Kaivos

Kaivos on kaivannaistoiminnan tuotantoyksikkö, jossa louhitaan jotakin mineraalia tai malmia. Kaivos voi olla avolouhos tai maanalainen kaivos. Avolouhinta on kustannustehokkaampaa, mutta sen jäljet maisemaan ovat isommat kuin maanalaisella louhinnalla. Maanalaisessa kaivoksessa joudutaan malmin ja sivukiven irrotuksen ja poiston lisäksi rakentamaan runsaasti infrastruktuuria: tunneleita, sähköverkostoa, tuuletuskanavia ja vesijohtoja. 

Kaivokset ovat riskialttiita työpaikkoja, kuten muutkin maanrakennusalan työpaikat. Vaaroja ovat muun muassa sortumat, tulvat ja myrkylliset kaasut. Tämän vuoksi työturvallisuudesta huolehtiminen on oleellinen osa kaivostoimintaa. 

Länsimaissa kaivostoiminta on nykyisin yleensä pitkälle koneistettua ja osin automatisoitua. Kehitysmaissa kaivostoiminta on työvoimaintensiivisempää toimintaa, jossa käsityöllä on edelleen merkittävä osuus. Sama näkyy myös työturvallisuudessa. Vaarallisimpia kaivoksia ovat maanalaiset hiilikaivokset, joissa on metaanikaasua.

Omistus
Kaivosten muodostumisessa on olemassa pääasiassa kolmenlaisia periaatteita. Kaivosten konsessioperiaatteen mukaan malmivarat omistaa valtio, joka voi vuokrata oikeutensa yrityksille. Toisen periaatteen mukaan malmivarat kuuluvat maanomistajalle. Kolmannen periaatteen mukaan malmivarat kuuluvat kaivoksenvaltaajalle, joka voi maanomistajan maalle hakea kaivosvaltauksen ja myöhemmin tutkimusten perusteella kaivospiirin. Ruotsin kuningaskunnan periaatteiden mukainen kaivosvaltausmenetelmä on ollut Suomessa voimassa vuodesta 1723 alkaen. Yhdysvalloissakin valtausperiaate on ollut yleinen, ja se on edelleen voimassa Texasissa.

Kaivosten tuotteet
Kaivokset tuottavat pääosan ihmiskunnan tarvitsemista metalleista ja mineraaleista. Yleisimmät kaivosten tuotteet ovat: kivihiili, rauta ja bauksiitti. Tiettyjen metallien osalta osa kulutuksesta voidaan kattaa kierrätyksen avulla, mutta kulutuksen kasvaessa tarve myös neitseellisen raaka-aineen käyttöön kasvaa. Kasvava kulutus myös nostaa metallien hintoja, mikä laskee kynnystä entistä köyhempien esiintymien tuotantoon ottamiselle. Metalleja ihmiskunta tarvitsee nykyaikaisen elintavan ylläpitämiseen, sillä lähes kaikki kestokulutushyödykkeet polkupyörästä taulutelevisioon ja puhelimen akkuun sisältävät metallisia raaka-aineita. 

Kaivosten tuottamat mineraalit puolestaan ovat raaka-aineita, jotka eivät välttämättä näy loppukuluttajalle. Siksi puhutaankin teollisuusmineraaleista. Esimerkiksi paperissa on lähes puolet mineraaliraaka-aineita: kalsiittia, kaoliinia tai talkkia. Tämä siksi, että ne ovat täyteaineina halvempia kuin puukuitu, ja niiden avulla voidaan parantaa esimerkiksi paperin ominaisuuksia. Myös maalit ja muovit sisältävät runsaasti mineraaliraaka-aineita, muun muassa väriaineita. Teollisuusmineraalien kierrätettävyys on toistaiseksi vielä huonoa, lasia lukuun ottamatta. Teollisuusmineraalien louhinta on länsimaissa usein määrällisesti jopa metallimalmien louhintaa merkittävämpää.

Kaivuumenetelmät

Avolouhinta
Avolouhinnassa siirretään kaivosalueen pinnassa olevat maamassat ja kiviaines sivuun kunnes varsinainen mineraaliesiintymä paljastuu. Mineraaliesiintymä murskataan ja kuljetetaan rikastamoon. Kaivosalueen sivuun siirrettyä louhittua kiviainesta kutsutaan sivukiveksi.

Tunnelilouhinta
Tunnelilouhinnassa mineraaliesiintymää seurataan kalliossa poraamalla ja räjäyttämällä tunneli. Aikaisemmin poraus on tehty käsin mutta nykyisin käytetään pyörillä tai teloilla kulkevaa porauskalustoa, joka voi toimia myös osittain automatisoituna. Tunnelilouhinta tapahtuu yleensä ns. välitasolouhintana jossa yhdestä pystysuorasta kaivoskuilusta louhitaan vaakasuuntaisia tuotantotunneleita pystysuunnassa 25 metrin välein.

Liuotusmenetelmät
Liuotusmenetelmissä (ISL, In-Situ Leaching) maata ei siirretä ollenkaan eikä kaivoksessa tarvita myöskään tunneleita. Maahan porataan pystysuuntaisia kaivoja joista osaa käytetään mineraalit erottavan liuoksen pumppaamiseen maahan, osa taas saman liuoksen keräämiseen pois. Maaperän koostumuksesta riippuen liuos on joko hapanta tai emäksistä. 

ISL-menetelmää käytettiin ensimmäisenä Wyomingissa Yhdysvalloissa 1960-luvulla Sitä käytetään nykyisin erityisesti uraanikaivostoiminnassa. Esimerkiksi Yhdysvalloissa valtaosa uraanista kerätään ISL-menetelmällä. 

ISL-menetelmällä on parhaimmillaan kyetty hyödyntämään 80 % esiintymän mineraalista. Australiassa tyypillinen tavoite on 70 % saanto 12 kuukauden kuluessa. Energiankulutus menetelmää käytettäessä on ollut 19–33 kWh/kgU joten se on varsin energiatehokas.

Menetelmän ympäristövaikutukset rajoittuvat lähinnä pohjaveteen. Käytännössä esimerkiksi Australiassa pohjavesi on jo ennen kaivostoiminnan aloittamista käyttökelvotonta johtuen sen suolaisuudesta ja sen sisältämistä radioaktiivisista nuklideista. ISL -kaivoksiin liitetään kuitenkin vedenpuhdistamo. Käytetty liuos voidaan neutraloida esimerkiksi kalkilla.

Rikastusmenetelmät

Biokasaliuotus

Bioliuotuksessa metallit irrotetaan malmista siinä luonnostaan esiintyvien bakteerien avulla. Kaupallisessa tuotannossa on kehitetty menetelmiä, joilla tätä luonnollista prosessia voidaan kiihdyttää. Menetelmää soveltaa ensimmäisten joukossa maailmassa Talvivaaran kaivos Sotkamossa.

Biokasaliuotuksessa avolouhoksesta siirrety malmi murskataan ja agglomeroidaan rikkihapolla. Murske kasataan noin kahdeksan metriä korkeaksi kasaksi, jossa sitä bakteerien avulla liuotetaan puolentoista vuoden ajan. Liuosta kierrätetään kasan läpi kunnes sen metallipitoisuus on riittävän suuri, jotta metalli voidaan siitä erottaa. Metallin irrotuksen jälkeen sama liuos voidaan käyttää uudelleen.

Biokasaliuotuksen suuri etu on sen edullisuus ja luonnonmukaisuus. Se tarvitsee toimiakseen vettä, ilmaa ja tarkoitukseen jalostettuja mikrobeja. Koska bakteerien optimaalinen toiminta-alue on happamassa pH:ssa, säädellään lioksen pH:ta hapolla, usein rikkihapolla. Liuoksen jatkuva pumppaus kasan läpi vaatii myös sähköenergiaa.

Kultakaivosten syanidirikastus
Kultakaivoksilla käytetään yleisesti syanidia kullan liuottamiseen hienoksi murskatusta malmista. Tämä johtuu siitä, että kulta ei liukene muihin nesteisiin.

Kun malmi on uutettu laimennetussa natriumsyanidiliuoksessa, kulta-aines imeytetään puuhiileen, suodatetaan ja ylimääräinen syanidiliuos varastoidaan suuriin jäämäaltaisiin. Joillakin kaivoksilla ylimääräinen syanidi tuhotaan kemiallisesti, mutta usein se vain vuodatetaan laimennettuna kaivosluvan ehtojen mukaan. Altaan murtuminen tai vuoto saattaa päästää syanidia ympäristöön.
 
Tavallisimmat syanidia kullan uuttamiseen käyttävät menetelmät ovat
 Merrill-Crowe talteenotto, joka käyttää sinkkijauhetta kullan saostamiseen liuoksesta
 Carbon in Column (CIC), 
 Carbon in Pulp (CIP) ja sen muunnelma Carbon in Leach (CIL). CIP on tällä hetkellä yksi suosituimmista suurissa nykyaikaisissa kaivoksissa. 
 röykkiöuuttaminen. 

Kullan erotteluun roskakivestä on olemassa vaihtoehtoisia menetelmiä, mutta ne eivät ole vielä laajassa käytössä.

Vaikka rutiininomainen syanidin käsittely kultakaivoksilla ympäri maailman on yleensä tapahtunut turvallisesti, viime vuosina on kuitenkin sattunut onnettomuuksia, joilla on ollut vaikutusta alueen luontoon. Useita parannuskeinoja on olemassa ja joitakin niistä on käytetty syanidipitoisuuden pienentämiseen.

Kansallisia syanidin käsittelyohjeita ja säännöksiä on valmisteltu joissakin maissa, esimerkiksi Australiassa. The International Council for Metals and the Environment on tuottanut ohjekirjasen. Mining Environmental Management -journaalin numero käsittelee syanidin käsittelyä.

Ympäristöhaitat

Usein teollisuusjätteeksi luokiteltava kaivosjäte (tai ”kaivannaisjäte” siten kuin se määritellään direktiivissä 2006/21/EY) on peräisin hiilen tai muuhun kuin energiantuotantoon käytettävien mineraalien etsinnästä, louhinnasta ja käsittelystä. Satoja miljoonia tonneja jätettä edelleen toiminnassa olevilta tai entisiltä kaivosalueilta on edelleen varastoitu käsittelemättä enemmän tai vähemmän tiiviisti paikallisyhteisöjen läheisyyteen. Suljetut ja hylätyt kaivosjätealueet voivat aiheuttaa vakavan vaaran ympäristölle ja paikallisyhteisöille.

Kaivostoiminnan jätteitä ovat etupäässä kaivosten vedet. Myös kaivosten sivukiveä voidaan pitää jätteenä, ellei sitä pystytä hyödyntämään esimerkiksi maanrakennuksessa ja louhosten täytössä. Ympäristöviranomaiset ovat asettaneet kaivoksen ympäristöluvassa kaivosten jätevesille rajat, ja niitä on tietysti noudatettava. Kaivoksesta riippuen vesien laatuun vaikuttavat muun muassa alueen kallioperän sisältämät metallit ja niiden esiintymismuoto. Osa metalleista liukenee kivistä veteen, osa ei. Vesiä joudutaan usein käsittelemään lupaehtojen täyttämiseksi muun muassa pH:ta säätelemällä, esimerkiksi kalkin avulla.

Energiankulutus
Kaivostoiminta on yleisesti varsin energiaintensiivistä. Avolouhoksissa kivimassojen siirtäminen maansiirtokoneilla kuluttaa polttoainetta ja aiheuttaa hiilidioksidipäästöjä. Esimerkiksi Kittilän Suurkuusikon kultakaivoksessa suunnitellaan vuosittain siirrettävän 750.000 tonnia kiveä. Rikastusprosessissa mineraaleja erottavien liuosten pumppaus edellyttää suurta sähkötehoa. Suurkuusikon kaivoksen rikastusprosessin maksimitehontarve on 11–14 MW.

Kaivosten lupa-asiat

Kaivostoiminnan lupa-asiat Suomessa

Suomessa kaivostoimintaan tarvitaan Turvallisuus- ja kemikaalivirastolta (Tukes) haettava kaivoslupa sekä ympäristölupa, jonka myöntää ympäristölupavirasto. Lain mukaan malminetsintää voidaan suorittaa joko jokamiehenoikeuksia muistuttavana etsintätyönä tai malminetsintäluvalla.  Etsintätyössä tapahtuvasta näytteenotosta on tehtävä kirjallinen ilmoitus etsintätyön kohteena olevaan alueeseen kuuluvan kiinteistön omistajalle ja haltijalle, jonka etua tai oikeutta asia saattaa koskea.  Myös kullanhuuhdonta valtion mailla on luvanvaraista toimintaa ja edellyttää kullanhuuhdontalupaa . Ennen kaivostoiminnan aloittamista tarvitaan myös kaivosturvallisuuslupa, jolla pyritään takaamaan kaivostyöntekijöiden turvallisuus. Luvat ovat määräaikaisia, ja mikäli toimintaan tulee oleellisilta osin muutoksia, on lupiin haettava myös muutosta tai uutta lupaa . 

Malminetsintälupa

Malminetsintälupa antaa oikeuden tutkia luvassa määritellyllä alueella geologisten muodostumien rakennetta ja koostumusta. Luvan haltija saa myös rakentaa tai siirtää alueelle tutkimustoimintaa varten tarvittavia rakennuksia ja laitteita.  Malminetsintälupa ei vielä oikeuta esiintymän hyödyntämiseen, mutta luvanhaltija saa etuoikeuden malminetsintäalueen kaivoslupaan.Tarkoituksena on antaa kaivosyhtiölle etuoikeus tehdä rajatulla alueella tutkimuksia sen selvittämiseksi, onko kaivostoiminnan aloittaminen kannattavaa .

Malminetsintälupa tarvitaan aina jos etsinnästä syntyy haittaa ihmisten terveydelle, turvallisuudelle tai elinkeinotoiminnalle. Myös maisemallisten tai luonnonsuojelullisten arvojen heikentyessä lupa tarvitaan.  Uraanin ja toriumin etsintään vaaditaan aina malminetsintälupa .

Etuoikeus malminetsintään on sillä, joka on ensimmäisenä jättänyt lupahakemuksen, jossa on selvitetty kaikki tarpeelliset tiedot. Hakemuksessa on esitettävä luotettava selvitys kaikkiin kaivoslaissa määrättyihin kohtiin. Hakemukseen tarvitaan muun muassa selvitys luvan hakijan asiantuntemuksesta ja ammatillisesta pätevyydestä sekä arvio tarvittavista toimenpiteistä sekä niiden vaikutuksista ympäristöön. Lupahakemus toimitetaan turvallisuus- ja kemikaalivirastoon (Tukes). 

Malminetsintälupaa ei myönnetä esimerkiksi hautausmaalle, puolustusvoimien alueelle, yleisessä käytössä olevalle kulkuväylälle tai 150 metriä lähemmäksi asumiseen tarkoitettua rakennusta, eikä 50 metriä lähemmäksi yleistä rakennusta. Myöskään maantielle, lentokentälle tai rautatiealueelle lupaa ei myönnetä. Näistä voidaan kuitenkin poiketa asiassa toimivaltaisen viranomaisen suostumuksella. 

Malminetsintälupa voi olla voimassa korkeintaan 15 vuotta, mutta lupaa voidaan jatkaa enintään kolme vuotta kerrallaan. Luvan jatkamisen edellytyksinä on muun muassa se, että luvanhaltija on noudattanut laissa säädettyjä velvollisuuksia ja malminetsintä on ollut järjestelmällistä ja tehokasta .

Kaivoslupa

Kaivostoiminnan harjoittamiseen tarvitaan kaivoslupa, joka oikeuttaa hyödyntämään määrätyllä alueella esiintyvät kaivosmineraalit, sivutuotteena syntyvän orgaanisen ja epäorgaanisen pintamateriaalin, sekä muut kaivosalueen kallio- ja maaperään kuuluvat aineet siltä osin, kun niiden käyttö on tarpeen kaivostoimintaan .Kaivosluvan myöntäminen edellyttää, että esiintymän tulee olla kooltaan, pitoisuudeltaan ja teknisiltä ominaisuuksiltaan hyödyntämiskelpoinen . Kaivostoiminnan kokoa voidaan pitää riittävänä jos käyttökustannukset saadaan katettua esiintymän hyödyntämisestä saatavilla tuloilla ja lisäksi sijoitetulle pääomalle saadaan vaadittava tuotto. 

Kaivoslupaa ei myönnetä jos sen oletetaan aiheuttavan vaaraa yleiselle turvallisuudelle tai huomattavia ympäristövaikutuksia .Lupaa ei myönnetä myöskään siinä tapauksessa, jos on perusteltavissa epäillä ettei luvanhakijalla ole edellytyksiä tai ilmeisesti tarkoitustakaan huolehtia kaivostoiminnan aloittamisesta . Kaivosluvan myöntämisen voi estää myös saamelaisten elinkeinojen vaarantuminen kotiseutu-, koltta- ja poronhoitoalueilla .

Kaivoslupa on yleensä voimassa toistaiseksi ja voimassa olevan luvan määräyksiä tarkastellaan vähintään kymmenen vuoden välein. Perustelluista syistä kaivoslupa voidaan myöntää myös määräaikaisesti. Määräaikainen kaivoslupa ei kuitenkaan voi olla voimassa kuin enintään kymmenen vuotta, jonka jälkeen jatkoaikaa pitää hakea.   

Kaivosturvallisuuslupa

Kaivosturvallisuusluvalla pyritään huolehtimaan kaivosten rakenteellisesta ja teknisestä turvallisuudesta, sekä vaaratilanteiden ja onnettomuuksien ehkäisemisestä.  Lupahakemukseen tulee liittää riskiarvio, josta tulee ilmetä hakijan tunnistaneen kaivosturvallisuutta vaarantavat seikat sekä arvioida niiden todennäköisyys. Lisäksi pitää esittää toimenpiteet, joilla vaaratekijöitä pyritään ehkäisemään. Myös pelastussuunnitelma on laadittava.  Tukes tarkastaa kaivokset luvan myöntämisen jälkeen ja myös käytössä olevia kaivoksia tarkastetaan säännöllisin väliajoin. 

Ympäristölupa

Suomen lainsäädännön mukaan ympäristölupa tarvitaan kaikkeen ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavaan toimintaan. Ympäristölupa on laitoskohtainen ja siinä määritetään laitoksen toiminnalle asetetut ehdot. Ympäristölupahakemuksessa vaaditaan kuvaus muun muassa laitoksen toiminnasta, laitoksen ympäristöstä, käytettävistä varotoimista, ympäristöriskiä pienentävästä tekniikasta, käytettävistä raportointi- ja tarkkailumenetelmistä sekä arvio ympäristövaikutuksista. 

Kaivostoiminnalta edellytetään vielä lisäksi selvitys kaivannaisjätteen jätehuoltosuunnitelmasta sekä toimintaperiaateasiakirja, turvallisuusjohtamisjärjestelmä ja sisäinen pelastussuunnitelma, mikäli kaivannaissätteen jätealue aiheuttaa suuronnettomuuden riskin. [9]

Lupahakemuksen käsittelystä peritään hakijalta maksu. Ympäristölupien keskimääräinen käsittelyaikatavoite on 12 kuukautta; uusien toimintojen osalta 10 kuukautta.

Kullanhuuhdontalupa

Kullanhuuhdontalupa on voimassa 4 vuotta ja sitä voidaan jatkaa enintään kolme vuotta kerrallaan. Kullanhuuhdontalupaa edellytetään valtion omistamalla alueella tapahtuvalta kullanhuuhdonnalta .

Kaivostoiminnan eettisyys
Dosentti Petri T. Peltosen mukaan Suomella on moraalinen velvollisuus osallistua metallien tuotantoon. Suomi käyttää jatkuvasti Afrikan ja muiden maiden kaivannaisia, joten olisi  Peltosen mukaan siirtomaapolitiikkaa olla kantamatta omaa vastuuta globaalista metallien tuotannosta, kun miljardit muut ihmiset haluaisivat lähestyä elintasoamme.

Kaivos fiktiossa
Kaivos on ollut aiheena tai tapahtumaympäristönä lukuisissa elokuvissa sekä kaunokirjallisissa teoksissa. Kaivos esittää merkittävää roolia esimerkiksi romaaneissa Kivihiilenkaivajat, Kuningas Salomon kaivokset, Kaivos ja kartano ja Kun suuret sortuvat. Elokuvateollisuudessa kaivos esiintyy huomattavassa roolissa esimerkiksi teoksissa Kultakuume, Tuhansien silmien edessä, Villi Pohjola, Indiana Jones ja tuomion temppeli, Lapin kullan kimallus ja Billy Elliot sekä Billy Elliotiin pohjautuvassa samannimisessä musikaalissa.

Katso myös
Avolouhos
Maanalainen kaivos
Kaivannaistoiminta
Kaivosonnettomuus
Luettelo Suomen malmikaivoksista
Syvänmeren kaivaus

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla

 "Cyanide Remediation: Current and Past Technologies" by C.A. Young and T.S. Jordan from the Department of Metallurgical Engineering at Montana Tech (Adobe PDF - 532kB).
 Yleiskatsaus menetelmistä: Denver Mineral Engineers Inc. 
 Tutkimus: Avoin vuorovaikutus lisää kaivosten hyväksyttävyyttä paikallisyhteisöissä

 
Seulonnan keskeiset artikkelit