Suunnitellaan jäte pois - kaivosteollisuuden sivuvirroista arvokasta raaka-ainetta

Artikkelit
Marjaana Karhu,
Päivi Kivikytö-Reponen
Decorative image

Maailman materiaaleista vain 8,6 % kiertää uudelleen käytettäväksi. Samalla me kulutamme koko ajan enemmän, ja tämä kasvava materiaalin tarve tyydytetään primäärisillä raaka-aineilla. Jotta materiaalit saadaan paremmin kiertoon, tarvitaan nykyisten hukkamateriaalien ja sivuvirtojen hyödyntämiseen tutkimuspanostusta, uudenlaisia lähestymistapoja ja laajaa yhteistyötä alan toimijoiden kesken. Tuoreessa Suomen Akatemian rahoittama tutkimusprojektissa teimme monitieteellistä tutkimusyhteistyötä ja tutkimme kaivosjätteiden soveltuvuutta raaka-aineeksi keraamiselle teollisuudelle [1].

Materiaalin kulutus on yli kolminkertaistunut hyvin lyhyessä ajassa 1970 luvusta vuoteen 2017, eikä maailman materiaaleista 91,4 % ei kierrä takaisin käyttöön [2]. Paljon materiaalia päätyy jätteeksi jo tuotantoprosessin aikana. Esimerkiksi vuonna 2017 Suomen kaivosten kokonaisnostosta 71% päätyi rikastushiekaksi kaatopaikalle [3]. Viimeisimmän tilaston mukaan vuonna 2018 kaivosten ja louhosten jätemäärä oli kokonaisuudessaan 96 miljoona tonnia [4] eli yli kolme neljäsosaa kaikista Suomen jätteistä. Mukaan lukien myös muiden sektoreiden jätemäärät, mineraalinen jäte kattaa noin 90 prosenttia kaikesta Suomessa syntyvästä jätemäärästä. Jo pelkästään tästä syystä mineraalisten sivuvirtojen hyödyntäminen ja uudelleenkäyttö on tärkeää niin taloudellisesti kuin ympäristöllisesti.

Aloimme vuonna 2015 tutkia nelivuotisessa CeraTAIL (Novel synthesis methods for advanced porous ceramics from mine tailings) projektissa Suomen Akatemian rahoituksella, miten pystyisimme hyödyntämään kaivosten rikastushiekkoja raaka-aineena. Tavoitteena ei ollut vaarattomaksi tekeminen ja matalan arvon hyödyntäminen, vaan kunnianhimoisesti korkean arvon tuotteet, kuten teknisesti korkeatasoinen materiaali esimerkiksi korkeaa lämpötilan kestoa vaativiin sovelluksiin.

Sivuvirroista arvokasta tuotetta ja jopa parempia ominaisuuksia

Projektissa kehitimme kaivosten rikastushiekoista erilaisia keraamisia materiaaleja, joita verrattiin primääriraaka-aineista valmistettuihin verrokkeihin. Julkaisimme projektin aikana useita uusia tieteellisiä löydöksiä [5] [6] [7] [8], ja tuloksemme osoittivat, että jätepohjaiset materiaalit voivat joiltain ominaisuuksiltaan olla jopa parempia, kuin primääriraaka-aineista valmistetut keraamit. Keskityimme erityisesti materiaalikoostumuksiin, jotka kestävät hyvin korkeaa lämpötilaa, mutta joita voidaan käyttää myös lämmön ja sähkön eristeinä. Tutkimuslinjanamme oli termodynaamista laskentaa hyödyntämällä etsiä mahdollisuuksia kaivosjätteiden koostumuksen räätälöimiseen yhdistämällä eri sivuvirtoja keskenään.

Havaitsimme, että tietyn tyyppiset rikastushiekat sopivat raaka-aineeksi alumiini-silikaattipohjaisten keraaminen valmistamiseen, jotka kestävät hyvin korkeita lämpötiloja. Toinen merkittävä tulos oli, että pystyimme valmistamaan keraamisia pinnoitteita hyödyntäen rikastushiekkoja raaka-aineena. Näillä pinnoitteilla saavutimme yhtä hyvät sähköneristysominaisuudet kuin primääriraaka-aineista valmistetuilla verrokkimateriaalilla. Kulumisominaisuuksiltaan sekundäärimateriaali pohjainen keraamipinnoite oli jopa parempi kuin primääriraaka-aineista valmistettu, mikä mahdollistaa sekundäärimateriaalille pidemmän käyttöiän samassa sovelluskohteessa. 

Tulevaisuuden tutkimuspanostusta tarvitaan

CeraTAIL projekti tuotti materiaalitieteellisiä löydöksiä, joita voidaan hyödyntää sekä Suomessa että globaalisti. Voisimme vähentää rikastushiekkojen hyödyntämisellä kaivosteollisuuden ympäristökuormaa, mutta lisäksi voimme korvata arvokasta primääri-raaka-ainetta edullisemmalla sekundäärisellä raaka-aineella. Liiketoimintamielessä voisimme siis hyödyntää vähemmän arvokasta jätemateriaalia, jonka hiilijalanjälki on primääriraaka-ainetta huomattavasti pienempi. Haluamme jatkaa jätteen poissuunnittelua myös tulevaisuudessa, joten pyrimme löytämään yhtistyökumppaniyrityksiä ja lisärahoitusta. Lisäksi kuulemme pian aiheesta lisää, Marjaana Karhu viimeistelee tieteellisistä löydöksistä väitöskirjaansa. 

Jos kiinnostuit aiheesta, ote meihin yhteyttä.

 

Lähteet:

  • [1]Solismaa, S., Ismailov, A., Karhu, M., Sreenivasan, H., Lehtonen, M., Kinnunen, P., Illikainen, M., & Räisänen, M. L. (2018). Valorization of finnish mining tailings for use in the ceramics industry. Bulletin of the Geological Society of Finland, 90(1), 33–54. https://doi.org/10.17741/bgsf/90.1.002
  • [2] https://www.circularity-gap.world/2020
  • [3] http://www.stat.fi/tietotrendit/artikkelit/2019/kaivosten-kokonaisnostosta-valtaosa-paatyy-jatteeksi/
  • [4] http://www.stat.fi/til/jate/2018/jate_2018_2020-06-17_tie_001_en.html
  • [5] Karhu, Marjaana; Lagerbom, Juha; Kivikytö-Reponen, Päivi; Ismailov, Arnold; Levänen, Erkki. Reaction Heat Utilization in Aluminosilicate-Based Ceramics Synthesis and Sintering. Journal of Ceramic Science and Technology 08 (01) (2017) 101-112.
  • [6] Karhu, Marjaana; Lagerbom, Juha; Solismaa, Soili; Honkanen, Mari; Ismailov, Arnold; Räisänen, Marja-Liisa; Huttunen-Saarivirta, Elina; Levänen, Erkki; Kivikytö-Reponen, Päivi. Mining tailings as raw materials for reaction-sintered aluminosilicate ceramics: Effect of mineralogical composition on microstructure and properties. Ceramics International 45 (2019) 4840–4848.
  • [7] Karhu, Marjaana; Lagerbom, Juha; Solismaa, Soili; Huttunen-Saarivirta, Elina. Magnesite-rich mining tailings as a raw material for refractory ceramics – microstructural and thermal analysis. Proceedings of the Estonian Academy of Sciences 68 (2) (2019) 145–149.
  • [8] Karhu, Marjaana; Lagerbom, Juha; Honkanen, Mari; Huttunen-Saarivirta, Elina; Kiilakoski, Jarkko; Vuoristo, Petri; Solismaa, Soili; Kivikytö-Reponen, Päivi. Mining tailings as a raw material for glass-bonded thermally sprayed ceramic coatings: microstructure and properties. Journal of the European Ceramic Society (2020), DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.04.038
Jaa