above 6 during the experiment. However, based on the ABA-test, neutralizing capacity was small and will run out in some point. Cover structures including lime products kept the pH of seepage water averagely 0.7 units higher in contrast to uncovered tailings and 0.4 units higher in contrast to till cover. Based on the average element concentrations, using lime products in cover structure decreased concentrations of iron, manganese, zinc, nickel and cobalt. This is supported by the calculations of total dissolved masses through the test, but the difference to till cover was observed to decrease over time. Using products with burned lime did not show any significant benefit over products mainly of calcite. Based on saturated hydraulic conductivity results, hydraulic conductivity of calcite-based covers was too high for only cover structure. However, materials could be suitable to be used as a part of multi-layered cover or structures that are designed to allow some sort of seepage. Additional research is needed for example about the geotechnical suitability of the materials and cost should be estimated for every utilization site separately.

The results of this thesis can be used as a base knowledge when considering usage of lime-based materials in prevention of AMD.

see all

Subjects:
Copyright information: © Juho Kinnunen, 2019. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.