Turvallisuuden ja seurannan parantaminen rikastushiekan läjittämisessä kylmissä ilmastoissa

Kaivosteollisuudessa, sekä Suomessa että maailmalla, syntyy paljon hyödyntämättömiä materiaalisivuvirtoja. Yksi merkittävin sivuvirta on rikastushiekka. Rikastushiekka on yleisnimitys materiaalille, jota muodostuu rikastusprosessissa ylijäämänä, kun malmista on erotettu taloudellisesti kannattavimmat yhdisteet kuten arvometallit.

Kestävä kaivostoiminta pyrkii vähentämään ympäristölle aiheutuvaa kuormitusta ja löytämään keinoja sivuvirtojen hyötykäyttöön. Pohjoiset olosuhteet, kuten lumen ja jään läsnäolo, luovat hyödyntämismahdollisuuksille omat haasteensa.

Väitöskirjatyössä tutkittiin rikastushiekkojen käyttäytymistä kylmän ilmaston alueilla. Tutkimuksessa analysoitiin, miten metallimalmikaivosten rikastushiekat routivat ja miten niiden läjitystä voidaan parantaa geoteknisestä näkökulmasta. Tulosten perusteella tutkitut rikastushiekkanäytteet käyttäytyivät jäätyessään luonnonmateriaalien kaltaisesti, joten luonnonmateriaaleille kehitetyt routivuusluokitukset soveltuivat käytettäväksi tutkituille rikastushiekoillekin.

Työssä mitattiin erään kaivoksen rikastushiekka-altaalla roudan tunkeutumista rikastushiekkaan talviaikana, ja mittaustulosten avulla testattiin yksidimensionalisen simulaatiomallin toimivuus. Mallin avulla voidaan arvioida esimerkiksi läjitystavan aiheuttamaa riskiä ikiroutakerrosten syntymiselle läjityksessä. Lisäksi kehitettiin malli, jonka avulla voidaan valita tilanteeseen sopiva testausmenetelmä materiaalin routimiskäyttäytymisen arviointiin.

Myös lennokkien hyödyntämistä testattiin useilla tavoilla. Tässä työssä lennokkimittauksilla (UAV) seurattiin erään kaivoksen rikastushiekka-altailla tapahtuneita muutoksia vuosien 2015–2017 välillä. Lennokkien todettiin olevan käytännöllinen työkalu tarkkailemaan ja keräämään rikastushiekan läjityksen pinnankorkeustietoa noin desimetrin tarkkuudella. Mittauksista luodut pinnanmuutoskartat olivat hyödyllisiä painumien ja muutosten seurannassa. Lennokkien keräämällä mittaustiedolla todettiin olevan useita käyttömahdollisuuksia: sitä voidaan hyödyntää esim. läjitysalueiden suunnittelussa, mitoituksessa ja altaiden käytön aikaisen täyttymisen hallinnan apuna.

Tutkimuksessa kerättiin kirjallisuudesta tietoa rikastushiekka-altaiden pohjarakenteissa käytettävistä yhdistelmärakenteista, jotka ovat Suomessa herättäneet paljon keskustelua niissä tapahtuneiden vuotojen seurauksena. Tutkimusten perusteella laadukkaasti toteutetut pohjarakenteet vähentävät vuotoja ympäristöön. Näiden tulosten perusteella laadittiin toimintamalli, jonka avulla rakentamisprosessia voidaan kehittää ja toteuttaa parempia rakenteita. Väitöstyössä saatuja tuloksia voidaan hyödyntää laajasti kaivosteollisuudessa.