Väitös: Laadukkaiden pohjarakenteiden avulla voidaan vähentää kaivoskasojen ympäristökuormitusta

Diplomi-insinööri Anne Tuomelan väitöstutkimus tarkastelee turvallisuuden ja seurannan parantamista 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. Tavallisesti rikastushiekat läjitetään suuriksi kasoiksi kaivosalueelle.

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.

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.

”Kaikki kylmien alueiden rakentaminen vaatii erityishuomiota. Pohjarakenteiden rakentamisen ajoittaminen sulan maan aikaan on suunniteltava ja työvaiheet mietittävä ennakolta selkeiksi. Samoin altaiden käytön aikana on hallittava rikastushiekan jäätyminen ja sulaminen, jotta esimerkiksi vältytään aiheuttamasta patoihin haitallisia painumia etenkin silloin kun patoja korotetaan läjityksen päälle. Toisaalta rikastushiekan routivuusominaisuuksien tunteminen on hyödyllistä, mikäli sitä halutaan käyttää muuten hyödyksi rakentamisessa, kuten kaivosten infrassa”, Tuomela kuvaa.

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 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. Painumia aiheutui tutkittavassa kohteessa pääasiassa konsolidaatiosta eli veden poistumisesta materiaalista, jolloin se tiivistyi sekä sadeveden aiheuttamasta materiaalien kulkeutumisesta. Lennokkien keräämällä mittaustiedolla todettiin olevan useita käyttömahdollisuuksia: sitä voidaan hyödyntää esim. läjitysalueiden suunnittelussa, mitoituksessa ja altaiden käytön aikaisen täyttymisen hallinnan apuna.

Diplomi-insinööri Anne Tuomela väittelee tohtoriksi Oulun yliopistossa tiistaina 21.6.2022. Rakennus- ja yhdyskuntatekniikan alaan kuuluvan väitöskirjan otsikko on: Enhancing the safety and surveillance of tailings storage facilities in cold climates (Turvallisuuden ja seurannan parantaminen rikastushiekan läjittämisessä kylmissä ilmastoissa). Vastaväittäjänä toimii professori Leena Korkiala-Tanttu Aalto-yliopistosta ja kustoksena professori Rauno Heikkilä Oulun yliopistosta. Väitöstilaisuus alkaa Linnanmaalla salissa L10 kello 12, ja sitä voi seurata etäyhteydellä https://oulu.zoom.us/j/66239511147