Kaivannaistoiminta

Kaivannaistoiminta on toimintaa, jossa maaperästä talteenotetaan teollisuuden raaka-aineina tärkeitä malmeja ja muita kaivannaisia. Arvokkaat mineraalit jaetaan malmimineraaleihin ja epämetallisiin kaivannaisiin. Tärkeimpiä teollisuuden tarvitsemia metalleja ovat muiden muassa rauta, alumiini ja kupari. Merkittäviä epämetallisia kaivannaisia ovat muiden muassa graniitti, kalkkikivi, timantit ja vuorisuola. Kaivannaiset ovat uusiutumattomia luonnonvaroja, mutta silti niiden niukkuus eli reaalihinta on pikemminkin vähentynyt kuin kasvanut vuosikymmenten ja vuosisatojen mittaan. Kaivannaistoiminnalla on ympäristölle monia vahingollisia vaikutuksia. Nyky-yhteiskunta perustuu kuitenkin edelleen suurelta osin kaivannaisteollisuuden tuottamien raaka-aineiden varaan, joten siitä ei täysin voida luopuakaan.
Kaivannaisteollisuuden tuotantoyksiköitä ovat kaivos, rikastamo ja usein myös sulatto.
Malmit.
Malmien synty.
Malmit ovat taloudellisesti merkittäviä kivilajeja, jotka sisältävät metallimineraaleja. Yleensä malmit ovat syntyneet vuorten poimuttuessa, kun kivilajit ovat sulaneet ja magma myöhemmin jäähtynyt ja jähmettynyt, jolloin magmapesäkkeen alaosaan ovat ensiksi eriytyneet ja näin pesäkkeet pohjalle vajonneet raskaat mineraalit, kuten kromiitti ja magnetiitti. Magmapesäkkeen yläosaan taas on kiteytynyt viimeiseksi muun muassa hopea-, kulta-, kupari-, lyijy- ja nikkelimalmeja. Näiden malmioiden välissä oleva kivi sen sijaan on vähemmän metallipitoisempaa. Malmiesiintymiä tunnetaan eniten vanhojen poimuvuoristojen alueella, missä malmiot ovat paljastuneet rapautumisen aiheuttaman kulutuksen seurauksena.
Louhinnan kannattavuus.
Se, kannattaako metallia louhia ja minkälaisina pitoisuuksina, riippuu sen arvokkuudesta. Nykyaikana jalostusmenetelmät ovat kehittyneet, jolloin yhä kannattavammaksi on tullut louhia myös pienimuotoisempia esiintymiä. Louhinnan taloudelliseen kannattavuuteen vaikuttaa myös maailmanmarkkinahinta. Joissakin kehitysmaissa, joissa tietyllä kaivostuotteella on merkittävä asema viennistä, voi maailmanmarkkinahinnan lasku aiheuttaa kansantalouden kriisin. Maailmanmarkkinahinta riippuu uusien, lupaavien varojen löytymisestä sekä metallituotteiden kierrätyksen lisääntymisestä. Metalleja on myös pyritty monin paikoin korvaamaan halvemmilla muoviratkaisuilla. Kun malmi on louhittu, siitä poistetaan muu, vähämetallinen aines eli se rikastetaan. Rikaste taas jalostetaan metalliksi.
Tärkeimmät metallit.
Ylivoimaisesti tärkein teollisuuden metalli on rauta, jonka osuus kaikista louhituista ja jalostetuista metalleista on 95 %. Se on myös halvin metalli, jota käytetään. Rauta on maankuoren yleisimpiä alkuaineita. Sen hinta määräytyy pääasiassa louhinnan ja kuljetuksen aiheuttamista kustannuksista. Eniten rautamalmia on vanhassa ja kuluneessa kallioperässä, missä sitä tavallisesti louhitaan avolouhoksissa. Parhaimmillaan malmeissa on rautaa yli 50 prosenttia. Merkittävimpiä rautamalmintuottajamaita ovat Kiina, Brasilia, Venäjä, Ukraina sekä Australia. Kivihiilen avulla pelkistämällä valmistetaan terästä. Terästeollisuudessa hiilen kulutus on erittäin suurta, minkä seurauksena edullisimmat rautamalmin esiintymät ovat kivihiiliesiintymien läheisyydessä, esimerkiksi Ukrainan itäosassa Donetsin laakiolla sekä Koillis-Yhdysvalloissa. Suurimmat teräksentuottajamaat ovat Kiina, Japani, Venäjä ja Yhdysvallat, mutta 1980-luvulla lähtien kehitysmaiden, esimerkiksi Brasilian, Intian ja Korean tasavallan terästeollisuus on kehittynyt erittäin voimakkaasti. Koska kehitysmaiden teräs on halpaa, on se aiheuttanut hankaluuksia rikkaiden teollisuusmaiden teräsyhtiöille. Viime vuosina teräksen kulutus maailmalla on laskenut ja sitä on pyritty korvaamaan muilla aineilla.
Maankuoren yleisin metalli on alumiini. Alumiinimalmista käytetään nimitystä bauksiitti, joka on muodostunut latosolimaannoksessa tropiikissa. Maailman suurin bauksiitintuottaja on Australia, jonka osuus on noin kolmannes. Bauksiitin kaivaminen on edullista, mutta se käsitellään elektrolyyttisesti, mikä vaatii paljon sähköenergiaa. Yleensä alumiinin erottaminen suoritetaankin halvan energian maissa kuten Kanadassa ja Norjassa. Teräksen jälkeen alumiini on eniten teollisuudessa käytetty metalli. Alumiinia käytetään sen keveyden ja ruostumattomuuden vuoksi lentokoneiden, autojen ja juomatölkkien valmistuksessa.
Maailmankaupassa merkittäviä metalleja ovat kupari, lyijy, sinkki ja tina. Kupari johtaa hyvin sähköä, mutta se on kallis raaka-aine ja sitä onkin pyritty korvaamaan alumiinilla. Merkittävimmän kuparintuottajamaat ovat Chile ja Yhdysvallat, mutta kehitysmaiden kuparintuotanto lisääntyy koko ajan niiden runsaiden kuparimalmivarojen seurauksena. Esimerkiksi Sambian viennistä kuparin osuus on lähes 70 %. Kuparista valmistetaan pronssia tinan kanssa. Tinaa käytetään myös muihin metalliseoksiin sekä ohutlevypinnoitteena ja juotosmetallina. Sinkki on merkittävä teräksen seosmetalli. Merkittävin sinkintuottajamaa on Kiina.
Jalometalleista merkittävimmät ovat kulta ja hopea. Kulta esiintyy puhtaana luonnossa ja sitä on pitkät ajat huuhdottu joista. Merkittävin kullantuottajamaa on Etelä-Afrikka. Kulta on monilta ominaisuuksiltaan hyvä metalli: sitä on helppo muotoilla ja käsitellä ja se johtaa myös hyvin sähköä, eikä se hapetu. Hopeaa käytetään kullan tavoin koruihin, mutta sillä on taipumus tummua. Hopeaa käytetään eniten valokuvateollisuudessa. Suurimmat hopeaesiintymät ovat Meksikossa, Perussa ja Yhdysvalloissa.
Epämetalliset kaivannaiset.
Kallioperän epämetallisia kaivannaisia käytetään rakentamisessa ja teollisuudessa. Merkittäviä epämetallisia kaivannaisia ovat rakennuskivet, vuorisuola, korukivet ja timantit. Tärkeitä rakennuskiviä ovat muun muassa graniitti, josta tehdään rakennusten lisäksi rakennuslaattoja ja katujen reunakivetyksiä. Kalkkikivestä jauhettua kalkkia käytetään sementin valmistamiseen ja sitä levitetään pelloille vähentämään happamuutta. Marmori on syntynyt tasalaatuisesta kalkkikivestä ja se on tärkeä rakennusmateriaali.
Vuorisuolaa ovat suolakerrostumat, jotka ovat syntyneet entisajan merien haihduttua. Suolakerrostumia on muun muassa Keski-Euroopan pohjoisosissa. Suolaa louhitaan sekä kulutuskäyttöön että kemianteollisuudelle. Korukiviä ovat muun muassa kvartsit. Korukiviä käytetään korujen lisäksi koriste-esineisiin. Timantti on kovin aine, mitä luonnossa tavataan. Suurin timantintuottaja on Australia, mutta suuria timanttikaivoksia on myös Afrikan eteläosan maissa. Timanttia käytetään sen kovuuden ansiosta hiomalaitteisiin ja poranteriin, mutta suuri osa myös koruihin.
Kaivannaisten riittävyys.
Luonnonvarojen niukkuus on pitkään vähentynyt: niiden hinnat ovat pudonneet vuosikymmenten ja vuosisatojen ajan.
Luonnonvarojen niukkuutta mittaa parhaiten reaalihinta. Mineraalien reaalihinta on laskenut 48 % vuodesta 1950 vuoteen 1990. U.S. Geological Surveyn Carroll Ann Hodges kirjoitti Science-lehdessä 2.6.1995 (s. 1305–1312): "mitään kestäviä niukkuuksia mineraaleista ei ole ollut. Taloudelle tärkeät mineraalit eivät ole vähissä ja tuskin tulevat olemaankaan useiden seuraavien sukupolvien aikana". Ainoa niukentunut (kallistunut) resurssi on työvoima.
Varsinaisia fosfaattikivivarantoja arvioidaan olevan 67 gigatonnia (Jasinski 2013) eli 338 vuodeksi. Laajemmin fosfaattikiveä on vielä moninkertainen määrä, arviolta 290–460 gigatonnia (Jasinski 2013; Van Kauwenbergh 2010).
On tavallista luulla kaivannaisten loppuvan pian. 1860-luvulla arvioitiin, että hiili loppuu vuoden 1900 tienoilla ja öljy ei pysty korvaamaan sitä pitääkseen taloutta yllä. Hinnannousu kuitenkin sai ihmiset etsimään vaihtoehtoja, ja öljyn hyödyntämisteknologiaa kehitettiin, alettiin porata kaivamisen sijaan.
Kaivostoiminnan ympäristöhaitat.
Kaivannaisten louhinta aiheuttaa monia haittoja ympäristölle. Kun malmia louhitaan avolouhintana, joudutaan maasta irrottamaan metallipitoisen malmin lisäksi malmiota peittävää maa-ainesta ja kalliota. Kuparitonnin tuottaminen avolouhoksella vaatii esiintymästä riippuen jopa satojen tonnien verran päällysmaan ja kallion louhintaa malmin lisäksi.
Rikastuksessa käytetään monia myrkkyjä kuten elohopeaa, rikkihappoa ja syanidia ja kun metalli on erotettu malmista, kuona upotetaan usein vesistöihin tai varastoidaan suuriin kasoihin. Teollisuusjätteeksikin joskus luettavan kaivosjätteen metallipitoisuus saattaa joissain tapauksissa olla yhtä suuri tai jopa suurempi kuin malmin metallipitoisuus.
Euroopan unionin alueella 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.