TEKNILLINEN KORKEAKOULU
MATERIAALI- JA KALLIOTEKNIIKAN OSASTO MATERIAALIEN VALMISTUSTEKNIIKAN JA JAUHEMETALLURGIAN LABORATORIO
Kirsi Anttonen
Rikastushiekan liukoisuustutkimus ja ympäristönormit
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa, syyskuussa 2003.
Työn valvoja:
Työn ohjaajat:
TkL Eeva Ruokonen FL Pentti Sotka
TEKNILLINEN KORKEAKOULU_______ DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä:
Työn nimi:
Päivämäärä:
Sivumäärä:
Kirsi Anttonen
Rikastushiekan liukoisuustutkimus ja ympäristönormit 29.8.2003
93+12
Osasto: Materiaali-ja kalliotekniikan osasto Professuuri: Mak-77 Materiaalien valmistustekniikka Työn valvoja: TkT Professori Mikhail Gasik
Työn ohjaajat: TkL Eeva Ruokonen ja FL Pentti Sotka
Avainsanat: Rikastushiekka, liukoisuustutkimus, kaatopaikkakelpoisuus Diplomityössä on tutkittu Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n kuparin liekkisulatuksessa muodostuvan kuonan, rikastushiekan liukoisuusominaisuuksia ja ympäristövaikutuksia.
Työn tavoitteena on ollut tutkia rikastushiekan todellisia liukoisuusominaisuuksia liukoisuuskokein, verrata tuloksia viranomaisvaatimuksiin, vertailla eri liukoisuustestimenetelmiä toisiinsa ja arvioida rikastushiekan kaatopaikkakelpoisuutta.
Rikastushiekan varastointia säätelevät ympäristönormit. Teoriaosassa on käsitelty jätteiden varastointia säätelevä ympäristölainsäädäntö. Pääpaino on ollut uudessa EU- direktiivissä, joka koskee jätteiden kaatopaikkakelpoisuutta. Teoriaosassa on esitetty työssä käytetyt liukoisuustestit: pH-staattinen-, ravistelu-, kolonni- ja läpivirtaustesti.
Kokeellisessa osassa on esitetty rikastushiekan näytteenotto- ja käsittely sekä ominaisuudet. Liukoisuustesteistä on esitetty koeolosuhteet, käytetyt testimenetelmät ja tulokset. Lopuksi on analysoitu tulokset, verrattu eri testimenetelmiä toisiinsa ja kuvattu uusimman EU-direktiivin vaikutuksia Outokumpu Harjavalta Metals Oy:öön.
Rikastushiekasta ei liuennut juuri lainkaan haitallisia alkuaineita pH-staattisissa bulkkinäytteen testeissä neutraalilla pH-alueella 7-8 (läjitysalueen pH-alue). Neutraalilla pH-alueella tehdyissä testeissä arseeni alitti EU-direktiivin tavanomaisen jätteen kaatopaikan raja-arvot. Arseenia liukeni jonkin verran happamalla ja emäksisellä pH- alueella. pH-staattisissa testeissä eri raekokoluokissa karkeasta raekoosta liukeni hienoa raekokoa enemmän alkuaineita. Kolonni- ja läpivirtaustesteissä arseenin ja antimonin kumulatiiviset pitoisuudet ylittivät EU-direktiivin määrittämät tavanomaisen jätteen kaatopaikan raja-arvot. Ravistelutestissä rikastushiekasta liuenneiden alkuaineiden pitoisuudet olivat alle EU-direktiivin tavanomaisen jätteen kaatopaikan raja-arvojen.
Testimenetelmien vertailussa ravistelutesti osoittautui parhaaksi liukoisuustestiksi nimenomaan rikastushiekalle. Ravistelutesti on helppo ja nopea suorittaa ja testin toistettavuus on hyvä. Ravistelutestissä käytetty deionisoitu vesi sekä mahdollisesti myös testattavan alueen oma sadevesi antavat tietoa rikastushiekan todellisesta liukoisuuskäyttäytymisestä. Vahvoilla hapoilla ja emäksillä tehdyt kokeet voivat vääristää tuloksia, sillä ne eivät simuloi luonnonolosuhteita oikein.
Rikastushiekan sijoittamista tavanomaisen jätteen kaatopaikan alaluokkaan voitaisiin harkita pH-staattisten ja ravistelutestien perusteella (esimerkiksi alaluokka teollisuuskuonille). Kolminkertaiset raja-arvot EU-direktiivissä voitaisiin hyväksyä rikastushiekalle sen heikon vedenläpäisevyyden ja niukkaliukoisuuden vuoksi. Tämä lisäisi turvallisuusmarginaalia. Lisäksi rikastushiekka on homogeenista ja syntyy samassa prosessissa. Läjitysalueen asianmukaiset pohja- ja pintarakenteet ehkäisevät hyvin rikastushiekasta mahdollisesti ympäristöön aiheutuvia haittoja.
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ABSTRACT OF Author:
Title of thesis:
Date:
Number of pages:
MASTER’S THESIS Kirsi Anttonen
Leaching research of concentration sand and environmental laws
29.8.2003 93+12 Faculty:
Professorship:
Department of Materials Science and Rock Engineering Mak-77 Materials Processing and Powder Metallurgy Supervisor:
Instructors:
D.Sc.(Tech.) Professor Mikhail Gasik
Lic.Sc.(Tech.) Eeva Ruokonen and Lic.Ph. Pentti Sotka Key words: Concentration sand, leaching research, validity of land filling In this Master’s thesis the leaching characteristics of concentration sand and the environmental effects at Outokumpu Harjavalta Metals Oy were studied.
Results were compared to the requirements of the authorities and different leaching test methods were compared. The validity of the land fdling of concentration sand was also studied.
Storing of concentration sand is controlled by environmental laws. In the theoretical part of this thesis environmental laws for storing of concentration sand were considered. The main focus of this work is on the new European Union landfill validity directive. The leaching test methods employed were pH-static, shake, column and percolation tests. In the applied part of this thesis sampling and treatment of concentration sand were demonstrated. Conditions, test methods and results of leaching tests have also been demonstrated. I he results of the tests have been analysed and test methods have been compared. The effects of the new European Union directive on Outokumpu Harjavalta Metals Oy have been reported.
Concentration sand was found to be soluble outside neutral pH values. On the landfill pH is between 7 and 8. For example arsenic was more soluble in acidic and basic conditions than in neutral conditions. In pH-static tests (two different particle sizes) coarse particle sizes were more soluble than fine particle sizes. In column and percolation tests concentrations of arsenic and antimony were more than the limit values (the European Union directive on land filling of non-hazardous waste). In shake tests all concentrations of chemical elements were lower than the limits set by the European Union directive on land filling of non-hazardous waste.
Of the four leaching tests compared the shake test for concentration sand is recommend.
The shake test is quick, easy to carry out and reliable. Shake and percolation tests using deionised water simulated the real leaching characteristics of concentration sand. The leaching tests, which were made in strongly acidic or basic conditions, could have given incorrect results.
Concentration sand is homogeneous and it is from a single process. Because of the results of pH-static and shake tests concentration sand can be maybe stored in the subcategory of land filling for non-hazardous waste (directive of European Union). The threefold limit values could be accepted for concentration sand because of it’s poor conductivity and low solubility. The closed formation and surface structure of the storage facility prevent possible environmental damage.
ALKUSANAT
Tämä diplomityö on tehty Outokumpu Research Oy:ssä 3.2.-29.8.2003 välisenä aikana.
Kiitän työni valvojaa TkT professori Mikhail Gasikia työtäni kohtaan osoittamastaan mielenkiinnosta.
Työni ohjaajia TkL Eeva Ruokosta ja FL Pentti Sotkaa kiitän heidän antamastaan ammatillisesta ohjauksesta sekä hyvistä neuvoista ja kommenteista.
Outokumpu Harjavalta Metals Oy:tä kiitän työni rahoituksesta.
Kiitän TkT Kim Fagerlundia mielenkiintoisesta ja haastavasta diplomityön aiheesta.
FM Jorma Saarelle kuuluu kiitos avusta liukoisuustutkimuksissa. Kuonarikastamon käyttöinsinööri DI Saku Junnikkalaa kiitän opastuksesta kuonarikastamolla ja läjitysalueella.
Outokumpu Research Oy:n henkilökuntaa haluan kiittää heidän tarjoamastaan käytännön avustaja hyvästä ilmapiiristä.
Vanhemmilleni kuuluu suuri kiitos koko opiskeluaikaisesta kannustamisesta ja taloudellisesta tuesta. Isovanhempiani kiitän heiltä saamastani tuesta.
Ystäviäni kiitän kannustamisesta ja mieleenpainuvista opiskeluvuosista.
Espoossa 29.8.2003
Kirsi Anttonen
1. JOHDANTO...!
2. TEORIAOSA... 3
2.1. Prosessikuvaus Outokumpu Harjavalta Metals Oy... 3
2.1.1. Kuonarikastamon toiminta... 6
2.1.2. Rikastushiekka... 7
2.1.3. Rikastushiekan varastointi... g 2.2. Jätteiden varastointia säätelevät normit... 9
2.2.1. Ympäristölainsäädäntö... 9
2.2.1.1. Ympäristönsuojelulaki ja -asetus... 9
2.2.1.2. Jätelaki ja -asetus... .... 2.2.1.3. Viranomaiset... 12
2.2.1.4. Patoturvallisuuslaki ja -asetus... 12
2-2.1.5. Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista (861/1997)... 13
2.2.2. Euroopan Unionin neuvoston päätös (2003/33/EC)... 15
2.2.2.1. Kaatopaikkakelpoisuusperusteet... I5 2.2.2.2. Kaatopaikkaluokitus... 17
2.2.2.3. Näytteenotto- ja testausmenetelmät...19
2.3. Testimenetelmät... 20
2.3.1. Liukoisuustestit... 20
2.3.1.1. pH-staattinen testi (akkreditoitu KET3601697)... 21
2.3.1.2. Kolonnitesti (akkreditoitu KET3600197)... 22
2.3.1.3. Kolonnitesti (standardi NEN 7343)... 22
2.3.1.4. CEN-testi (standardi EN 12457)... 23
2.3.1.5. Läpivirtaustesti (standardiluonnos prEN 14405)...24
2.3.1.6. V edenläpäisevyystesti... 25
3. KOKEELLINEN OSA... 27
3.1. Rikastushiekan näytteenotto... 27
3.2. Rikastushiekan näytekäsittely... 27
3.3. Atomiemissiospektrometria (ICP-AES)... 28
3.4. Atomiabsorptiospektrofotometri, grafiittiuunitekniikka (GFAAS)... 29
3.5. Rikastushiekkanäytteen ominaisuudet... 29
3.5.1. Rikastushiekan mineralogia ja kemia...29
3.5.2. Raekoko... 32
3.5.3. Ominaispinta-ala... 32
3.5.4. Rikastushiekassa esiintyviä haitallisia alkuaineita... 33
3.5.4.1. Antimoni... 33
3.5.4.2. Molybdeeni... 33
3.5.4.3. Arseeni... 34
3.6. pH-staattiset testit (akkreditoitu KET3601697)... 37
3.6.1. Kokeiden suorittaminen... 37
3.6.2. Mahdollisia virhelähteitä... 39
3.6.3. pH-staattiset testit bulkkinäytteelle...40
3.6.3.1. pH-staattisten testien koeolosuhteet...40
pH-staattisten testien tulokset ja tulosten analysointi bulkkinäytteelle... 42
3.6.3.3. Laskuja... 57
3.6.4. Raekoon vaikutus liukoisuuteen pH-staattisissa testeissä... 58
3.6.4.1. pH-staattisten testien koeolosuhteet... 58
3.6.4.2. pH-staattisten testien tulokset ja tuloksien analysointi eri raekokoluokille... 50
3.7. Ravistelutestit (standardi EN 12457)... 65
3.7.1. Kokeiden suorittaminen... 55
3.7.2. Ravistelutestien koeolosuhteet... 65
3.7.3. Ravistelutestien tulokset ja tulosten analysointi... 66
3.8. Kolonnitestit (standardi NEN 7343)... 70
3.8.1. Kokeiden suorittaminen... 70
3.8.2. Kolonnikokeiden tulokset ja tulosten analysointi... 70
3.9. Läpivirtaustesti (standardiluonnos prEN 14405)... 77
3.9.1. Kokeen suorittaminen... 77
3.9.2. Läpivirtaustestin tulokset ja tulosten analysointi... 77
3.10. Testimenetelmien vertailua... g0 4. JOHTOPÄÄTÖKSET... .. 5. YHTEENVETO... .. 6. LÄHDELUETTELO... 01
LIITTEET
Liite 1. Outokumpu Harjavalta Metals Oy, tehdasalue 1 Liite 2. Outokumpu Harjavalta Metals Oy, kuonarikastamon prosessikaavio 2 Liite 3. EU-direktiivin (2003/33/EC) mukaiset kaatopaikkavaihtoehdot 3 Liite 4. Rikastushiekan pitoisuusanalyysin tulokset massaprosentteina (VTT) 4
Liite 5. Rikastushiekan raekokoanalyysi (ORC) 5
Liite 6. Rikastushiekan raekoko)akauman määritys (TKK) 7
Liite 7. Kolonnikokeiden tulokset kuvina 1 q
KÄYTETYT MERKINNÄT
Lyhenteet
BAT Best Available Technology (paras mahdollinen käyttökelpoinen tekniikka)
CEN Comité Européen de Normalsation (Eurooppalainen standardointi) ärj esto)
ЕС The Council of the European Union (Euroopan Unioni) EPA U.S. Environmentei Protection Agency (Yhdysvaltain
ympäristöviranomaiset) EU Euroopan Unioni EY Euroopan Unioni
GF AAS atomiabsorptiospektrofotometri, grafiittiuunitekniikka ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry L/S Liquid-Solid ratio (neste-kiinteä-suhde)
LSU Liekkisulatusuuni
ОКНА Outokumpu Harjavalta Metals Oy OMG OMG Harjavalta Nickel Oy ORC Outokumpu Research Oy
prEN Luonnosvaiheessa oleva standardi redox hapetus-pelkistys-olosuhteet VNp Valtioneuvoston päätös
VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
1. JOHDANTO
Työssä tutkittiin Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n (ОКНА) kuparin liekkisulatusprosessissa syntyvän kuonan, rikastushiekan liukoisuusominaisuuksia.
Liukoisuusominaisuuksia tutkittiin erilaisin liukoisuuskokein ja saatuja tuloksia verrattiin viranomaisvaatimuksiin.
Aikaisemmissa rikastushiekan tutkimuksissa haitallisina pitoisuuksina ovat esiintyneet arseeni, antimoni ja molybdeeni. Tiukentuneet ympäristönormit ja tuore EU-direktiivi jätteiden kaatopaikkakelpoisuudesta antoivat aihetta rikastushiekan liukoisuuden tutkimiseen. Rikastushiekan määrä on suoraan verrannollinen tuotannon määrään. Uusien läjitysalueiden pohjarakenteita suunniteltaessa on tärkeä tietää rikastushiekan ominaisuudet ja liukoisuuskäyttäytyminen. Rikastushiekkaa ei oltu aikaisemmin tutkittu eri testimenetelmillä erilaisissa olosuhteissa tämän työn laajuudessa. Työn tavoitteena oli verrata kokeiden tuloksia viranomaisvaatimuksiin, tehdä johtopäätökset rikastushiekan liukoisuusominaisuuksista ja arvioida rikastushiekan kaatopaikkakelpoisuutta uuden EU-direktiivin (2003/33/EC) puitteissa sekä verrata eri testimenetelmiä toisiinsa.
Teoriaosassa esitellään Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n toiminta, jätteiden varastointia säätelevä lainsäädäntö, uusi EU-direktiivi sekä tässä työssä käytetyt liukoisuustestimenetelmät.
Kokeellisessa osassa esitellään rikastushiekan näytteenotto, näytekäsittely sekä ominaisuudet. Eri liukoisuustesteistä kuvataan testimenetelmät, koeolosuhteet, tulokset ja tulosten analysointi. Eri testimenetelmiä vertaillaan keskenään ja arvioidaan lainsäädännön perusteella rikastushiekan kaatopaikkakelpoisuutta.
Lopuksi arvioidaan uusimman EU-direktiivin vaikutuksia ОКНА:aan.
Työssä ei ole tutkittu tai arvioitu rikastushiekan hyötykäyttömahdollisuuksia tai sen mahdollisia esikäsittelyvaihtoehtoja. Läjitysalueen pohjarakennevaihtoehtoja ei ole selvitetty. Liekkisulatusuunista ja konvertterista tulevien kuonien
alkuainepitoisuuksia ja koostumusta ei ole selvitetty erikseen. Rikastushiekan ominaisuuksien muuttamista sekoittamalla siihen jotakin toista ainetta ei ole tutkittu.
2. TEORIAOSA
2.1. Prosessikuvaus Outokumpu Harjavalta Metals Oy
Outokumpu Harjavalta Metals Oy (ОКНА) kuuluu kansainväliseen metalli- ja teknologiakonsemiin Outokumpu Oyj:öön. ОКНА valmistaa tehtaallaan kupananodeja Harjavallassa. Kuparia valmistetaan rikasteista Outokummun kehittämällä liekkisulatusmenetelmällä, jonka lopputuotteena saadaan kuparianodeja.
Anodeista tehdään kuparikatodeja Porin elektrolyysissä. Kuparin markkinointi tapahtuu Espoossa. Prosessin sivutuotteita ovat Harjavallassa mm. rikkihappo ja nestemäinen rikkidioksidi. Harjavallan tehtaalla muodostuu prosessikuonia ja prosessisakkoja, kuten rikastushiekkaa, rakeistettua kuonaa ja kipsisakkaa. Ne käsitellään tehtaalla ja varastoidaan tehtaan sijoitusalueille. Lisäksi tehdas sulattaa nikkelirikastetta OMG Harjavalta Nickel Oy:lle nikkelin valmistusprosessia varten.
Prosessista saadaan Porin elektrolyysissä mm. kultaa, hopeaa, seleeniä, platina- palladiumrikastetta, puunkyllästysainetta sekä kupari- ja nikkelisulfaattia. /1/ /61 Kuparin valmistukseen tarvittavat raaka-aineet, muut aineet, syntyvät päästöt sekä tuotteet ja sivutuotteet on esitetty makromittakaavassa kuvassa 1. Taulukossa 1. on esitetty muutamia tuotannon tunnuslukuja tuotteista, kuonista ja sakoista.
Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n tehdasalue on esitetty liitteessä 1.
Kuva 1. Kuparinvalmistuksen materiaalivirrat /2/.
3
Taulukko 1. Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n tuotteet sekä kuonat ja sakat tonneina vuodessa (vuonna 2000) /3/.
tuotteet tonnia/vuosi kuonat ja sakat tonnia/vuosi m3/vuosi
kupari 165 000 rikastushiekka 320 000 150 000
nikkelikivi 60 000 raekuona 150 000 65 000
rikkihappo 600 000 kipsisakka 5 000
Useasta eri kaivoksesta louhittava kuparimalmi rikastetaan ja tuodaan tehtaalle, jossa rikaste sulatetaan ja jatkojalostetaan kupariksi. OKHA:ssa kuparin valmistusprosessi alkaa rikasteen tyhjennyksellä junanvaunuista. Rikaste kuljetetaan hihnakuljettimella varastoon, johon sen annetaan pudota ylhäältä alas eri rikastelajien muodostamiksi kasoiksi. Kasat sekoittuvat jonkin verran keskenään, jolloin eri rikastelajit sekoittuvat ja lajittuvat. Traktori kerää tietyn ohjeen mukaisesti rikastetta (sopiva määrä kutakin rikastetta) ja kuljettaa päiväsiiloihin. Päiväsiilot täytetään yläkautta ja tyhjentyvät alakautta, jolloin keskelle siiloa muodostuu kuoppa ja reunoille kerääntyy rikastetta (eri ikäinen rikaste->eri lajeja->lajittumista eri raekokojen suhteen -> heterogeeninen rikaste). Rikasteen alkuainepitoisuudet vaihtelevat rikasteen alkuperämaan malmikoostumuksen mukaan. Päiväsiiloista kerätään rikasteita kuljettimelle määrätyn panoskoostumuksen muodostamiseksi. Syöttöseos kuivataan höyrykuivaimella, ammutaan paineella ylös 6. kerrokseen rikastepolttimelle, esilämmitetään ja syötetään liekkisulatusuuniin (LSU). Uniin syötetään myös metalliromua, kuonanmuodostajia, jätelämpökattilan ja sähkösuodattimen lentopölyä sekä happirikastettua ilmaa. /4/
Kuparinvalmistuksen prosessikaavio on esitetty kuvassa 2.
Cu-rikaste, hiekka
KUPARISULATON VIRTAUSKAAVIO
KUPARI ANODI
Kuva 2. Kuparinvalmistuksen prosessikaavio. Lähde: ОКНА.
Liekkisulatusuuni muodostuu reaktiokuilusta, alauunista ja nousukuilusta. Reaktiot tapahtuvat autogeenisesti reaktiokuilussa. Liekkisulatus on eksoterminen prosessi, jossa rauta ja rikki (rautasulfidit) muodostavat sopivissa olosuhteissa hapettuessaan (palaessaan) kuparin sulatuksessa tarvittavan lämmön. Uunin lämpötila on noin 1300°C. Kuparimalmista muodostuu kemiallisten ja fysikaalisten reaktioiden kautta kuparia ja rikkiä (kuparikivi), rautaoksidia ja silikaatteja (kuona) ja rikkidioksidia.
Kuparisulfidista ja hapesta muodostuu kuparioksidia ja rikkidioksidia. Kuparioksidi ja rautasulfidi muodostavat reagoidessaan keskenään kuparisulfidia ja rautaoksidia (Reaktioyhtälöt 1-3). Sulatuksessa kuparikivi laskeutuu alauunin pohjalle ja kuona jää kevyempänä pinnalle. Kivi ja kuona eivät sekoitu keskenään. Sulatuksen jälkeen kuparikiven kuparipitoisuus on noin 68 % /1/. Kuona lasketaan pataan, kuljetetaan kuonanjäähdytysalueelle ja sieltä kuonarikastamoon. Kuona jäähdytetään vedellä, jolloin siihen muodostuu haluttu rakenne jatkokäsittelyä varten. /4/ /51 /6/
Kupari muodostuu sulfideista kemiallisten ja fysikaalisten reaktioiden seurauksena seuraavien reaktioyhtälöiden mukaisesti (Reaktioyhtälöt 1-4) 15/.
FeS(kivi) + l,502(kaasu) -» FeO(kuona) + S02(kaasu)
Cu2S(kivi) + l,502(kaasu) -> Cu20(kuona) + S02(kaasu)
Cu20(kuona) + FeS(kivi) Cu2S(kivi) + FeO(kuona)
Cu2S(kivi) + 02(kaasu) ^ Cu(sula) + S02(kaasu)
(1)
(2)
(3) (4)
Kuparikivi, koksi, hiekka ja kivilinssi syötetään konvertteriin (Peirce-Smith), jossa kemialliset reaktiot jatkuvat. Kuparisulfidi ja happi reagoivat keskenään muodostaen metallista kuparia ja rikkidioksidia (Reaktioyhtälö 4). Konvertterista saadaan raakakuparia eli blisterkuparia (kuparipitoisuus on noin 99 % /1/) ja muodostunut kuona kuljetetaan jäähdytysalueelle ja sieltä kuonarikastamoon. Blisterkupari syötetään anodiuuniin propaanin ja ilman kanssa, valetaan anodilevyiksi, jäähdytetään vedellä ja kuljetetaan elektrolyysiin kuparikatodien valmistusta varten
(kuparikatodin kuparipitoisuus on yli 99.995 % /1/). /4/ /5/ /6/
Prosessissa muodostuvat kaasut kerätään lämmöntalteenottokattilaan.
Sähkösuodattimen kautta kaasut johdetaan rikkihappotehtaalle, jossa rikkidioksidista valmistetaan rikkihappoa ja nestemäistä rikkidioksidia, pesuhappoa ja oleumia (savuavaa rikkihappoa). Ilmaan päästettävät kaasut puhdistetaan kuitusuodattimella.
Liekkisulatusuunissa muodostuva lämpö kerätään talteen ja hyödynnetään
tehdasalueella. Osa prosessin vesikierroista on suljettuja. OKHA:n kuparinvalmistusprosessi kokonaisuudessaan on parasta mahdollista käyttökelpoista tekniikkaa (BAT) /7/. IM /4/
2.1.1. Kuonarikastamon toiminta
Kuparin valmistusprosessista kuonaa tulee kuonarikastamoon keskimäärin (75 %)
alkuainekoostumukset poikkeavat toisistaan. Esimerkiksi eräässä tutkimuksessa (2001 ) LSU-kuonan kuparipitoisuus oli 1.51-2.07 % ja konvertterikuonan 7.97-23.8 %. Arseenipitoisuus LSU-kuonassa oli 0.15-0.28 % ja konvertterikuonassa 0.01-0.07 %. Kuonarikastamon syötteen arseenista yli 90 % tulee liekkisulatusuunin kuonan ja alle 10 % konvertterikuonan kautta. /8/
Liekkisulatusuunin ja konvertterin kuona kuljetetaan kuonanjäähdytysalueelle, jäähdytetään vedellä ja siirretään kuonarikastamoon (kuonarikastamon prosessikaavio, Liite 2). Ennen kuonarikastamolle tuontia lohkareinen kuona paloitellaan hydraulivasaralla ja seulotaan paloiksi, lohkareiksi ja murskeeksi, jonka jälkeen materiaalit syötetään pala- ja lohkaremyllyihin. Kupari erotetaan mahdollisimman tarkasti vaahdotusprosessilla. Rikasteeksi kelpaava aines syötetään takaisin kuparinvalmistusprosessiin, liekkisulatusuuniin. Jäljelle jäävää kuonajätettä kutsutaan rikastushiekaksi ja se siirretään putkea pitkin tehtaan vieressä olevalle läjitysalueelle. /4/
2.1.2. Rikastushiekka
Rikastushiekka on niukkaliukoista hiekkaa, joka koostuu muutamista pää- ja sivukomponenteista. Rikastushiekan pääkomponentit ovat fayaliitti (Fe2Si04), magnetiitti (Рез04), vähiäsi (Si(Al,Fe,Ca)02-3), metallinen kupari (Cu), kuparisulfidit (Cu2S, CuS, CuFeS2) ja kupariarsenidit (Cu5As2). Lisäksi hiekassa havaitaan pieninä pitoisuuksina myös rauta-arsenideja (FeAs), lyijyhohdetta (PbS), baryyttia (BaS04), pentladiittia ((Fe,Ni)9Sg), kvartsia ja (Cu-Fe-Sn-Sb)-faaseja. Aikaisemmin (vuonna 2001) tutkittu rikastushiekka sisälsi pääosin rautaa ja piitä. Prosentteina rikastushiekka sisälsi noin 41.3 % Fe (tämä on metallisen raudan osuus, oksidisena osuus on suurempi), 30.8 % Si02, 4.4 % A1203, 2.03 % Zn, 0.45 % Cu, 0.31 % Ph, 0.19 % Ni, 0.16 % Sn, 0.12 % As sekä muita alkuaineita vähäisiä määriä (C, Cd, Cl, Co, Cr, Mo, Sh, S, Mg, Na). Rikastushiekasta noin 57 % oli raekooltaan alle 20 mikrometriä ja 94 % oli alle 53 mikrometriä. Aikaisemman rikastushiekkatutkimuksen perusteella arseenista 74-81 % oli sitoutunut kupariarsenideihin, 6-7 % fayaliittiin ja välilasiin sekä noin 4 % magnetiittiin ja kuparisulfideihin. /9/
Rikastushiekalle on tehty mm. kaatopaikkakelpo i suustestej ä ja hyötykäyttöselvityksiä. Testeinä on käytetty erilaisia liukoisuustestejä. Selvityksissä tulosten arvioiminen on ollut hankalaa yksiselitteisten raja-arvojen puuttuessa.
EUsta ei ole vielä tullut lopullisia, virallisia määräyksiä mm.
kaatopaikkakelpoisuuden toteamiseen ja testausmenetelmien valintaan. Testituloksia on verrattu muissa maissa saatuihin vastaaviin tuloksiin ja mm. käytettyihin kaatopaikkakriteereihin sekä tehty johtopäätöksiä näiden perusteella. pH-staattisen testin tuloksia on karkeasti verrattu (materiaalin oma pH) saksalaisiin, itävaltalaisiin ja ranskalaisiin ravistelutesteihin sidottuihin kriteereihin. pH neljässä tehtyjä pH- staattisten testien tuloksia on verrattu Yhdysvaltain ympäristöviranomaisten (EPÄ) asettamiin enimmäisliukoisuusarvoihin. Kolonnitestin tuloksia on verrattu hollantilaisiin kaatopaikkakriteereihin. VTT:n vuonna 2001 tekemässä nkastushiekan kaatopaikkakelpoisuustestissä (kolonnitesti) hiekasta liukeni jonkin verran arseenia ja antimonia. Muiden alkuaineiden pitoisuudet eivät olleet merkittäviä verrattuna muiden maiden kriteereihin. pH-staattisissa testeissä metallien pitoisuudet eivät ylittäneet tavanomaisen jätteen kaatopaikan raja-arvoja (hiekan omassa pH-arvossa). Testeissä mm. arseenin liukoisuus muuttui pH:n funktiona.
Vähäisintä arseenin liukoisuus oli pH-alueella 7-8. /22/
2.1.3. Rikastushiekan varastointi
Rikastushiekka pumpataan kuonarikastamosta lietteenä putkea pitkin tehtaan viereiselle Lammaisten läjitysalueelle. Allasmainen kuona-alue täytetään reunoilta monesta eri kohdasta. Karkearakeinen osa hiekasta laskeutuu 5-10 metrin etäisyydelle purkulinjasta ja hienoaines alueen keskelle. Alueen kuivavara eli reunapadon harjan ja alueen vesipinnan erotus on vähintään puolitoista metriä.
Läjitysalueiden rakentaminen aloitetaan tekemällä aloituspato alueelta saatavista maamassoista. Läjitysalueen saavutettua määrätyn korkeuden sen pinnalle tehdään asianmukaiset pintakerrokset. Läjitysalueen keskeltä kerätään vettä talteen, pumpataan takaisin kuonarikastamoon ja puhdistetaan vedenkäsittelylaitoksella.
Kuonarikastamon vesikierrot ovat suljettuja.
Varastointialueen rakentaminen ja käyttö on luvanvaraista toimintaa. Alueen patorakenteiden suunnittelussa ja rakentamisessa noudatetaan patoturvallisuuslakia ja -asetusta. Pohjarakenteiden suunnittelussa ja rakentamisessa sovelletaan
Valtioneuvoston päätöstä kaatopaikoista. /31 /4/
Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n tehdasalue läjitysalueineen on esitetty liitteessä 1.
Jätteiden varastointia säätelevät normit
2.2.1. Ympäristölainsäädäntö
2.2.1.1. Ympäristönsuojelulaki ja -asetus
Ympäristönsuojelulain tavoitteena on ennalta ehkäistä ympäristön pilaantumista, poistaa ja vähentää pilaantumisesta aiheutuneita vahinkoja sekä ehkäistä jätteiden syntyä ja haitallisia vaikutuksia. Tavoitteisiin kuuluu ympäristövaikutusten arvioimisen parantaminen koskien ympäristöä pilaavaa toimintaa sekä yleisesti tukea kestävää kehitystä. Lisäksi lain tavoite on turvata terveellinen ja luonnontaloudellisesti kestävä, monimuotoinen ympäristö sekä vähentää ilmastonmuutosta.
Ympäristönsuojelulakia sovelletaan toimintaan, joka saattaa aiheuttaa tai aiheuttaa ympäristön pilaantumista. Tätä lakia sovelletaan myös jätettä tuottavaan toimintaan, jätteen hyödyntämiseen ja käsittelyyn.
Ympäristön pilaantumisella tarkoitetaan ihmisen toiminnasta aiheutuvaa aineen, energian, melun, tärinän, säteilyn, valon, lämmön, tai hajun päästämistä ympäristöön, mikäli nämä aiheuttavat mm. terveyshaittaa, haittaa luonnolle, ympäristön viihtyisyyden tai kulttuuriarvojen vähentymistä.
Yleisinä periaatteina ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavassa toiminnassa ympäristönsuojelulaissa mainitaan ennaltaehkäisyn ja haittojen minimoinnin, varovaisuus- ja huolellisuus-, aiheuttamis-, parhaan käyttökelpoisen tekniikan ja
ympäristön kannalta parhaan käytännön periaate. Ennaltaehkäisy ja haittojen minimointi tarkoittaa haitallisten ympäristövaikutuksien ennaltaehkäisyä ja mahdollisten vahinkojen vaikutusten minimointia. Varovaisuus- ja huolellisuusperiaate ottaa huomioon pilaantumisvaaran todennäköisyyden, onnettomuusriskin ja mahdollisuudet estää onnettomuus. Ympäristön karmalta parhaan käytännön periaate pitää sisällään tarkoituksenmukaiset ja kustannustehokkaat toiminnat ja niiden yhdistelmät.
Toiminnassa, joka voi aiheuttaa ympäristön pilaantumista on noudatettava ympäristönsuojelulain lisäksi jätelain (1072/1993) pykälissä 4 ja 6 säädettyjä yleisiä velvollisuuksia. /10//12/
Valtioneuvosto voi täydentää ympäristönsuojelulakia tarvittavin asetuksin ja määräyksin. Valtioneuvosto voi asetuksella säätää mm. ympäristön laatuun ja päästöihin liittyviä asioita. Tällaisia ovat mm. ympäristön tilan tarkkailu ja seuraavien toimintojen rajoittaminen tai kokonaan kieltäminen: ympäristölle tai terveydelle vaarallisten aineiden päästäminen ympäristöön sekä vaarallisia aineita sisältävän lietteen päästäminen ja sijoittaminen ympäristöön. /10/
Ympäristönsuojeluasetuksessa määritellään ympäristöluvan vaativat toiminnat.
Luvanvaraista toimintaa on mm. metsä-, metalli- ja kemianteollisuuden toiminta.
/11/
2.2.1.2. Jätelaki ja -asetus
Jätelain tavoitteena on tukea kestävää kehitystä siten, että luonnonvaroja käytetään järkevästi. Lisäksi jätelaki pyrkii ehkäisemään tai torjumaan terveydelle tai ympäristölle jätteistä mahdollisesti aiheutuvaa haittaa ja vaaraa. Lakia sovelletaan jätteisiin, niiden syntymisen ehkäisemiseen, niiden sisältämien vaarallisten tai haitallisten ominaisuuksien vähentämiseen, jätteen hyödyntämiseen, jätehuollon vaihtoehtoiseen järjestämiseen, roskaantumisen estämiseen ja roskaantuneen alueen puhdistamiseen. Jätelaissa jätteellä tarkoitetaan ”ainetta tai esinettä, jonka sen haltija on poistanut tai aikoo poistaa käytöstä taikka on velvollinen poistamaan käytöstä”.
Ongelmajätteellä tarkoitetaan jätettä, joka kemiallisen tai muun ominaisuutensa takia voi aiheuttaa erityistä vaaraa tai haittaa terveydelle tai ympäristölle”.
Jätelaki mainitsee yleisenä huolehtimisvelvollisuutena, että kaikessa toiminnassa pyritään mahdollisimman vähäiseen jätteiden tuottamiseen, järkevään jätehuollon järjestämiseen sekä terveydelle ja ympäristölle jätteistä aiheutuvien haitallisten vaikutusten minimointiin. Tämä tarkoittaa, että tuotannon harjoittajan on käytettävä raaka-aineita säästeliäästi ja on mahdollisuuksien mukaan korvattava raaka-aineita jätteellä. Tuotteiden tulisi lisäksi olla joko kestäviä, korjattavia, uudelleen käytettäviä
tai jätteenä hyödynnettäviä.
Jätehuollossa tulee ensisijaisesti hyödyntää jätteen sisältämä aine ja toissijaisesti sen sisältämä energia. Jätelaki edellyttää jätehuollossa käytettävän parasta mahdollista taloudellisesti käyttökelpoista tekniikkaa. Jätettä ei saa käsitellä hallitsemattomasti.
Erilaatuisia jätteitä tai ongelmajätteitä ei saa sekoittaa keskenään tai muihin jätteisiin.
Tämä voidaan tehdä ainoastaan silloin, jos sekoittaminen on turvallista jätteenkäsittelyä tai hyödyntämistä.
Tuotannon harjoittajalla, tuotteen valmistajalla tai maahantuojalla on oltava riittävän hyvä tieto tuotannossaan tai tuotteestaan syntyvän jätteen terveys- ja ympäristövaikutuksista. Jätteen alkuperä, laji ja laatu on oltava jätteen haltijan tiedossa. Lisäksi on selvitettävä jätehuollon järjestäminen sekä mahdollisuudet vähentää jätteen määrää ja haitallisuutta. Tuotannon ja tuotteiden kehittelyssä tulee huomioida mahdollisuus vähentää jätteen määrääjä haitallisuutta. /12/
Jäteasetuksella annetaan tarkennuksia jätelakiin. Myöhemmin laadittu säädöskokoelma voi muuttaa jäteasetuksen sisältöä. Jätteet jaetaan 16 jäteluokkaan.
Osa jäteluokista voidaan katsoa ongelmajätteiksi niiden ominaisuuksien, sisältämien aineiden tai materiaalien vuoksi. Tällaisia ominaisuuksia ovat mm. ärsyttävyys, haitallisuus ja myrkyllisyys. /13/ Jäte on ongelmajätettä, jos sillä on vähintään yksi säädöskokoelmassa mainituista ominaisuuksista. Myrkyllisien aineiden pitoisuuksista jätteessä on säädetty raja-arvot, jotka vaihtelevat 0.1-25 painoprosentin välillä. Jäte luokitellaan vaaralliseksi, mikäli pitoisuudet ylittyvät /14/
/15/.
Jäteasetuksessa luetellaan ongelmajätteet luonteen ja toiminnan mukaan, jossa ne ovat syntyneet. Ongelmajätteitä ovat mm. tuhkat, kuonat sekä metalleja tai metalliyhdisteitä sisältävät nesteet ja lietteet. Mikäli jäte sisältää esimerkiksi kupariyhdisteitä, arseenia tai arseeniyhdisteitä, seleeniä tai seleeniyhdisteitä, se luokitellaan ongelmajätteeksi. Poikkeustapauksissa alueellinen ympäristökeskus voi muuttaa ongelmajätteeksi nimetyn jätteen muuksi jätteeksi, mikäli siitä ei todistettavasti löydy yhtään ongelmajätteen määrittelevää ominaisuutta. /13/
2.2.1.3. Viranomaiset
Valtion viranomaisena toimii ympäristöministeriö, joka ohjaa, seuraa ja kehittää ympäristönsuojelulain mukaista toimintaa. Ympäristöviranomaiset jaetaan val venta
ja lupaviranomaisiin. Ympäristölupaviranomaisia ovat ympäristölupavirastot ja alueelliset ympäristökeskukset. Lupaviranomaiset myöntävät tarvittavat ympäristöluvat. Valvontaviranomaisia ovat alueellinen ympäristökeskus ja kunnan ympäristönsuojeluviranomainen. Ensin mainittu ohjaa ja edistää ympäristönsuojelulaissa ja säädöksissä mainittujen tehtävien hoitamista alueellaan sekä valvoo säädösten noudattamista. Kunnan ympäristönsuojeluviranomainen huolehtii kunnalle kuuluvat ympäristönsuojelulain mukaiset lupa-ja valvontatehtävät sekä käyttää päätöksenteossa ympäristönsuojelun yleisen edun puhevaltaa.
Asiantuntijaviranomaisiksi tai laitoksiksi voidaan valtuuttaa valtion viranomaiset ja tutkimuslaitokset. Ympäristöministeriö voi tarvittaessa määrätä edellä mainitun asiantuntijalaitoksen ympäristöalan kansalliseksi vertailulaboratorioksi. /10/
2.2.1.4. Patoturvallisuuslaki ja-asetus
Patoturvallisuuslaki ja —asetus koskee turvallisuutta padon rakentamisessa ja käytössä. Pato tarkoittaa pysyvään käyttöön tarkoitettua patoa sekä siihen kuuluvia rakennelmia ja laitteita. Laki koskee patoja riippumatta siitä, mistä aineesta tai millä tavalla se on rakennettu tai mitä ainetta padotusaltaassa säilytetään. Lakia sovelletaan patoon, jonka korkeus on vähintään kolme metriä sekä matalampaan patoon, mikäli siitä saattaa onnettomuuden sattuessa aiheutua vaaraa ihmisille tai ympäristölle.
Padon korkeus lasketaan patorakennelman ulkorajan alimman kohdan ja padotun aineen ylimmän tarkoitetun yläpinnan välisenä korkeuserona. Padotun aineen ylin korkeus mainitaan lupapäätöksessä. Mikäli tällaista korkeutta ei ole mainittu, ylimmäksi korkeudeksi määrätään rakentamisasiakirjoissa määritelty korkeus. Padon täytyy olla rakenteeltaan ja kestävyydeltään sellainen, ettei siitä aiheudu turvallisuusvaaraa.
Padon omistajalla on velvollisuus pitää pato sellaisessa kunnossa, ettei siitä aiheudu vaaraa tai yleistä etua loukkaavia haitallisia seurauksia. Padon omistajan tulee selvittää patoaan koskevat määräykset sekä noudattaa niitä. Padon omistajalla tulee olla patoa koskeva turvallisuuskansio ja valmiiksi laadittu turvallisuustarkkailuohjelma. Mahdollisista uhista ja onnettomuuksista tulee ilmoittaa välittömästi viranomaiselle. /16/
2.2.1.5. Valtioneuvoston päätös kaatopaikoista (861/1997)
Valtioneuvoston päätöksen (VNp) kaatopaikoista tavoitteena on ennalta ehkäistä maan, veden ja ilman saastumista sekä ilmastonmuutosta koskien kaatopaikkatoimintaa. Kaatopaikkatoiminnalla tarkoitetaan kaatopaikan suunnittelua, käyttöä ja käytöstä poistamista. Kaatopaikasta ei saa aiheutua vaaraa tai haittaa terveydelle tai ympäristölle pitkälläkään ajanjaksolla. VNp:ssä kaatopaikka tarkoittaa jätteenkäsittelypaikkaa, jonne jäte sijoitetaan maahan tai maan päälle. Tällä tarkoitetaan esimerkiksi tuotantolaitoksen toiminnassa syntyneiden jätteiden sijoittamispaikkaa. Kaatopaikkana ei pidetä aluetta, jolla jäte odottaa esikäsittelyä tai hyödyntämistä (aikaraja on kolme vuotta). Kaatopaikaksi ei myöskään lueta paikkaa, jossa jätettä yhdistetään tai valmistellaan siirrettäväksi muualle esikäsittelyä tai hyödyntämistä varten. Kaatopaikat jaetaan kolmeen luokkaan: pysyvän-, tavanomaisen- ja ongelmajätteen kaatopaikka. Pysyvän jätteen kaatopaikalle saa sijoittaa liukenematonta ja biologisesti hajoamatonta jätettä, joka ei reagoi itsestään tai muiden aineiden kanssa fysikaalisesti tai kemiallisesti. Tavanomainen jäte on sellaista, jota ei luokitella ongelmajätteeksi. Jäteluvan myöntämisestä ja edellytyksistä säädetään jätelaissa /12/. Mikäli sijoitettavalle jätteelle tehdään
kaatopaikkakelpoisuustesti, jätteen laatua tulee laadunvalvontatestein vähintään kerran vuodessa.
seurata määrätyin
Valtioneuvoston päätöksessä säädetään kaatopaikan pohja- ja pintarakenteista.
Kaatopaikan maaperän tulee olla kantava ja täyttää veden kyllästämän maan vedenläpäisevyys- (K) sekä paksuusvaatimukset. Näiden yhteisvaikutuksen tulee täyttää eri kaatopaikkaluokille annetut seuraavat määräykset: a) pysyvän jätteen kaatopaikka K < 1,0 x 10 7 m/s ja paksuus >1 mb) tavanomaisen jätteen kaatopaikka K < 1,0 x 10"9 m/s ja paksuus > 1 m c) ongelmajätteen kaatopaikka K < 1,0 x 10"9 m/s ja paksuus > 5 m. Pohjarakenteina kaatopaikkaveden keräämistä varten on tavanomaisen ja ongelmajätteen kaatopaikoilla oltava maaperän tai tiivistyskerroksen päälle asennettava keinotekoinen eriste ja kuivatuskerros (paksuus vähintään 0.5 metriä). Pysyvän jätteen kaatopaikalla edellä mainitut määräykset tulkitaan tapauskohtaisesti. Kaatopaikkavedet tulee kerätä ja käsitellä asianmukaisesti.
Kaatopaikan saavutettua sallitun korkeuden tulee pintarakenteiden käsittää taulukossa 2 luetellut rakennekerrokset. Rakennekerrosvaatimukset tulevat kaatopaikkaluokan mukaan. Pinta-, kuivatus- ja tiivistyskerros vaaditaan sekä tavanomaisen että ongelmajätteen kaatopaikoilla. Keinotekoinen eriste vaaditaan vain ongelmajätteen kaatopaikalla ja kaasunkeräyskerros vain tavanomaisen jätteen kaatopaikalla. Lupaviranomainen voi perustelluista syistä lieventää edellä mainittuja vaatimuksia.
Taulukko 2. Kaatopaikan pinnalle tehtävät rakennekerrokset (pintakerros on päällimmäisenä) /17/.
Rakennekerros Kaatopaikkaluokka
Paksuus vähintään (m) Tavanomainen jäte Ongelmajäte
Pintakerros 1 m vaaditaan vaaditaan
Kuivatuskerros 0,5 m vaaditaan vaaditaan
Tiivistyskerros 0,5 m vaaditaan vaaditaan Keinotekoinen eriste ei vaadita vaaditaan Kaasunkeräyskerros vaaditaan tarvittaessa
Ennen jätteiden sijoittamista kaatopaikalle niille on tehtävä kaatopaikkakelpoisuuden arviointi. Jätteen ominaisuudet, koostumus ja liukoisuus tulee olla selvillä ottaen huomioon myös pitkäaikaiset vaikutukset. Kaatopaikkakelpoisuus arvioidaan kolmitasoisesti: kelpoisuus-ja laadunvalvontatestillä sekä tarkastamalla kaatopaikka.
Kaatopaikkakelpoisuustestillä selvitetään jätteen ominaisuuksia fysikaalis- kemiallisella testillä liukenemisen ja haitallisten aineiden vapautumisen selvittämiseksi lyhyellä ja pitkällä aikavälillä. Laadunvalvontatestillä testataan vastaako jäte ominaisuuksiltaan sellaista, joksi se on aikaisemmin luokiteltu.
Tarkastuksen kohteena ovat kaatopaikkakelpoisuustestillä saadut jätteen tyypilliset ominaisuudet. /17/ /18/
2.2.2. Euroopan Unionin neuvoston päätös (2003/33/EC)
Euroopan Unionin neuvosto on tehnyt 19.12.2002 päätöksen jätteiden hyväksymisestä kaatopaikoille. Tämä pohjautuu neuvoston aikaisempaan päätökseen (1999/31/EC) /19/. Uusi direktiivi tulee voimaan 16.7.2004 ja jäsenvaltioiden on sovellettava siinä lueteltuja jätteiden kelpoisuusperusteita viimeistään 16.7.2005.
Direktiivissä annetaan menettelyohjeet jätteen kaatopaikkakelpoisuuden toteamisesta, kaatopaikkaluokat ja niiden kelpoisuusperusteet sekä käytettävät näytteenotto-ja testausmenetelmät. /20/
2.2.2.1. Kaatopaikkakelpoisuusperusteet
Kaatopaikkakelpoisuus todetaan perusmäärittelyn, vastaa vuustestin ja kaatopaikkatarkastuksen mukaisesti. Perusmäärittelyssä selvitetään jätteen lyhyt- ja pitkäaikainen suotautumiskäyttäytyminen ja ominaisuudet. Vastaavuustestillä selvitetään säännöllisesti jätteen laatu ja lupaehdot. Testit ovat edellä mainittua perusmäärittelyä yksinkertaisemmat. Kaatopaikan tarkastus tarkoittaa esimerkiksi silmämääräistä tarkastusta, jolla varmistetaan jätteen vastaavan kelpoisuustestissä ollutta jätettä. /19/ Kaatopaikat jaetaan jätteen laadun ja ominaisuuksien mukaan erillisiin luokkiin. Jätettä saa sijoittaa vain kelpoisuusperusteiden mukaiseen kaatopaikkaluokkaan. /20/
Perusmäärittely on ensimmäinen vaihe jätteiden hyväksymisessä kaatopaikoille kaatopaikkakelpoisuusmenettelyssä. Testeihin, joita käytetään perusmäärittelyssä on aina kuuluttava myös vastaavuustesti. Perusmäärittelyssä tarkoituksena on määrittää jätteen kaikki ominaisuudet mahdollisimman tarkasti. Perusmäärittely tehdään erikseen jokaiselle jätetyypille. Perusmäärittelyssä jätteestä kerätään mm. seuraavat tiedot: tiedot prosessista, josta jäte on peräisin, alkuperä, koostumus ja suotautuvuus.
Lisäksi tarvitaan perustiedot, jotta voidaan ymmärtää jätteen käyttäytymistä ja valita sopivat esikäsittelymenetelmät. Jätettä voidaan arvioida raja-arvojen perusteella.
Perusmäärittelytestin tarkoituksena on osoittaa jätteen tärkeimmät ominaisuudet eli kriittiset parametrit, joita voidaan myöhemmin käyttää hyväksi vastaavuustesteissä.
Jätteen tuottaja tai jätehuollosta vastaava henkilö vastaa testien totuudenmukaisuudesta. Testauksessa määrittelyn sisältö, laboratoriotestien määrä sekä perusmäärittelyn ja vastaavuustarkastuksen suhde riippuvat jätteen tyypistä.
Tämän vuoksi jätteet jaetaan jätteiksi, joita syntyy säännöllisesti samassa prosessissa ja jätteiksi, joita ei synny säännöllisesti. Ensin mainitussa tapauksessa oletetaan, että jätettä aiheuttava prosessi ja sen käyttämät materiaalit tunnetaan hyvin.
Prosessimuutokset tulee ilmoittaa kaatopaikan pitäjälle. Jätteiden suotautuvuus määritellään ravistelu-, läpivirtaus- tai happamuuden mukaisella testillä.
Vastaavuustestejä käytetään jätteen laadun tarkistukseen sen jälkeen, kun se on ensin hyväksytty tiettyyn kaatopaikkaluokkaan. Testejä tehdään vähintään kerran vuodessa. Testit tulee suorittaa perusmäärittelyssä annetun laajuuden ja toistamistiheyden mukaisesti. Perusmäärittely määrää vastaavuustestissä tutkittavat tärkeimmät parametrit. Testien tulee sisältää ainakin yksi ravistelutesti.
Jäte hyväksytään tarkastuksessa kaatopaikalle vain, jos se voidaan osoittaa samaksi jätteeksi, jolle on tehty perusmäärittely ja vastaavuustesti, ja joka on kuvattu asiakirjoissa. Jäsenvaltiot määrittävät kaatopaikalla suoritettavien tarkistuksien testausvaatimukset. Kaatopaikalla suoritetaan säännöllisesti näytteenotto. /19/
2.2.2.2. Kaatopaikkaluokitus
Jätteet jaetaan kolmeen kaatopaikka! nokkaan : pysyvän-, tavanomaisen-ja vaarallisen jätteen kaatopaikkaluokkaan. Lisäksi vaarallinen jäte voidaan perustellusti sijoittaa tavanomaisen jätteen kaatopaikalle. Jätteiden kaatopaikkaluokitusta varten direktiivi (2003/33/EC) antaa suotautumisen raja-arvoja haitallisille aineille, kuten esimerkiksi eräille alkuaineille ja anioneille (Taulukot 3 ja 4). Raja-arvot ilmoitetaan nestekiinteä-suhteissa L/S (l/kg) tehdyille kokeille ja yksikkönä on mg/kg. Direktiivi antaa jäsenvaltioiden määrittää perusteet, joiden mukaan annettuja raja-arvoja tulee noudattaa. Direktiivi esittää, että jäsenvaltioissa toimivaltainen viranomainen voi myöntää annetuille raja-arvoille kolminkertaiset arvot kaatopaikkaluokitusta tehtäessä (Taulukot 3 ja 4). Kolminkertaiset arvot voidaan myöntää tapauskohtaisesti ottaen huomioon kaatopaikan ja sen ympäristön ominaisuudet sekä päästöt.
Kaatopaikan päästöjen (myös suotovedet) osalta tulee riskinarvioinnissa huomioida ympäristöriskit tiettyjen parametrien raja-arvojen kohdalla. EU:n neuvoston direktiivin kaatopaikkaluokitus on esitetty liitteessä 3.
Taulukko 3. Suotautumisen raja-arvot ja kolminkertaiset raja-arvot jätteen sekä vaarallisen jätteen hyväksymiseksi tavanomaisen jätteen kaatopaikalle /20/.
L/S=2L/kg L/S=10L/kg C (läpivirtaustesti)
Aine mg/ke kuiva-ainesta 3-kert.raja-arvo mg/kg kuiva-ainesta 3-kert.raja-arvo mg/l 3-kert.raja-arvo
As 0.4 1.2 2 6 0.3 0.9
Ba 30 90 100 300 20 60
Cd 0.6 1.8 1 3 0.3 0.9
Cr 4 12 10 30 2.5 7.5
Cu 25 75 50 150 30 90
—Hg 0.05 0.15 0.2 0.6 0.03 0.09
Mo 5 15 10 30 3.5 10.5
Ni 5 15 10 30 3 9
Pb 5 15 10 30 3 9
Sb 0.2 0.6 0.7 2.1 0.15 0.45
Se 0.3 0.9 0.5 1.5 0.2 0.6
Zn 25 75 50 150 15 45
Kloridi 10000 30000 15000 45000 8500 25500
Fluoridi 60 180 150 450 40 120
Sulfaatti 10000 30000 20000 60000 7000 21000
Taulukko 4. Suotautumisen raja-arvot ja kolminkertaiset raja-arvot jätteen hyväksymiseksi vaarallisen jätteen kaatopaikalle /20/.
L/S=2L/kg L/S=10L/kg C (läpivirtaustesti)
Aine mg/kg kuiva-ainesta 3-kert.raja-arvo mg/kg kuiva-ainesta 3-kert.raia-arvo mg/l 3-kert.raja-arvo
As 6 18 25 75 3 9
Ba 100 300 300 900 60 180
Cd 3 9 5 15 1.7 5.1
Cr 25 75 70 210 15 45
Cu 50 150 100 300 60 180
HB 0.5 1.5 2 6 0.3 0.9
Mo 20 60 30 90 10 30
Ni 20 60 40 120 12 36
Pb 25 75 50 150 15 45
Sb 2 6 5 15 1 3
Se 4 12 7 21 3 9
Zn 90 270 200 600 60 180
Kloridi 17000 51000 25000 75000 15000 45000
Fluoridi 200 600 500 1500 120 360
Sulfaatti 25000 75000 50000 150000 17000 51000
Pysyvän jätteen kaatopaikalle voidaan sijoittaa testaamatta jätettä, joka on vaaratonta ympäristölle ja syntynyt samasta lähteestä. Tällaista jätettä on esimerkiksi maa- ja kiviainekset sekä lasi. Mikäli jäte sisältää esimerkiksi metalleja, asbestia tai kemikaaleja sellaisia pitoisuuksia, että niistä voi aiheutua riski ihmiselle tai ympäristölle, ne tulee sijoittaa toiseen kaatopaikkaluokkaan. Pysyvä jäte on määritelty kaatopaikkadirektiivissä (1999/31/EY) /19/.
Tavanomaisen jätteen kaatopaikalle voidaan sijoittaa testaamatta niin sanottua yhdyskuntajätettä, joka ei ole vaarallista eikä reagoi muiden aineiden kanssa.
Testauksen vaativat saastuneet ja mahdollisesti haitallisia aineita sisältävät jätteet.
Jäsenvaltiot voivat ottaa käyttöön tavanomaisen jätteen kaatopaikkojen alaluokat sekä määrittää kelpoisuusperusteet tavanomaisen jätteen sijoittamiselle asianmukaisesti tavanomaisen jätteen kaatopaikkojen alaluokkiin (Liite 3).
Tavanomaisen jätteen sijoittamiseksi direktiivissä on annettu raja-arvoja sekä näille kolminkertaiset arvot (Taulukko 3). Jäsenvaltiot voivat määrittää mitä taulukossa 3 olevista L/S-suhteista ja niitä vastaavista raja-arvoista tulee käyttää (L/S 2 tai L/S 10 tai L/S 0.1).
Vaarallinen jäte voidaan perustellusti sijoittaa tavanomaisen jätteen kaatopaikalle.
Tällöin jätteen tulee olla vakaata ja reagoimatonta. Tämä tarkoittaa, että jätteen
kaatopaikan rakenneolosuhteissa. Myös mahdolliset onnettomuudet tulisi huomioida.
Suotautumiskäyttäytymisen muutoksiin saattavat vaikuttaa mm. muutokset jätteessä itsessään, ympäristöolosuhteiden muutokset (vesi, ilma, lämpötila) tai muiden jätteiden vaikutukset. Jäte voi olla rakeista (kemiallisesti saatettu vakaaksi) tai kiinteytettyä tai massiivista. Direktiivi määrittää haitallisille aineille suotautumisen raja-arvot (Taulukko 3).
Direktiivissä tavanomaisen jätteen ja vaarallisen jätteen hyväksyminen tavanomaisen jätteen kaatopaikalle on esitetty eri taulukoissa. Tässä ne on laitettu samaan taulukkoon, sillä raja-arvot ovat samat. Lisäehtona vaarallisen jätteen hyväksymiseksi tavanomaisen jätteen kaatopaikalle määrätään kaatopaikan pH- arvoksi vähintään kuusi. (Taulukko 3)
Jäsenvaltiot asettavat perusteet jätteiden (myös massiiviset jätteet) fyysisen vakauden ja riittävän sietokyvyn takaamiseksi sekä mahdollisuuden hyväksyä massiiviset jätteet tavanomaisen jätteen kaatopaikalle. Rakeisiin jätteisiin kuuluvat kaikki jätteet, jotka eivät ole massiivisia. /20/
2.2.2.3. Näytteenotto-ja testausmenetelmät
Näytteenotto on suoritettava riippumattomien ja pätevien henkilöiden ja laitosten toimesta. Laboratoriolla on oltava kokemusta jätteen testauksesta ja analysoinnista ja lisäksi laadunvarmistusjärjestelmä. Jäsenvaltiot voivat päättää, että jätteen tuottaja suorittaa näytteenoton ja testauksen. Euroopan Unionilla ei ole vielä tämän diplomityön kirjoittamishetkellä (kevät-kesä 2003) valmista virallista standardia näytteenotosta ja testausmenetelmistä. Ennen CEN EN- standardin valmistumista jäsenvaltiot noudattavat kansallisia standardeja ja menettelyjä tai CEN-standardin luonnosta. Suotautumistestauksessa sovelletaan uusimman EU-direktiivin (2003/33/EC) antamia testimenetelmiä, jotka ovat läpivirtaustesti prEN 14405 ja ravistelutesti EN 12457. /20/
2.3. Testimenetelmät
2.3.1. Liukoisuustestit
Teollisuusprosesseissa sivutuotteina syntyvien jätteiden kaatopaikka- ja hyötykäyttökelpoisuuden arvioinnissa tarvitaan tietoa niiden ympäristövaikutuksista.
Kaatopaikoilla havaittavat ympäristöongelmat johtuvat pääasiassa läjitettävien materiaalien haitta-aineiden liukoisuudesta jätteen kanssa kosketuksissa olevaan veteen esimerkiksi sade- ja prosessiveteen. Haitta-aineiden liukeneminen ja siten mahdolliset riskitekijät voidaan teoriassa selvittää erilaisilla liukoisuustesteillä.
Mikään testi ei yksin riitä täysin kuvaamaan jätteen liukoisuuskäyttäytymistä ja siten ympäristövaikutuksia.
Liukoisuustestejä käytetään tutkittaessa haitallisten materiaalien liukoisuudesta aiheutuvia vaikutuksia ympäristöön. Liukoisuustestit voidaan jakaa käyttötarkoituksen perusteella kolmeen luokkaan: karakterisointi-, laadunvalvonta ja tarkastustesteihin. Karakterisointitesteillä tutkitaan mm. jätteiden ympäristökuormitusta lyhyellä ja pitkällä aikavälillä, eri osasten maksimiliukoisuuksia sekä eri pH- ja redox-olosuhteiden vaikutuksia liukoisuusominaisuuksien muuttumiseen. Laadunvalvontatestit ovat pikatestejä, joilla tarkistetaan mm. jätteen laatu. Laadunvalvonnassa testataan täyttääkö jäte sille asetetut vaatimukset. Testeillä saadaan jonkinlainen arvio jätteen omien ominaisuuksien vaikutuksista liukoisuuteen. Tarkastustesteillä varmistetaan jätteen olevan ominaisuuksiltaan sellaista kuin sen on aikaisemmista tutkimuksissa todettu olevan. Testit soveltuvat lähinnä kaatopaikkasijoitukseen.
Testien periaatteiden perusteella liukoisuustestit voidaan jakaa ravistelu-, kolonni-, lysimetri- ja diffuusiotesteihin. Ravistelutesti tarkoittaa koetta, jossa tutkittavaa materiaalia ravistellaan puhtaan veden kanssa. Testistä saatu vesisuodos analysoidaan. Kolonnitestissä vettä pumpataan tutkittavalla materiaalilla täytetyn kolonnin läpi. Kolonnista otetut vesifraktiot analysoidaan. Lysimetritesti tehdään ulkona luonnonolosuhteissa. Testissä käytetään allasta, joka altistuu sadevedelle.
Altaan pohjalle muodostuneet suotovesinäytteet tutkitaan. Diffuusiotestissä
koekappale asetetaan veteen. Vesi vaihdetaan tietyin väliajoin ja vaihtovedet tutkitaan.
Liukoisuustestit voidaan jakaa edelleen simulointi- ja parametritesteihin.
Simulointitestejä ovat mm. kolonni-, lysimetri- ja diffuusiotesti. Niiden perusteella arvioidaan materiaalien liukenemista sijoituspaikalla. Testiolosuhteet poikkeavat kenttäolosuhteista mm. liukenemisen nopeuttamisen vuoksi. Parametritestit ovat yleensä ravistelutestejä. Niissä selvitetään tiettyjen parametrien, kuten esimerkiksi pH:n ja uuttoveden laadun liukoisuusvaikutuksia. Eri materiaaleille käytetään erilaisia testimenetelmiä. Granuloiduille eli jauhemaisille materiaaleille käytetään ravistelu- ja kolonnitestejä. Kiinteytetyille materiaaleille käytetään diffuusiotestiä.
/21/
2.3.1.1. pH-staattinen testi (akkreditoitu KET3601697)
Testillä tutkitaan näytemateriaalin liukenemista sen kanssa kosketuksissa olevaan uuttoveteen. pH-staattisella testillä voidaan tutkia materiaalien 1 iukoisuuskäyttäytymistä muuttuvissa pH-olosuhteissa ja puskurikapasiteettia.
Testien perusteella voidaan päätellä mahdollisien ääriolosuhteiden vaikutuksia tutkittavan materiaalin liukoisuuteen. pH-staattisten testien tuloksia voidaan käyttää, kun arvioidaan geokemiallisilla malleilla haitta-aineiden esiintymismuotoja. /22/
Testissä näytemateriaalin ja veden seosta sekoitetaan yhden vuorokauden ajan. Testi suoritetaan eri pH-arvoilla. Seoksen pH säädetään jatkuvasti tavoitearvoon automaattisen titraattorin avulla. Liuoksen tavoite pH saadaan aikaan happo/emäs- lisäyksellä. Testin jälkeen seos suodatetaan ja saatu suodos analysoidaan.
Liukenemiseen vaikuttaa pH:n lisäksi neste-kiinteä suhde (L/S). Neste-kiinteä suhteella tarkoitetaan uuttoveden määrän (L) suhdetta kiinteän materiaalin määrään (S), jossa neste on litroina ja kiinteä aine kilogrammoina tai vastaavasti neste millilitroina ja kiinteä aine grammoina. Haitta-aineet ilmoitetaan yleensä yksiköissä mg/kg, jolla tarkoitetaan liuenneen alkuaineen määrän suhdetta näytemateriaalin kuiva-aineskiloon. /22/ /23/
2.3.1.2. Kolonnitesti (akkreditoitu KET3600197)
Kolonnitestiä käytetään tutkittaessa granuloitujen materiaalien liukoisuuskäyttäytymistä eristämättömällä sijoituspaikalla. /22/ Kolonnitestiä suositellaan silloin, kun materiaali sijoitetaan pohjavesitason yläpuolelle, jolloin vesi pääsee suotautumaan materiaalin läpi. Kolonnitestit perustuvat oletukseen, jonka mukaan vesi ja kiinteä faasi muodostavat keskenään vähintään paikallisen tasapainotilan. Tasapainotilan muodostumiseen vaikuttaa mm. veden ja kiintoaineen suhde (L/S), partikkelikoko, aineiden kinetiikka ja veden kontaktiaika.
Kolonnitestissä L/S-suhde tarkoittaa kolonnista otetun vesimäärän (L) suhdetta näytemateriaalin määrään (S). Testituloksia tulkitaan tavallisesti yksiköissä (mg/kg) eri L/S-suhteilla. Testit antavat vastauksia mm. suotoveden koostumuksen vaihtelusta sekä liukenevien aineiden määrästä eri L/S-suhteissa.
Kolonnitestissä näytemateriaali laitetaan sylinterinmuotoiseen kolonniin.
Näytemateriaalin läpi pumpataan hapanta nestettä (HN03 pH 4). Testissä vesifraktioita kerätään yhteensä seitsemän eri L/S-suhteilla (0.1-10). Saaduista vesifraktioista määritetään pH-, johtokyky- ja redox-potentiaaliarvot. Vesifraktioista tai kokoomanäytteistä voidaan määrittää eri haitta-aineiden pitoisuudet. /21/ /22/ /24/
2.3.1.3. Kolonnitesti (standardi NEN 7343)
Hollantilaiset ovat kehittäneet liukoisuusominaisuuksien määrittämistä varten standardoidun kolonnitestin (NEN 7343). Testi on tarkoitettu granuloiduille, epäorgaanisille materiaaleille liukoisuusominaisuuksien selvittämiseen kiinteästä multapohjaisesta sekä kivikkoisesta maasta (rakentamista ajatellen) sekä jätemateriaaleista (kaatopaikkasi)oittamista varten). Ennen kolonnitestiä tulee näytteenotto ja -käsittely suunnitella ja toteuttaa huolellisesti. Testissä käytetään neste-kiinteäsuhdetta L/S, joka vaihtelee 0.1-10 1 kuiva-aineen ollessa yksi kilo.
Liukoisuus ilmoitetaan L/S suhteen funktiona. Testissä L/S suhde liitetään tiettyihin ajanjaksoihin, joilla simuloidaan materiaalin käyttäytymistä luonnonolosuhteissa.
Pulverimateriaalien ja lietteen tulee olla raekooltaan 0-125 pm, hienorakeisen 0-4 mm ja karkearakeisen nollasta millimetristä ylöspäin.
Tutkittava materiaali laitetaan pystyssä olevaan kolonniin, jonka läpi pumpataan happoa alhaalta ylös. Vesifraktiot kerätään kolonnin yläosasta. Kolonnin tulee olla sisähalkaisijaltaan noin 5 cm ja täyttökorkeudeltaan ainakin 20 cm. Kolonniin kuuluu pumppu, venttiilejä ja membraanifilttereitä, pullo sekä pH- ja johtokykymittauslaite.
Happona käytetään typpihappoa, jonka konsentraatio on noin 1 mol/l ja pH-arvo 4.
Testi suoritetaan noin 20°C lämpötilassa. Testin aikana vesifraktioita kerätään seitsemän L/S-suhteen funktiona. Liukenevien komponenttien pitoisuudet mitataan.
Liuenneiden aineiden määrät jokaista komponenttia kohden voidaan laskea raekoon mukaan sekä kumulatiivisesti. Testi antaa tietoa sijoituspaikalla muodostuvan suotoveden laadusta eri ajanjaksoilla. Testin mahdollisia virhelähteitä ovat mm.
materiaalin heterogeenisuus muuttuvien prosessiolosuhteiden vuoksi, virheitä edustavan näytteen ottamisessa ja käsittelyssä, liukoisuustestin tekemisessä tai kemiallisessa analysoinnissa. /21//25/
2.3.1.4. CEN-testi (standardi EN 12457)
Eurooppalainen CEN-standardointijärjestö (CENComité Européen de Normal sation) tekee standardiluonnoksia ja lopullisia standardeja. CEN-testi EN 12457 on mainittu EU-direktiivissä (2003/33/EC) toisena sovellettavana liukoisuustestimenetelmänä (toinen on läpivirtaustesti prEN 14405) /20/. CEN-testi soveltuu jauhemaisten ja granuloitujen materiaalien sekä lietteiden liukoisuuden testaukseen. CEN-testi on melko yksinkertainen suorittaa ja sitä voidaan käyttää laadunvalvontatestinä simuloimaan liukenemista lyhyellä ja/tai keskipitkällä aikavälillä. Tulosten tulkinnassa voidaan käyttää EU-direktiivissä (2003/33/EC) mainittuja suotautumisen raja-arvoja L/S-suhteilla 2 tai 10 tiettyjä kaatopaikkaluokkia varten.
CEN-testiin kuluu aikaa noin yksi vuorokausi. Testissä uuttoliuoksena on deionisoitu vesi. Testin voi tehdä yksi- tai kaksivaiheisena. Testattavan materiaalin ominaisuudet määräävät testausvaiheiden määrän ja käytettävän L/S-suhteen. Yksivaiheisessa ravistelutestissä L/S-suhde on 2 tai 10 ja kaksivaiheisessa testissä 2 ja 8.
Kaksivaiheinen testi kuvaa L/S-suhteen muutoksen vaikutusta aineiden liukenemiseen ja se soveltuu kolonnitestin pikatestiksi. Testissä ravistelijan
kierrosnopeus on 10 kierrosta minuutissa. Testissä saatujen suodoksien alkuainepitoisuudet analysoidaan ja pH-arvot mitataan. /23/ /26/
2.3.1.5. Läpivirtaustesti (standardiluonnos pr EN 14405)
EU-direktiivissä (2003/33/EC) toisena sovellettavana liukoisuustestimenetelmänä mainitaan läpivirtaustesti prEN 14405 (toinen on CEN-ravistelutesti EN 12457) /20/.
Testin tarkoituksena on arvioida näytemateriaalista liukenevia aineita ja karakterisoida näytemateriaalin liukoisuusominaisuuksia. Aineet liukenevat testissä ja luonnossa materiaalin ollessa kontaktissa veden kanssa. Liukenemisprosessin monimutkaisuuden vuoksi joudutaan tekemään joitakin yksinkertaistuksia. Testi on tarkoitettu granuloiduille materiaaleille. Testi ei sovellu monoliittiselle (massiivinen) tai nestemäiselle materiaalille, kaasulle eikä lietteelle. Testi ei sovellu materiaaleille, joiden vedenläpäisevyys on alle 10"8 m/s. Testiä ei voi käyttää, mikäli näytemateriaali reagoi läpivirtaavan nesteen kanssa. Testituloksia voidaan verrata kaatopaikkaluokitusta varten EU-direktiivin (2003/33/EC) antamiin suotautumisen raja-arvoihin läpivirtaustestille L/S-suhteella 0.1 yksiköissä mg/l sekä L/S-suhteilla 2 ja 10 yksiköissä mg/kg.
Kolonni on valmistettu lasista tai muovista. Sisähalkaisijan tulee olla 5 tai 10 cm ja täyttökorkeus 30 cm ±5 cm. Filttereitä käytetään pohjalla ja pinnalla. Lämpötilan testin aikana tulee olla 20°C ±5°C. Testin ohella on hyvä suorittaa niin sanottu blankotesti. Testissä näytemateriaali pakataan kolonniin. Kolonnin läpi pumpataan deionisoitua vettä materiaalin läpi alhaalta ylös. Läpi mennyt neste kerätään eri fraktioina tiettyinä L/S-suhteina. Neste analysoidaan fysikaalisesti ja kemiallisesti ja pH-arvo mitataan. Testitulokset ilmoitetaan yksikössä mg/l ja kumulatiivisesti yksiköissä mg/kg (kuiva-aines) L/S-suhteen funktiona. Testistä raportoidaan hieman yleistä tietoa, liukoisuustestiolosuhteet, analyysimenetelmät ja -tulokset sekä yhteenveto liukoisuustestin tuloksista. /27/
2.3.1.6. Vedenläpäisevyystesti
Vedenläpäisevyystestissä tutkitaan materiaalin vedenläpäisevyyttä. Saatua lukuarvo voidaan verrata aikaisempiin tutkimustuloksiin ja käyttää mm. kriteerinä liukoisuustestiä valittaessa. Esimerkiksi kolonni- ja läpivirtaustestin suorittamiselle on olemassa minimi vedenläpäisevyysarvot.
Maaperän vedenläpäisevyyteen vaikuttavat maalajien huokoisuus sekä maaperämuodostumien rakenne ja kerrosjärjestys. Maalajien huokoisuus on kääntäen verrannollinen kokoonpuristumiseen ja suoraan verrannollinen raekokoon ja lajittuneisuuteen. Hienorakeiset tai heikosti lajittuneet maalajit (savet, siitit, hienoainesmoreenit) läpäisevät vettä huonosti kun taas karkearakeiset ja hyvin lajittuneet maalajit (hiekat, sorat, hiekkamoreenit) läpäisevät vettä hyvin (Taulukko 5).
Taulukko 5. Vedenläpäisevyyskertoimet muutamille maalajeille /28/.
Maalaji Vedenläpäisevvvskerroin V (cm/s)
Sora 10"'-10"3
Hiekka 10 2 - 10'6
Soramoreeni 10"5- 10"7
Hiekkamoreeni KT6 - 10"8
Silttimoreeni 10"7- 10"9
Siltti 10'5 - 10'9
Hienoainesmoreeni <10"9
Savi <10"9
Haitta-aineet kulkeutuvat maaperässä eri tavoin: advektiolla, dispersiolla, diffuusiolla, haihtumisella komplekseissa sekä kiinnittyneinä kolloideihin. Näitä mekanismeja säätelevät maaperän sisältämän veden määrä, maaperän rakenne, lämpötila sekä komplekseja ja kolloideja muodostavien yhdisteiden määrä.
Kulkeutuminen on nopeampaa mitä runsaammin maaperä sisältää vettä ja mitä suurempi on sen vedenläpäisevyys. Haitta-aineet pidättyvät maaperässä lähinnä sorptiolla. Pidättymiseen vaikuttaa maaperän koostumus ja rakenne, maaperässä vallitsevat kemialliset olosuhteet, haitta-aineiden kemialliset esiintymismuodot ja
ominaisuudet. Parhaiten haitta-aineita maaperässä pidättelevät orgaaninen aines, raudan, mangaanin ja alumiinin oksidit, oksihydroksidit, hydroksidit ja savimineraalit. Pidättyminen tehostuu edellä mainittujen yhdisteiden määrän kasvaessa maaperässä. Pidättyminen parantuu ominaispinta-alan kasvaessa.
Maaperän pidättämiskapasiteetti on rajallinen ja voi ylittyä kasvaneen kuormituksen tai muuttuneiden olosuhteiden vuoksi.
Vesi virtaa hienorakeisissa ja pienen huokoisuuden omaavissa maalajeissa hitaammin kuin karkearakeisissa maalajeissa. Edellä mainitussa tapauksessa suurin osa vedestä sitoutuu sähköstaattisten voimien välityksellä mineraalirakenteiden pinnoille estäen veden kulkeutumisen. Yleisesti voidaan sanoa maalajien vedenläpäisevyyden pienenevän humuspitoisuuden kasvaessa. Suomen maaperä koostuu suurimmaksi osaksi erilaisista moreeneista, joissa vedenläpäisevyys on huono tai kohtalainen. /28/
3. KOKEELLINEN OSA
3.1. Rikastushiekan näytteenotto
Rikastushiekkanäyte kerättiin Outokumpu Harjavalta Metals Oy:n kuonarikastamolta 28.1. -11.2.2003 välisenä aikana. Näytteenoton suoritti kuonarikastamon henkilökunta määräajoin lietteestä. Näyte otettiin viilaavasta lietteestä näytteenottokauhalla ja pakattiin tiiviisiin ämpäreihin. Näytteenotossa jokaisella partikkelilla oli tasapuoliset mahdollisuudet joutua näytteeseen, sillä näytteenotto tapahtui kauhalla alaspäin valuvasta nesteestä.
3.2. Rikastushiekan näytekäsittely
Rikastushiekka sekoitettiin propelisekoittajalla jokaisessa ämpärissä ja kaadettiin isoon sammioon näytteen homogenisointia varten. Lietemäärä oli noin 100 1 ja astian koko noin 200 1. Lietettä sekoitettiin kunnes voitiin olla varmoja sen homogeenisuudesta. Sekoituksen aikana käytettiin virtaushaittoja astian reunoilla.
Lietteestä otettiin testinäyte kiintoainepitoisuuden selvittämiseksi (Taulukko 6).
Näytteidenotto suoritettiin niin, että muoviletkua nostettiin ylös alas astian reunalla sekoituksen ollessa käynnissä. Näytettä imettiin letkupumpulla astiaan. Näytteitä otettiin diplomityötä varten pH-staattisiin testeihin, ravistelutesteihin, kolonnitesteihin, läpivirtaustestiin, raekokoanalyysiin (TKK) sekä Outokumpu Research Oy:lle muihin tutkimuksiin (Kuva 3). Näytteiden annettiin laskeutua muutaman päivän, jonka jälkeen pH-staattisiin ja ravistelutesteihin yhdistettiin kaksi ämpäriä (lietettä 6 1), sekoitettiin vielä uudelleen ja suodatettiin. Kolonnikokeisiin ja läpivirtaustestiin menevälle lietteelle tehtiin samoin lietemäärän ollessa 22 1 (Taulukko 6). Suodatuksen jälkeen näyte kumottiin pöydälle muovin päälle, sekoitettiin spaattelilla (lasta) ja pakattiin suodinkosteana tiiviisiin astioihin.
Näytteistä otettiin testinäytteet pitoisuus- ja raekokoanalyysiä varten.
Taulukko 6. Testinäytteenoton tunnuslukuja ja eri testeihin tarvittavat näytemäärät.
lietenäytettä suodos
kuiva kiintoaine kiintoaineen tilavuus kiintoainetta lietteessä
266 ml 150 ml 135.3 g 90 ml
135.3 g / 0.266 L = 508.646 g/L tarvittava kiintoaineen määrä tarvittava lietteen määrä rikastushiekkamäärä alussa noin 100 L
pH-staattinen ja ravistelutesti 3 kq noin 6 L kolonnikoe ja läpivirtaustesti 10 kq noin 22 L
raekoko (TKK) noin 2 L
ORC ja varastointi noin 70 L
osanäyte osanäyte osanäyte osanäyte osanäyte
osanäyte
osanäyte osanäyte osanäyte
osanäyte
raekokoanalyysin näyte kolonni-ja läpivirtaus- testin näyte
pH-stat. ja ravistelutestin näyte
ORC:n muut testit ja varanäyte koko näyte
Kuva 3. Rikastushiekkanäytteen jako osanäytteisiin ja näytteisiin eri kokeita varten.
3.3. Atomiemissiospektrometria (ICP-AES)
Instrumentaalisista metallianalyysimenetelmistä tärkeimmät ovat atomiabsorptiospektrometria (AAS) ja atomiemissiospektrometria (AES). AAS
