Mining mine water

Kaivosvesien laatuarviointiin ei ole helppoa vippaskonstia – laadukas koeaineisto ja geokemian osaaminen avainasemassa

Kaivosvesien laatuarviointiin ei ole helppoa vippaskonstia – laadukas koeaineisto ja geokemian osaaminen avainasemassa

Kaivosvesien laadun arvioiminen on suomalaisissa kaivosympäristötarkasteluissa ollut menetelmiltään ja laadultaan vaihtelevaa. Maailmalla kaivosvesien laatuarvioinnissa on kuitenkin jo pitkään käytetty varsin kehittyneitä ja vakiintuneita menettelytapoja. Tehtävä on toki haasteellinen ja kehittämiselle on tilaa edelleenkin. Tärkeintä olisi kuitenkin käyttää jo olemassa olevaa hyvää keinovalikoimaa.

Tässä kirjoituksessa pohditaan yhtä tärkeää kaivosvesien osa-aluetta: kaivannaisjätealueiden vesien laadun arviointia. Hyvän arvioinnin perusta on tietysti edustava näytemateriaali ja edustavuuden on oltava myös läpinäkyvää. Sivukivinäytteiden valinnan geologiset perustelut on syytä esittää sekä tilastollisesti että geometrisesti, vaikkapa blokkimallin kautta (siis yhdistämällä esiintymän kolmiulotteinen käsittely ja numeerinen aineisto). Rikastuskokeissa on pyrittävä tuottamaan myös realistista jätettä ja prosessivettä – ei vain rikastetta. Näytteenotto- ja koeohjelma on suunniteltava ja perusteltava aina tapauskohtaisesti. Kun tämä perusta on kunnossa, voidaan sen varaan rakentaa myös luotettavia veden laatuarviointeja.

Analyysitulos ei ole koskaan veden laatuarvio

Edelleen joudutaan usein muistuttamaan, että analyysitulos laboratoriosta ei ole sama asia kuin kaivannaisjätealueen veden laatu. Edes kenttäolosuhteisiin istutetut koerakenteet eivät tuota suoraan jätealueen veden laatua, koska koerakenteen ja jätealueen koko, mittasuhteet sekä kyllästys- ja lämpötilaolosuhteet eivät vastaa toisiaan.

Kaivannaisjätealueen veden laadun arviointiin tarvitaan kuitenkin aina hyvä koeaineisto lähtötiedoksi. Tässä pitkäkestoiset kineettiset laboratoriokokeet ovat avainasemassa. Sulfidien hapettumisen tutkiminen pitkällä aikavälillä on tehokasta tasalämpimässä laboratoriossa ja jo vuodessa pystytään selvittämään materiaalin käyttäytymisestä sellaisia asioita, jotka kentällä vaatisivat vuosikymmeniä. Laboratoriossa voidaan toteuttaa myös olosuhdesäädettyjä kineettisiä kokeita. Myös ei-sulfidisista materiaaleista saa parempaa tietoa kineettisillä kokeilla.

Kineettiset kokeetkaan eivät kuitenkaan kerro suoraan kaivannaisjätealueen veden laatua. Niissäkään eivät mineraalit kohtaa vettä samassa määräsuhteessa, samassa raekoossa ja samassa lämpötilassa kuin todellisen kaivannaisjätealueen sisällä. Kaivannaisjätealueen veden laadun arviointi vaatii aina analyysitulosten skaalaamista suhteessa todelliseen jätealueeseen.

Mallinnus vaatii hyvän koeaineiston ja paljon geokemian osaamista

Veden laatuarvioon saadaan lisää tarkkuutta mallintamalla, päästäänhän tällöin huomioimaan myös niitä olosuhdetekijöitä jotka eivät laboratoriossa toteudu. Mallintaminen ei kuitenkaan toimi ilman kattavaa koeaineistoa tai ilman monipuolista geokemian osaamista. Kun siirrytään koevaiheesta kaivannaisjätelaueen veden laadun arviointiin, jätealueesta olosuhteineen laaditaan konseptuaalinen malli, jonka mukaisesti laboratoriokokeiden tulokset ja jätealueen olosuhteet skaalataan vastaamaan toisiaan. 

Mallinnus on siis hyvä lisä ja osa normaalia nykykäytäntöä, mutta se ei koskaan korvaa aiempia työvaiheita.

Geokemiallisessa mallinnuksessa hyödynnetään termodynaamisia yhtälöitä, joiden valinnat sekä erilaiset kemialliset ja fysikaaliset rajaukset jäävät mallintajan määriteltäviksi. Erityisesti tästä syystä malli on rakennettava ja dokumentoitava läpinäkyvästi. Geokemian osaamisen lisäksi mallinnuksessa tarvitaan  myös jätealuerakentamisen tuntemusta. Puutteet millä hyvänsä osa-alueella vievät nopeasti ja pahoin harhaan. Malli ei siis saa olla itse tarkoitus: esimerkiksi ilman hyvää koeaineistoa mallintamista on hyödytöntä edes yrittää.

Mallintaminen vaatii lähtötiedokseen myös pitkälle edenneen jätealuesuunnittelun; mallinnusta ei siis voi aloittaa kovin varhaisessa vaiheessa hankekehitystä.

Kaivannaisjätteellä ei ole koskaan ominaisvesilaatua; veden laatua ja sen vaihtelua voidaan arvioida vain kaivannaisjätealueelle.

Kaivannaisjätealueen veden laatu kuitenkin muuttuu, jos vaikkapa kaivannaisjätealueen mittasuhteita tai jätteen raekokoa muutetaan. Olosuhteisiin voivat vaikuttaa myös vaikkapa patorakenteet, juurisalaojat tai kaivannaisjätealueen pohjan tiiveys. Usein geokemiallinen mallinnus tehdäänkin vasta, kun kaivannaisjätealue on ensin mallinnettu fysikaalisesti. Toki myös prosessimuutos laukaisee uuden vedenlaatuarvioinnin, jätteen geokemiallisen laadun muuttuessa.

Aika ajoin esille nostetaan ajatus veden laadun arvioinnista tai mallintamisesta pelkästään mineralogisia syötetietoja käyttäen. Tätä lähestymistapaa emme voi suositella. Eri mineraalit eivät hapetu tai rapaudu samalla nopeudella. Samakin mineraali käyttäytyy eri tavoin, kun kiven tekstuuri on erilainen tai kivessä on vaikkapa sulkeumia. Mineraali käyttäytyy myös eri tavoin erilaisissa kemiallisissa ympäristöissä. Eräs perusesimerkki on hapontuoton ja neutralointikapasiteetin suhde: vaikka neutralointikapasiteetti olisi moninkertainen hapontuottokapasiteettiin nähden, kiven neutralointikapasiteetti voi olla jo kulunut loppuun, kun hapontuotto alkaa vasta käynnistyä.

Epävarmuuksien kuvaamatta jättäminen lisää riskejä

Kaikissa veden laadun arvioinneissa ja mallinnuksissa on epävarmuuksia, olipa menetelmä mikä hyvänsä. Epävarmuudet on tunnistettava ja ne on kuvattava.

Huolellinen epävarmuuksien kuvaus on keskeinen lähtötieto kaivoksen ympäristöriskien arvioinnissa.

Jos veden laatuarvioinneista puuttuu keskeisten epävarmuuksien kuvaus, myös kaivoksen ympäristöriskien ja -vaikutusten arvioinnin luotettavuus heikkenee.

Jo olemassa olevat työkalut on saatava laajempaan käyttöön

Maailmalla on jo pitkään käytetty vakiintuneita menetelmiä näytteenotossa, analytiikassa, skaalauksessa ja mallinnuksessa. Näitä hyviä toimintatapoja ei kuitenkaan rutiininomaisesti hyödynnetä suomalaisissa kohteissa. Yksi osasyy lienee tiedon puute, mutta hyvät menettelyt vaativat myös paljon aikaa, työtä ja rahoitustakin. Hyvien menettelytapojen soveltaminen edellyttää myös koko kaivoshankkeen kattavaa, asiantuntevaa työsuunnittelua. Esimerkiksi YVA-prosessin tai lupahakemusvalmistelun ajallinen pituus ei yleensä riitä korkeatasoiseen kaivosvesiarviointiin, kaikkine peräkkäisine työvaiheineen.

Pahimmillaan hyvien käytäntöjen mukaiset arvioinnit saavat täällä osakseen jopa kovaa kritiikkiä. Myös epävarmuuksien kuvaus ymmärretään joskus väärin, arvion heikkoutena. Kuitenkin hälytyskellojen tulisi soida juuri silloin, kun epävarmuuksia ei ole kuvattu lainkaan. Haave helpoista ratkaisuista elää sitkeästi: halutaan simppeleitä analyysimenetelmiä, jotka antavat kerralla valmiin vastauksen – tai halutaan mallinnustyökaluja, joilla kuka tahansa voi loihtia tuloksen ilman alan koulutusta ja kokemusta. Tällaisia taikalaatikoita ei kuitenkaan ole olemassa, mutta hyviä ja toimivia käytäntöjä on.

Kaivoshankkeiden kansainvälisten rahoittajien käyttämät asiantuntijat pystyvät sujuvimmin tarkastamaan hankkeiden ympäristöarvioita, kun arviot on tuotettu tunnetuilla ja luotetuilla menetelmillä. Luottomenetelmistä tiedetään, mihin ne pystyvät ja mitkä niiden rajoitukset ovat. Hyviä käytäntöjä soveltavat hankkeet voivat siis saada myös osaavaa ja vastuullisuuteen sitoutunutta rahoitusta. Lisänä saa toki käyttää muutakin metodiikkaa ja monipuolista lähestymistapaa arvostetaan aina. Peruspyörää ei kuitenkaan tarvitse keksiä uudelleen, otetaan se vain laajemmin käyttöön.

Kirjoittajat

Päivi Picken ja Anneli Wichmann

Excavated rock wall in a tunnel

Tutustu kaivosympäristön palveluihimme

AFRYllä toteutamme monipuolisesti kaivostoimintaan liittyviä ympäristöselvityksiä, jotka edellyttävät vahvaa toimialan tuntemusta ja erikoisasiantuntemusta.