Haihtuvat orgaaniset yhdisteet maanalaisessa kaivosympäristössä
Karppinen, Anette (2025)
2025
Teknis-luonnontieteellinen DI-ohjelma - Master's Programme in Science and Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2025-05-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202505165666
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202505165666
Tiivistelmä
Työpaikkojen ilmanlaadulla on merkittävä rooli yksilöiden altistumisessa ilmansaasteelle. Tässä työssä perehdyttiin kirjallisuuskatsauksella ilmanlaadun sääntelyyn Suomessa ja tutkittiin kokeellisesti maanalaisessa kaivoksessa esiintyviä haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC, volatile organic compound). Lisäksi kehitettiin hyviä käytänteitä vastaavien mittausten toteuttamiseksi tulevaisuudessa.
Kokeellinen osuus suoritettiin Outokumpu Oyj:n maanalaisessa kromimalmikaivoksessa Kemissä toukokuussa 2023. Kaivoksessa mitattiin VOCeja Tofwerk AG:n Vocus PTR-massaspektrometrillä (PTR, proton transfer reaction) ja hiilidioksidia LI-CORin LI-850:llä. Mittauksia tehtiin kaivoksessa kolmessa eri sijainnissa: huoltotasanteella ja kahdessa sijainnissa vinotunnelin varrella. Näiden lisäksi mitattiin yksi räjäytys. Mitatusta datasta määritettiin 13:lle kalibraatioyhdisteessä olevalle VOCille pitoisuusaikasarjat, 8 tunnin pitoisuuden keskiarvot, keskihajonnat ja mediaanit. Kalibraatioyhdisteiden lisäksi tunnistettiin massaspektristä VOCit, joiden signaali oli korkea, ja muodostettiin näille signaaliaikasarjat. Hiilidioksidin ja VOCien sekä VOCien keskinäisiä yhteyksiä tarkasteltiin regressioanalyysillä.
Työn tuloksista nähdään, että maanalaisen kaivoksen VOC-profiili on monipuolinen. Kalibraatioyhdisteille määritetyt 8 tunnin pitoisuuskeskiarvot ovat selkeästi alle työsuojelurajojen. Regressioanalyysin perusteella VOCien pitoisuudet ovat yhteydessä dieselmoottorien pakokaasuihin, mutta pakokaasut eivät selitä kaikkia VOC-havaintoja. Paikalliset VOC-pitoisuudet muuttuivat välillä merkittävästi, mutta lähteitä ei pystytty tunnistamaan, lukuunottamatta kasviperäisiä pesuaineita isopreenin ja monoterpeenin lähteinä. Suurin keskiarvopitoisuus (15,86 ± 3,07 ppb) oli asetaldehydillä.
Tulosten perusteella kaasumaiset VOCit eivät merkittävästi heikennä kaivoksen ilmanlaatua. Ei voi kuitenkaan sulkea pois sitä, että VOCeja on tiivistynyt hiukkasten pinnalle, mikä olisi terveysriski. Maanalaisessa kaivosympäristössä olisi kannattavaa tutkia hiukkasten kemiallista koostumusta, jotta saataisiin selville, paljonko VOCeja on tiivistynyt hiukkasten pinnalle. Lisäksi maanalaisen kaivoksen VOCeja ja niiden lähteitä voisi tunnistaa paremmin yhdistämällä tässä työssä käytettyihin metodeihin dieselmerkkiaineanalyysiä, PMF-analyysiä, kaasukromatografiaa, hiukkasten haihduttamista ja adsorptioputkimittauksia.
Kokeellinen osuus suoritettiin Outokumpu Oyj:n maanalaisessa kromimalmikaivoksessa Kemissä toukokuussa 2023. Kaivoksessa mitattiin VOCeja Tofwerk AG:n Vocus PTR-massaspektrometrillä (PTR, proton transfer reaction) ja hiilidioksidia LI-CORin LI-850:llä. Mittauksia tehtiin kaivoksessa kolmessa eri sijainnissa: huoltotasanteella ja kahdessa sijainnissa vinotunnelin varrella. Näiden lisäksi mitattiin yksi räjäytys. Mitatusta datasta määritettiin 13:lle kalibraatioyhdisteessä olevalle VOCille pitoisuusaikasarjat, 8 tunnin pitoisuuden keskiarvot, keskihajonnat ja mediaanit. Kalibraatioyhdisteiden lisäksi tunnistettiin massaspektristä VOCit, joiden signaali oli korkea, ja muodostettiin näille signaaliaikasarjat. Hiilidioksidin ja VOCien sekä VOCien keskinäisiä yhteyksiä tarkasteltiin regressioanalyysillä.
Työn tuloksista nähdään, että maanalaisen kaivoksen VOC-profiili on monipuolinen. Kalibraatioyhdisteille määritetyt 8 tunnin pitoisuuskeskiarvot ovat selkeästi alle työsuojelurajojen. Regressioanalyysin perusteella VOCien pitoisuudet ovat yhteydessä dieselmoottorien pakokaasuihin, mutta pakokaasut eivät selitä kaikkia VOC-havaintoja. Paikalliset VOC-pitoisuudet muuttuivat välillä merkittävästi, mutta lähteitä ei pystytty tunnistamaan, lukuunottamatta kasviperäisiä pesuaineita isopreenin ja monoterpeenin lähteinä. Suurin keskiarvopitoisuus (15,86 ± 3,07 ppb) oli asetaldehydillä.
Tulosten perusteella kaasumaiset VOCit eivät merkittävästi heikennä kaivoksen ilmanlaatua. Ei voi kuitenkaan sulkea pois sitä, että VOCeja on tiivistynyt hiukkasten pinnalle, mikä olisi terveysriski. Maanalaisessa kaivosympäristössä olisi kannattavaa tutkia hiukkasten kemiallista koostumusta, jotta saataisiin selville, paljonko VOCeja on tiivistynyt hiukkasten pinnalle. Lisäksi maanalaisen kaivoksen VOCeja ja niiden lähteitä voisi tunnistaa paremmin yhdistämällä tässä työssä käytettyihin metodeihin dieselmerkkiaineanalyysiä, PMF-analyysiä, kaasukromatografiaa, hiukkasten haihduttamista ja adsorptioputkimittauksia.