Tämän kaksiosaisen blogisarjan ensimmäisessä osassa perehdytään rikastushiekan kenttäpilotoinnin taustaan ja koeasetelmaan, kun taas toisessa osassa pureudutaan kokeen tuloksiin.
Teollisuusmineraalikaivoksen rikastushiekka
Tutkittava rikastushiekka syntyy teollisuusmineraalikaivoksen sivuvirtana. Kaivoksella louhitaan malmia, jonka arvomineraalit ovat apatiitti ja kalsiitti, joista pääasiallinen arvomineraali on apatiitti. Apatiitista saadaan maailman puhtainta fosforia lannoitteiden sekä rehufosfaattien raaka-aineeksi. Rikastushiekkaa syntyy, kun apatiitti ja kalsiitti erotetaan malmisyötteestä vaahdottamalla rikastusprosessissa. Rikastushiekkaa syntyy vuodessa noin 10 miljoonaa tonnia (Yara Suomi Oy 2020.) Rikastushiekka sisältää apatiitin ja kalsiitin erotuksen jälkeen kuitenkin vielä ravinteita, jotka voisivat olla kasvien hyödynnettävissä sekä sillä voisi olla maan kemiallista ja fysikaalista rakennetta ylläpitävä sekä parantava vaikutus. Kasvien kasvun kannalta pää- ja sivuravinteiden osalta rikastushiekka sisältää eniten alla olevan taulukon 1 mukaan magnesiumia 9,60 %, kalsiumia 5,60 % ja kaliumia 4,90 % sekä fosforia 0,34 %, hivenravinteissa suurin pitoisuus on raudalla 5,34 %. Lisäksi rikastushiekka täyttää lannoitevalmiste lainsäädännön antamat raja-arvot haitta-aineiden osalta, tuoteluokassa epäorgaaninen maanparannusaine, johon se todennäköisesti tuotteistettuna kuuluisi.
Kiertotalousnäkökulma huomioiden hankkeessa tehtyjen kasvatuskokeiden tarkoituksena oli selvittää voisiko kaivosteollisuudessa syntyvää rikastushiekkaa jatkohyödyntää sellaisenaan fysikaaliskemiallisilta sekä fytotoksisilta ominaisuuksiltaan maanparannusaineena.
Taulukko 1. Rikastushiekan fysikaaliskemialliset ominaisuudet sekä ravinnepitoisuus.
| Fysikaaliskemialliset | Tulos | Yksikkö |
| Tilavuuspaino, kg/m3 | 1 353 | kg/m3 |
| Kuiva-aine | 94,1 | % |
| Kosteus | 5,9 | % |
| Orgaaninen aines | 0,15 | %/ka |
| Johtokyky | 2,4 | |
| pH | 9,2 | |
| Pää- ja sivuravinteet | Tulos | Yksikkö |
| TN | 12,5 | mg/ka ka |
| N, vesiliukoinen | 3 | mg/kg ka |
| TC | 400 | mg/kg ka |
| C/N suhde | 32 | |
| P | 3 400 | mg/kg ka |
| P, vesiliukoinen | 0,004 | mg/kg ka |
| K | 49 000 | mg/kg ka |
| Ca | 56 000 | mg/kg ka |
| Mg | 96 600 | mg/kg ka |
| S | 318 | mg/kg ka |
| Hivenravinteet | Tulos | Yksikkö |
| Mn | 450 | mg/kg ka |
| Na | 470 | mg/kg ka |
| Fe | 53 400 | mg/kg ka |
| B | 0,71 | mg/kg ka |
Kesän 2023 olosuhde- ja kasvihuonekokeen havainnot lyhyesti
KiertoKasvu -hankkeessa rikastushiekkaa aloitettiin tutkimaan ensimmäisen kerran maanparannusaine tarkoituksessa kesällä 2023 olosuhdehuone- ja kasvihuonekokeiden avulla ruukkumittakaavassa. Kokeiden tulokset olivat potentiaalisia, niiden perusteella rikastushiekka mm. edisti tutkittavien kasvien kasvua sekä rikastushiekalla havaittiin mahdollisesti lannoittava vaikutus maanparannusaineena kalsiumin, kaliumin ja magnesiumin osalta. Tulokset viittasivat myös siihen, että rikastushiekan lisäys nosti maaperän pH:ta, joka saattoi parantaa kasvien pää-, sivu- ja hivenravinteiden ottoa. Lisäksi rikastushiekan maaperän pH:ta nostavan ominaisuuden sekä runsaan epäorgaanisen aineksen pitoisuuden myötä, sen arveltiin parhaiten soveltuvan eloperäisille, paljon orgaanista ainesta sisältäville, luonnostaan happamille maalajeille maanparannus tarkoitukseen, jolloin esimerkiksi kalkin tarve kyseisillä maalajeilla pienenisi. Lue lisää kesän 2023 tuloksista oheisesta Savonia-artikkelista.
Kenttäpilotointi Maaningan Pulkonkoskella
Teollisuusmineraalikaivoksen rikastushiekan tutkimista maanparannusaineena jatkettiin kenttäpilotointina pelto-olosuhteissa (kuva 1). Peltokokeeseen valittiin edeltävien ruukkukokeiden perusteella optimaalisimmat rikastushiekan lisäykset, eli 10 massa-% ja 15 massa-%. Koealaksi valittiin maaperältään luonnostaan hapan, paljon orgaanista ainesta sisältävä pelto, joka löytyi Kuikkalahti Dairyn tilalta. Peltokokeen tavoitteena oli jatkotutkia rikastushiekan vaikutuksia kasvien kasvuun kenttäolosuhteissa suuremmalla koealalla. Peltokoe mahdollisti rikastushiekan laajamittaisemman testaamisen siten, että myös kasvinäytteiden tutkiminen mahdollistui. Peltokokeen avulla voitiin siis arvioida kasvien kykyä hyödyntää rikastushiekan sisältämiä ravinteita.
Peltokokeessa käytettiin kahta potentiaalisinta rikastushiekkalisäystä eli 10 massa-% (RKH-10), ja 15 massa-% (RKH-15). Koeruudut (2 m x 1 m) perustettiin valmiiksi kynnettyyn ja karhittuun peltoon. Rikastushiekka levitettiin koeruutuihin käsin 10 cm maakerrokseen lapion ja rautaharavan avulla mahdollisimman tasaisesti. Nämä lisäykset peltomittakaavassa vastasivat karkeasti noin 157 tn/ha ja 235 tn/ha. Näiden lisäksi pellolle perustettiin kontrolliruudut, joihin ei lisätty rikastushiekkaa. Rikastushiekkaa tutkittiin neljällä rinnakkaisella koeruudulla/sarja. Tutkittavana kasvina kokeessa käytettiin myös ruukkumittakaavan kokeissa käytettyä hyvin kasvatuskokeisiin soveltuvaa westerwoldinraiheinää, joka on nopeakasvuinen yksivuotinen rehunurmi. Westerwoldinraiheinän siemeniä kylvettiin peltosuosituksen mukaisesti 30 kg/ha. Koeruudut lannoitettiin lannoiteoppaan mukaisesti keväällä otettujen maanäytteiden viljavuuden perusteella kylvön yhteydessä sekä ensimmäisen sadonkorjuun jälkeen Yara Mila Y5 lannoitteella (N:P:K – 19,6:4,6:10). Rikastushiekan sisältämiä ravinteita ei huomioitu lannoituksessa, sillä ei ollut vielä varmuutta kasvien kyvystä hyödyntää näitä ravinteita. Koeruutuja ei kalkittu, rikastushiekan maan pH:ta nostavan vaikutuksen myötä. Koeruutuja kasteltiin muutaman kerran kuivan alkukesän vuoksi, jotta siemenet saatiin itämään hyvin. Kesän aikana tehtiin kaksi sadonkorjuuta, kerättyjen kasvien tuorepainot punnittiin ruutukohtaisesti, jonka jälkeen kasvit kuivattiin tarkempaa analysointia varten. Lisäksi peltokokeen päätteeksi ruuduista kerättiin maanäytteet analysointia varten.
Kiertotaloudella uutta kasvua Pohjois-Savoon, tutummin KiertoKasvu -hankkeen tavoitteena on tukea Pohjois-Savon pk-yrityksiä kohti vihreää siirtymää, auttamalla yrityksiä tunnistamaan niiden toiminnan ympäristövaikutukset sekä löytämään keinoja näiden ympäristövaikutusten vähentämiseen ja hiilijalanjäljen pienentämiseen. Hankkeen tavoitteena on myös lisätä maakunnan toimijoiden kiertotalousosaamista ja tukea siirtymässä kohti kiertotalousliiketoimintaa. Kiertotaloudella uutta kasvua Pohjois-Savoon (KiertoKasvu) on EU:n osarahoittama hanke, jonka rahoittavana viranomaisena toimii Pohjois-Savon liitto. Hanketta toteuttavat Savonia-ammattikorkeakoulu, Navitas Yrityspalvelut ja Ylä-Savon ammattiopisto.
Lähteet:
Yara Suomi Oy. 2020. Siilinjärven kaivos Kaivannaisjätteen jätehuoltosuunnitelma.