Keksijöitä haastattelussa
Marja Riekkola-Vanhanen
– sinnikäs bioliuotuksen kehittäjä
Biokemisti Marja Riekkola-Vanhanen on työskennellyt kaivosalalla neljäkymmentä vuotta - ja puolet tästä ajasta bioliuotuksen parissa. Määrätietoinen tutkimus- ja kehitystyö on tuottanut erinomaista tulosta. Syntyi biokasaliuotus: menetelmä, jolla malmista saadaan erotettua ylivertainen määrä nikkeliä perinteisiin menetelmiin verrattuna. Sotkamon Talvivaarassa käynnistettiin nikkelin teollinen tuotanto biokasaliuotuksen avulla vuonna 2008, ensimmäisenä maailmassa.
Talvivaarassa on yksi Euroopan suurimmista tunnetuista sulfidisen nikkelin esiintymistä. Nikkelisulfidin lisäksi malmi sisältää muun muassa sinkki-, kupari- ja kobolttisulfideja, mutta metallipitoisuudet ovat varsin alhaisia.
”Perinteisillä menetelmillä siitä saataisiin rikastetta, jossa on korkeintaan 1,5 prosenttia nikkeliä, ja sellaista ei yksikään sulatto osta. Tarvittiin siis uusi menetelmä, ja se löytyi biokasa-liuotuksesta”, kertoo Marja Riekkola-Vanhanen, Talvivaaran Kaivos-osakeyhtiön teknologiajohtaja.
Biokasaliuotuksessa metallit liuotetaan malmista bakteerien avulla. Bakteerit ovat samoja, joita esiintyy kaikissa sulfidimalmeissa luonnostaan; teollisessa tuotannossa niiden elinoloja vain parannetaan, jotta liukeneminen nopeutuisi.
”Olosuhteet säädetään niin, että bakteerit kasvavat optimaalisesti, saavutetaan liuotuksen kannalta paras mahdollinen lämpötila ja malmista liuenneet metallit huuhtoutuvat, mutta bakteerit eivät mene mukana”, listaa Riekkola-Vanhanen prosessin kehittämisen haasteita.
Maailman kuparikaivoksissa bioliuotusmenetelmää on hyödynnetty jo vuosikymmeniä.
Monivaiheinen biokasaliuotus
Biokasaliuotuksessa on neljä päävaihetta:
1) Malmi louhitaan avolouhoksesta, minkä jälkeen se murskataan.
2) Murske agglomeroidaan laimealla rikkihapolla, jolloin muodostuu tasakokoisia rakeita. Niistä tehdään 6–10 metrin korkuinen, ilmaa ja vettä läpäisevä kasa.
3) Kasaa ilmastetaan pohjalle asennetun putkiston kautta ja kastellaan päältä, tarkoituksena bakteerien elinolojen parantaminen ja liuenneiden metallien huuhtominen. Liuosta kierrätetään kasan läpi yhä uudestaan, kunnes sen metallipitoisuus on noussut riittävän suureksi.
4) Metallit saostetaan liuoksesta ja sakat erotetaan myytäviksi tuotteiksi. Metallien talteenoton ja puhdistuksen jälkeen liuos palautetaan takaisin kasan kasteluun.
Tätä ”primääriliuotusta” jatketaan puolentoista vuoden ajan, minkä jälkeen kasa siirretään uudelle alustalle edelleen liuotettavaksi. Näin varmistetaan, että metallit saadaan talteen mahdollisimman tarkkaan. Liuotuksen päätyttyä kasa maisemoidaan.
Rohkaisevia tutkimustuloksia
Aloittaessaan työt Outokummun keskuslaboratoriossa vuonna 1970 biokemisti Marja Riekkola-Vanhanen oli ainoa koko yrityksessä, joka oli opiskellut myös muuta kuin epäorgaanista kemiaa. Niinpä työkaveri toi hänelle eräänä päivänä kaksi lehtiartikkelia, jotka käsittelivät malmien bioliuotusta.
”Luin kyllä artikkelit kiinnostuneena, mutta unohdin ne pöytälaatikkoon yli kymmeneksi vuodeksi”, teknologiajohtaja muistelee.
Kaikki alkoi varsinaisesti vasta 15 vuotta myöhemmin, jolloin Porissa toiminut Outokummun tutkimuskeskus kiinnostui menetelmästä ja pyysi Riekkola-Vanhasen mukaan Helsingin yliopiston mikrobiologian laitoksella valmistellun tutkimusprojektin johtoryhmään.
Vuonna 1989 hän siirtyi Outokumpu Research’lle, jossa oli aloitettu Talvivaaran malmin bioliuotuskokeet, tavoitteena kehittää malmin käsittelyyn uusi, taloudellisempi ratkaisu. Kirjoittamassaan raportissa tohtori Seppo Heimala ja Riekkola-Vanhanen totesivat, että ”tunnusluvut ilmaisevat selvästi prosessin taloudellisen paremmuuden”.
Seuraavina vuosina tutkijat tekivät laboratoriokokeita ja ajoivat useita pilotteja, isoimmat tuhannella kilolla malmia. Kokeista saatiin rohkaisevia tuloksia, mutta Talvivaaran kaivosluvat saanut Outokumpu ei lähtenyt hyödyntämään alueen varantoja.
Tositoimiin vuonna 2004
Outokummulla aikaisemmin työskennellyt Pekka Perä, Talvivaaran Kaivososakeyhtiön toimitusjohtaja, osti Sotkamon esiintymät Outokummulta vuonna 2004 ja sai samalla asiaan liittyvän tutkimusaineiston.
”Löydettyään raporttimme vuodelta 1990 Perä kiinnostui asiasta ja otti yhteyttä. Olisi ollut paljon muitakin töitä, mutta Seppo Heimala melkein työnsi minut neukkariin asiasta keskustelemaan”, kertoo Riekkola-Vanhanen. Nähtyään Perän innostuksen hän kiinnostui itsekin ja siirtyi pian Kaivososakeyhtiön palvelukseen.
Jo ensimmäisen puolen vuoden aikana käynnistettiin iso bioliuotustutkimus, jota Tekes lähti rahoittamaan. Alettiin suunnitella myös isoa pilottia paikan päälle Sotkamoon, sillä rahoittajat piti saada vakuuttumaan prosessin toimivuudesta. ”Kaikki ulkopuoliset olivat nimittäin varmoja, että pilottikasa ja liuosputket jäätyvät talvella.”
Vuosina 2005–2008 tulevalla kaivosalueella käsiteltiin 17 000 tonnin erä alueelta louhittua malmia. Koelaitoksesta saatiin laadukkaita metallituotteita, nikkeli pystyttiin ottamaan talteen lähes kokonaan ja mikä parasta: nähtiin, että prosessi tuottaa paljon lämpöä ja toimii siksi hyvin myös talvella.
Teollinen kaivostoiminta alkoi Talvivaarassa vuonna 2008. Kaivoksesta tuli edelläkävijä maailmassa, sillä missään muualla ei tuoteta nikkeliä bioliuotuksen avulla teollisessa mitassa.
VTT:llä tutkitaan bioliuotuksen käyttöä metallipitoisten jätteiden käsittelyssä. Lue lisää >>>
Menestyksen salaisuus?
”Tällainen työ vaatii vahvaa, monitieteistä osaamista, ideointi- ja yhteistyökykyä sekä taitoa yhdistää sopivasti erilaisia asioita. Kokeissa on ollut paljon hyötyä Seppo Heimalan erinomaisesta sähkökemiallisesta osaamisesta ja tietysti omasta mikrobiologian ja biokemian osaamisestani”, kertoo Riekkola-Vanhanen.
Työssä piti olla myös sitkeä ja kärsivällinen. Oli jaksettava muuttaa vain yhtä asiaa kerrallaan, jotta saatiin selville, mitä muutos vaikuttaa – ja sen yhden vaikutuksen näkymiseen saattoi mennä viisikin viikkoa. Tekemiseensä piti uskoa silloinkin, kun muut epäilivät.
”Se juuri onkin tutkimuksessa tärkeää: usko itseesi, osaamiseesi ja tekemiseesi!”