Kaivosala – tulevaisuuden ala

Jos sitä ei ole kasvatettu, se on kaivettu. Kestävä siirtymä tarvitsee kaivoksia. Kaivostoiminta ja tekniikkaa ovat polttavia tulevaisuuden aiheita. Pienimuotoisia metallimalmikaivoksia Suomessa on toiminut jo 1500-luvulta. Tämä määrä mahtuisi 1–10 täysperävaunurekan kyytiin. Vuonna 2015 tämä luku oli vain 10 metallimalmikaivosta, mutta kaivosten tuotanto vastaisi suuruusluokaltaan 140 miljoonaa täysperävaunurekkaa.

TEKSTI | Robin Hagqvist ja Juho Heiska
Artikkelin pysyvä osoite http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202301235094

Jos sitä ei ole kasvatettu se on kaivettu. Nykyinen kuluttamismalli on muuttumassa kiertotalouteen ja hieno esimerkki siitä on Suomessa suunniteltu akkuteollisuusketju, uudet akut tuotetaan kestävästi ja luontoa kunnioittaen, vanhentuneet akut tullaan kierrättämään ja mahdollisesti uusiokäyttämään. Nykyiset kaivostoimijat ovat luonto edellä toimimassa, esimerkiksi Keliber. Tiedotustilaisuudessa 3.11.2022 tietyöurakoitsijan edustajat ilmoittivat Keliberin johdon kanssa, että he luovat WhatsApp ryhmän alueen eläintilojen omistajien kanssa, jossa tullaan ilmoittamaan ensi vuoden aikana tapahtuvista räjäytysaikatauluista.

Vihreä siirtymä tarvitsee paljon kestävästi tuotettua raaka-ainetta ja toimivan kiertotalouden, jotta tuotantoketjujen ympäristöjalanjälki pysyisi pienenä ja kerran kaivetun raaka-aineen loppusijoituspaikkana ei olisi kaatopaikka vaan se uusiokäytettäisiin. Kestävää kaivostoimintaa tarvitaan vastaamaan nykyiseen energiamurrokseen ja Suomella on hyvä tilaisuus näyttää osaamistaan kierrätys, kaivostoiminta ja kemian teollisuudessa. Tässä artikkelissa tutustutaan Suomen kaivostoiminnan historiaan ja tutustutaan käytettyihin tekniikoihin kaivoksilla.

Kaivostoiminta tuottaa raaka-aineita, joista jalostetaan asiakkaiden vaatimia tuotteita.  Kaivoksia jaotellaan usein metallimalmikaivoksiin ja teollisuusmineraalikaivoksiin. Erottelun selitys johtuu malmin käytön päämäärästä. Yleisimpiä teollisuusmineraaleja ovat kalsiitti, dolomiitti, talkki sekä kvartsi.2 Teollisuusmineraalien käyttökohteita on mm. paperilaatujen täyte- ja pinnoitusaineena, muovien valmistukseen ja maalien väriaineena. Metallimalmeja ovat esim. kulta-, kupari-, sinkki- ja nikkelimalmit. Metallien käyttökohteet ovat esim. mikropiirit, autojen sinkittäminen ja putkien valmistaminen taloihinsiirtymässä yhteiskuntana fossiilikaudesta takaisin metallikaudelle missä erona on se, että louhitut metallit kiertävät yhteiskunnassa teoriassa loputtomiin.

Pienimuotoisia metallimalmikaivoksia Suomessa on toiminut jo vuodesta 1500-luvulta. Tämä määrä mahtuisi 1–10 täysperävaunurekan kyytiin. Kaivosten määrä on kuitenkin kasvanut 1800-luvun jälkeen ja Suomessa on toiminut enimmillään yli tuhat kaivosta metalli- ja mineraalikaivoksia. Vuonna 2015 tämä luku oli vain 10 metallimalmikaivosta, jonka tuotanto on suuruusluokaltaan 140 miljoonaa täysperävaunurekkaa.3

Suomessa on louhittu vuonna 2021 115 miljoonaa tonnia, 47,9 % metallimalmia ja 67,7 % sivukiveä. Toiminnassa on tällä hetkellä 45 kaivosta, suurimmat sijaitsee kaivokset sijaitsevat Sotkamossa, Siilinjärvellä sekä Kittilässä. Kaivosteollisuuden liikevaihto on Lapin ELY-keskuksen arvion mukaan 2 miljardia. Metallimalmin osuus liikevaihdosta on 1,6 miljardia ja teollisuusmineraaleilla osuus on 1,2 miljardia. 3 (Kuva 1.)

Kuva 1. Malminlouhinnan kehitys vuodesta 1970 vuoteen 2015, kuva havainnollistaa hyvin metallimalmien kysynnän nousua vuoden 2006 jälkeen. Teknologia alkoi silloin kehittymään huimalla vauhdilla, mikä nostatti metallimalmien kysyntää.4

Metallimalmikaivokset Suomessa

Suomessa on yhteensä 9 metallimalmikaivosta. Kittilän kaivos on EU:n suurin kultakaivos. Kaivos tuottaa 7000 kiloa vuosittain kultaa. Kaivoksen omistaa Kanadalainen Agnico Eagle ja Kittilän kaivos on heidän tytäryhtiönsä.5 Bolidenin omistama Kevistan avolouhos, jonka päätuotteena ovat kupari, nikkeli, kulta, platina ja palladium.6 Vuonna 2021 rikastettiin 9 469 000 tonnia malmia. Kemin kromikaivos on EU:n ainoa, jonka kromin kokonaistuotanto vuonna 2016 oli 3.04 miljoonaa tonnia. Malmia tästä määrästä oli 65,3 % ja sivukiveä 34,7 %. Kaivoksen omistaa Outokumpu ja kaivos toimii tämän tytäryhtiönä.7 Sotkamon kaivos entinen Talvivaara, jonka Terrafame osti vuonna 2016 tuottaa pääasiassa nikkeli- ja sinkkituotteita. Vuonna 2019, Terrafame aloitti kestävästi tuotettujen akkukemikaalien YVA-lupa hakemus prosessin.8

Kuva 2. Suomen metallimalmi kaivokset havainnollistettu kartalle.9

Kaivos- ja louhintatekniikka Suomessa

Päätös aloittaa kaivos tietylle alueelle on vaativa prosessi, joka vaatii paljon taustatyötä mm. luvat, kannattavuus ja maatutkimusporauksia. Ennen kaivostoiminnan alkamista alue varataan, varaus antaa oikeudet hakea malminetsintälupaa. Malminetsintälupa antaa luvan tutkia onko alueella kannattavia esiintymiä, kaivostoimenpiteitä ei saa etsintäluvan alla suorittaa.10 Kaivos vaatii paljon työvoimaa, selkeän suunnitelman toiminnalle, lupaavat malmivarannot ja louhittavan malmin hyvän arvon. Avolouhinnassa maaperää kaivetaan ja urakoidaan ulkona, jolloin kaivos vaikuttaa alueen maisemaan rajusti.11 Kuvassa 3 on pelkistetty prosessikuvaus avolouhinnasta.

Kuva 3. Työmaiden louhintaprosessi avolouhoksilla perustuu porauksiin, räjäytyksiin ja kiven kuljettamiseen tasoilta pois.12

Louhinta alkaa suunnittelulla ja irtomaan poistolla, jonka jälkeen porataan räjähteiden reiät. Räjähteet asennetaan reikiin ja alue suojataan kumimatolla. Kaivostoiminta jatkuu räjäytyksillä ja louheen kuljettamisella nopeaan murskaamoon työmaalla tai jatkomurskaamoon kauemmaksi työmaalta.12

Avolouhinta voidaan jakaa työvaiheisiin, joiden mukaan toiminta etenee jatkuvalla syklillä. Ensimmäisenä on perusteelliset maaperän mittaukset ja koeporaukset. Paljastetaan kallioperän pinta, jotta on helpompi joko porata räjähteiden reiät tai irrottaa kalliota mekaanisesti hydraulisella kiilalla12 Toinen vaihe on räjäytystyöt ja suojaaminen. Porattuihin reikiin voidaan myös lisätä räjähteiden sijaan poltettua kalkkia, joka turpoaa ja irrottaa halutun osan kalliosta. Mitä pidemmälle edetään avolouhoksessa, sitä enemmän louhitaan sivukiveä.12 Kolmas vaihe on räjäytystöiden jälkeen. Louhoksella irtokivi kuljetetaan murskaajalle, jonka jälkeen se kuljetetaan pois alueelta. Irtokivi murskataan vielä kerran rikastamolla, jotta se olisi mahdollisimman hienoa ja helppoa käsitellä prosessissa.12 Yleiskuva näkyy Kuvassa 4.

Kuva 4. Avolouhinnan periaate kuvallisena.12

Maanalainen kaivostoiminta

Kaivostoiminnassa on monia erilaisia menetelmiä, koska jokainen maaperä omalla alueellaan on erilainen. Maastot ovat erilaisia ja ne tuovat erilaisia teknisiä haasteita ja myös niiden kustannus profiilien erot on huomioitava toteutuksessa. Maanalainen louhinta on kalliimpaa, riskialttiimpaa ja vaatii enemmän suunnittelutyötä, mutta maanalainen kaivos on helpompi täyttää tai jälleen käyttää. Maanalaisella kaivoksella ei ole myöskään maisemallisia vaikutuksia. Maanalaisessa kaivostoiminnassa kolme tunnettua tekniikkaa, joita kutsutaan avoimiksi menetelmiksi, täyttömenetelmiksi ja sorrosmenetelmäksi.11

Maanalaiset avoimet menetelmät

Pilarilouhintaa käytetään ainoastaan, jos päällä oleva malmi on tarpeeksi kestävää ja kovaa. Louhintaa voitaisiin kuvailla kuin peräänajo tekniikkaa. Tiivistettynä peräänajo menetelmän vaiheet etenevät poraus, panostus ja kytkennät, räjäytys, tuuletus, kuormaus, kuljetus ja luolan lujitus. Pilarilouhinnassa toimitaan samalla periaatteella, mutta kattoa jätetään tukemaan pilariverkosto, johon jää jonkin verran malmia.11 Kuvassa 5 on kuva tällaisesta tukipilarista.

Kuva 5. Pilarilouhinnasta jälkeen jäävä pilari, joka jää tukemaan kattoa.15

Välitasolouhinta on suosituin louhintamenetelmä Suomessa, joka perustuu pitkäreikäporaukseen. Näissä porauksissa käytetään päältä iskeviä pitkäreikäporauslaitteita, joiden tarkoituksena on tuottaa mahdollisimman paljon malmia. Malmin ja sivukiven on oltava erittäin kovaa, jotta välitasolouhinta olisi mahdollista. Tasoperät, joissa malmia louhitaan ovat sijoitettu 15–40 metrin päästä toisistaan. Louhintaa jaksotetaan tasoittain alhaalta ylöspäin yksi taso kerrallaan. Malmi räjäytetään irti tasoista, jolloin painovoiman avulla malmi kulkeutuu alas lastaustasolle.

Kuva 6. Pengerlouhinnan periaatekuva.15

Pengerlouhinta sivuaa hieman välitasolouhintaa, mutta pengerlouhinnassa edetään penger kerrallaan ylöspäin tai alaspäin. Yksi penger kerrallaan porataan välitasolta ja se kuljetetaan pois. (Kuva 7.) Pengerlouhinnassa voidaan myös apuna käyttää hydraulista kiilaa ja vipuvoimaa, jonka avulla penkereitä irrotetaan maaperästä.11

Täyttömenetelmät

Makasiinilouhinta on vanhentunut tapa sen turvattomuuden ja tehottomuuden takia. Menetelmässä malmilouhetta pidetään väliaikaisena täytteenä kuiluissa. Malmilouhe estää seinien kaatumisen ja raakkulaimennuksen tapahtumisen, louhosta pyritään pitämään koko ajan mahdollisimman täynnä. Louhinta tapahtuu vaiheittain ylöspäin ja malmiaines kerätään lastaustasolta pois. Lyhytreikätäyttölouhinta ja pengertäyttölouhinta perustuu yllä oleviin menetelmiin mutta ovat hitaampia ja kalliimpia versioita niistä, joten niitä ei sen takia käytetä enää paljoa.11

Kuva 7. Kaavakuvat erilaisista täyttömenetelmistä, a) makasiinilouhinta,
b) lyhytreikälouhinta.15

Sorrosmenetelmät

Levysorroslouhinta on menetelmä, joka ei tuota tyhjää tilaa. Sorrosmenetelmän tavoite on tuottaa mahdollisimman suuria kokonaisuuksia malmia. Malmin omalla massalla tai räjäytysten avulla, sorrettu malmi saadaan sopivan kokoiseksi murskeeksi. Levysorroslouhinta perustuu seuraaviin vaiheisiin. Louhintaperien ajo, eli tehdään laitteistolle sopivia käytäviä, joissa voidaan aloittaa tuotantoporaus. Tuotantoporauksessa porataan maaperää heikentäviä reikiä. Panostus on tarpeellinen, jos tuotantoporauksissa on tapahtunut virheitä, eli asetetaan räjähteet tarkasti lasketuille paikoille. Räjäytetään ja kerätään lastausasemalta louhintaperiä pitkin sorrettu/räjäytetty malmi.

Lohkosorrosmenetelmän avulla saadaan erittäin suuria massoja käsiteltyä. Lohkosorrosmenetelmä perustuu lohkaroitumiseen painovoiman ja porauksien avulla. Aloituskustannukset ovat suuret verrattuna siihen, että se ei tuota mitään ennen kuin painovoima on tehnyt tehtävänsä. Käyttökustannuksia syntyy lastauksessa ja ylläpidossa.11

Kuvat 8. Levysorrosmenetelmä vasemmalla ja lohkosorrosmenetelmä oikealla.15

Suurin uhka sorrosmenetelmissä on suunnitteluvirheet ja toimintavirheet, koska käsitellään suuria massoja. Virheet voivat aiheuttaa peruuttamattomia seuraamuksia. Virheiden myötä malmitappiot ja raakkulaimennus voivat aiheuttaa suuria tappioita, jonka takia sorrosmenetelmiä käytetään harvoin.11

Yhteenveto

Suomen kaivostoiminta on asukaslukuun verrattuna kiitettävä suoritus. Tietoa ja osaamista kaivostoiminnasta löytyy Suomesta paljon, mutta kärkimaita ovat ehdottomasti Australia, Kanada sekä Kiina, missä malmien etsintä ja käyttö on paljon tehokkaampaa. Kaivostekniikoista lupaavin on avolouhos, koska jälkihoitaminen ja maisemointi voidaan toteuttaa alueille tehokkaasi ja Suomeen tulevat kaivokset tulevatkin hyödyntämään avolouhostekniikkaa (esim. Keliber). Kaivostoiminnan tärkeys tulee lisääntymään seuraavien vuosikymmenien aikana merkittävästi, koska olemme yhteiskuntana siirtymässä metallienkiertotalouteen ja tämä ei onnistu ilman laajamittaista panostusta kotimaisiin ja EU:n sisäisiin kaivoksiin. Kaivokset, jota tänne perustetaan, ovat kuitenkin lähtökohtaisesti paljon tarkemman ympäristötarkastelun alla kuin Aasiassa. Kaivosteollisuudella on edessään iso brändityö, koska sillä on huono maine ja ympäristöhaitat ovat aina merkittäviä. Brändityöhön tarvitaan todennäköisesti iso ja merkittävä veturi, joka näyttää esimerkillään, että kaivosteollisuus on ensinnäkin elintärkeä osa tulevaisuuden kiertotaloutta ja sen voi tehdä ympäristöä merkittävästi vahingoittamatta ja jälkensä hyvin siivoamalla. Tässä on Suomella näytön paikka muille valtioille.

Lähteet
  • 1 ”Suomen malmityypit”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/geologia/kivilajit-ja-malmien-synty/suomen-malmityypit/.

  • 2 ”Teollisuusmineraalikaivokset”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/kaivannaisala/kaivostoiminta/teollisuusmineraalikaivokset/.

  • 3 ”Katsaus Kaivosalaan - Infogram”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://infogram.com/katsaus-kaivosalaan-1h0r6rg8prrl2ek.

  • 4 ”Kaivostoiminta malminlouhinta”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/wp-content/uploads/2016/05/kaivostoiminta_malminlouhinta.jpg.

  • 5 Dikho, George. ”Tuotanto”. Agnico Eagle Finland (blog). Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://agnicoeagle.fi/fi/tietoa-meista/toiminta/.

  • 6 ” Boliden – Metals for generations to come”. Viitattu 26. marraskuuta 2022. https://www.boliden.com/globalassets/investor-relations/reports-and-presentations/general-presentation/boliden-post-q3_22-general-presentation.pdf.

  • 7 ”Kaivosvastuu – Outokumpu Chrome Oy”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://www.kaivosvastuu.fi/yrityskortti/outokumpu-chrome-oy/.

  • 8 ”Terrafame ostaa kaivostoimintaan liittyvät omaisuuserät Talvivaaran Kaivososakeyhtiö Oyj:ltä - Terrafame”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://www.terrafame.fi/ajankohtaista/uutiset/2016/07/terrafame-ostaa-kaivostoimintaan-liittyvat-omaisuuserat-talvivaaran-kaivososakeyhtio-oyjlta.html.

  • 9 ”Metallimalmikaivokset”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/wp-content/uploads/2021/04/metallimalmikaivokset_malmilouhinta_2020-scaled.jpg.

  • 10 ”Usein kysyttyä”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/faq/.

  • 11 ”Kaivos- ja louhintatekniikka”. Viitattu 4.marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/koulutus-ja-tyo/tyoelama-ja-ammatit/tuotantoprosessit/

  • 2 Väylävirasto. ”Louhinnat”. Viitattu 4. marraskuuta 2022. https://vayla.fi/ymparisto/melu-tarina/louhinnat.

  • 13 ”Tuotantoprosessit”. Viitattu 23. marraskuuta 2022. https://kaiva.fi/koulutus-ja-tyo/tyoelama-ja-ammatit/tuotantoprosessit/.