Kovettuvan kaivostäytön materiaalien korvaaminen Outokummun sivuvirtojen materiaaleilla

Abstract

Opinnäytetyö perustuu toimeksiantajan Kemin kaivoksen ympäristötavoitteisiin, joiden mukaan kaivoksen tulee saavuttaa hiilineutraalisuus 2025. Opinnäytetyön tarkoituksena oli kehittää ratkaisuja kovettuvan kaivostäytön materiaalien korvaamiseen Outokummun sivuvirtojen materiaaleilla. Kaivostäytön sidosaineiden muutoksilla tavoitellaan kaivoksen hiilidioksidipäästöjen huomattavia vähennyksiä.

Opinnäytetyö on määrällinen tutkimus, jossa hyödynnettiin julkaistua tutkimustietoa kovettuvan kaivostäytön eri malleista sekä veden ja sementin hydrataatioon vaikkutavista tekijöistä. Opinnäytetyössä kehitettyjen kovettuvan kaivostäytön reseptien ominaisuuksista kerättiin laboratoriotesteissä dataa, joka ohjasi kehittämistyötä vaihe vaiheelta kohti sille asetettuja vaatimuksia.

Kehittämistyön tuloksena voitiin esittää käytännön testeihin kaksi kovettuvan kaivostäytön reseptiä, jotka täyttivät kaivostäytön seoksille asetetut vaatimukset.Tulokseksi voidaan myös laskea kuonarikasteen keräämiseen, jalostukseen ja sen kuljetukseen Kemin kaivokselle liittyvien suunnitelmien tarkentumiset. Myös nämä suunnitelmat auttavat toteutuessaan alentamaan hiilidioksidipäästöjä.

Opinnäytetyössä pyrittiin löytämään vastauksia keskeisiin kysymyksiin: Miten kovettuvan seoksen hydrataatio käynnistyy ja kuinka seoksen kovettuminen etenee korvaavien sivuvirtatuotteiden avulla? Mitkä olosuhteisiin liittyvät muuttujat ovat ratkaisevia puristuslujuuden kehityksen kannalta? Ovatko testaustulokset keskenään vertailukelpoisia, ja voidaanko analysointituloksista luotettavasti johtaa seosreseptien kehittämistä vaiheittain? Lisäksi oli tärkeää selvittää, miten sivuvirtatuotteiden toimitukset Tornion terästehtaalta järjestetään. Tulosten analysointi ja tiedon jakaminen olivat keskeisiä tekijöitä eri organisaatioiden ja ulkopuolisten toimijoiden välisessä yhteistyössä hyödyntää terässulaton sivuvirtamateriaaleja kovettuvassa kaivostäytössä. Tiedon jakamisella mahdollistettiin yhteinen ymmärrys tavoitteista sekä lisättiin sitoutumista hankkeeseen. Kehittämistyötä, jossa itse oli osallisena järjestämässä yhteistyötä organisaatioiden ja ulkopuolisten toimijoiden välillä sekä arvioimassa saatuja kehittämistyön tuloksia, tuli tarkastella tutkimuksellisesti prosessin ulkopuolelta.

The thesis is based on the environmental goals of the client's Kemi mine, according to which the mine must achieve carbon neutrality during the year 2025. The purpose of the thesis was to develop solutions for replacing hardening mine fill materials with materials from Outokumpu's by-streams. Changes in the binding materials of the mine filling are aimed at significant reductions of the mine's carbon dioxide emissions.

The thesis is a quantitative study that utilized published research data on different models of hardening mine fill and the factors affecting the reaction of water and cement hydration. Laboratory tests collected data on the properties of the hardening mine filling recipes developed in the thesis, which guided the development work step by step towards the requirements set for it.

As a result of the development work, it was possible to present two recipes for hardening mine filling for practical tests, which met the requirements set for mine filling mixtures. The result can also be counted as the details of the plans related to the collection of slag concentrate, processing and its transport to the Kemi mine. These plans, when implemented, also help to reduce carbon dioxide emissions.

The thesis aimed to find answers to key questions: How does the hydration of the hardening mixture start and how does the hardening of the mixture proceed with the help of replacement by-stream products? Which environmental variables are decisive for compressive strength development? Are the test results comparable with each other, and can the step-by-step development of the mixture recipes be reliably derived from the analysis results? In addition, it was important to find out how the deliveries of by-stream products from the Tornio steel mill are organized. Analyzing the results and sharing information were key factors in the cooperation between different organizations and external actors to utilize by-stream materials from the steel smelter in hardening mine filling. Sharing information enabled a common understanding of the goals and increased commitment to the project. The development work, in which I was involved in organizing cooperation between organizations and external actors and evaluating the obtained results of the development work, I had to look at research from outside the process.