Pohjoisesta kestäviä ratkaisuja kaivosvesien puhdistamiseen uudella tutkimushankkeella

Elokuussa alkaneessa Kaivosvesien uudet käsittely- ja mittausmenetelmät (KaiVesi) -hankkeessa kehitettävät vedenkäsittelymenetelmät perustuvat uusia materiaaleja hyödyntäviin adsorptio eli sitomis- ja hapetustekniikoihin, joiden avulla metalli-, typpi- ja ksantaattijäämiä voidaan poistaa kaivosvesistä.

”Kaivosvesien puhdistaminen kylmissä olosuhteissa voi olla haastavaa. Kansainvälisesti käytössä olevat menetelmät toimivat heikommin kylmässä, eli meillä pohjoisessa noin puolet vuodesta”, kertoo projektitutkija Mika Mahosenaho Oulun yliopistosta.

"Ksantaatit ovat aineita, joita tarvitaan malmin rikastuksessa, mutta ne ovat haitallisia luonnolle. Ksantaatit hajoavat eli häviävät itsestään kaivosaltaissa, mutta kylmässä hitaammin, joten kehitämme tapoja hajottaa ksantaatteja nopeammin", Mahosenaho selventää. Tutkimuksessa tarkastellaan ksantaattijäämien hapetusta peretikkahapolla, joka hajottaa ksantaatteja vesistä.

Ksantaattia tarvitaan noin puoli kiloa yhteen malmitonniin, joten sitä kutsutaan myös tippakemikaaliksi, jota kuitenkin käytetään suuria määriä, sillä kaivoksien louhintamäärät ovat miljoonia tonneja. ”Kaivosten purkuvesien ksantaattipitoisuus on niin pieni, että nykyisin käytössä olevat tekniikat eivät riitä mittaamaan sitä. Mutta vähäinenkin määrä on haitallinen, ja siksi on tärkeää kehittää myös ksantaattien mittaustekniikkaa”, Mahosenaho kertoo.

Vähäisiäkin ainesmääriä voidaan jäljittää epäsuorasti mittaamalla muita, selkeämpiä muuttujia, kuten happamuutta tai nikkelipitoisuutta. Kun eri muuttujista muodostetaan tehokkaat laskentamallit, pitoisuuksia voidaan tarkkailla luotettavasti. Tutkimushankkeessa kehitetään uusia virtuaalianturi- ja analytiikan tekniikoita, joiden avulla kaivosten eri vesijakeiden kemiallista laatua voidaan seurata tarkemmin ja reaaliaikaisesti, optimoida kemikaalien käyttöä ja tarttua nopeasti ongelmatilanteisiin.

Lisäksi tutkitaan, miten kaivosvesien sisältämää typpeä voidaan poistaa tehokkaammin myös talvella, jolloin biologinen typenpoisto ei toimi yhtä hyvin kuin kesällä. Yksi lupaava ratkaisu typen sitomiseen ja poistoon on viime vuosina nopeasti kehittyneiden geopolymeerien käyttö. Geopolymeerirakeet ovat silikaattipohjaisia, muokattuja ja huokoisia kivimäisiä rakenteita, joihin typpi sitoutuu. Rakeet voidaan käyttää uudelleen, ja sitoutunut typpi hyödyntää muun muassa lannoitteena.

Hankkeen toimenpiteet keskittyvät laboratoriomittakaavassa tapahtuvaan kehitystyöhön. Mittaus- ja käsittelymenetelmistä luodaan prototyypit kaivosvesiympäristöön sopiviksi Oulun yliopiston koerikastamossa ja niitä testataan myös kenttäolosuhteissa kaivoksissa. Laskennallisilla menetelmillä vertaillaan uusien keinojen kustannustehokkuutta aiempiin menetelmiin. Yritysyhteistyö Pohjois-Suomessa toimivien kaivannaisalan yritysten kanssa varmistaa, että kehitetyt ratkaisut voivat palvella kotimaisia ja kansainvälisiä tarpeita.

KaiVesi-hankkeen tuloksena syntyy uusia menetelmiä ja tietoa, joiden avulla kaivosten vesienhallintaa voidaan kehittää kestävämmäksi. Samalla luodaan mahdollisuuksia uusille ympäristöalan yrityksille ja työpaikoille Pohjois-Suomeen.

Oulun yliopistosta tutkimusta vetää Kajaanissa toimiva mittaustekniikan yksikkö ja mukana ovat kaivannaisalan yksikkö Oulu Mining School, kuitu- ja partikkelitekniikan yksikkö, sekä ympäristö- ja kemiantekniikan yksikkö. 11 tutkijan kaksivuotinen hanke saa rahoitusta Euroopan aluekehitysrahastosta (EAKR) Pohjois-Suomen ELY-keskuksen kautta sekä yrityksiltä, ja kokonaisbudjetti on noin 740 000 euroa.