Metallimalmikaivostoiminnan elinkaari

Tämä sivu on ensyklopedia-artikkeli. Sivutunniste: Op_fi2838
Moderaattori:Ei ole (katso kaikki) Kuinka ryhtyä moderaattoriksi? Sivun edistymistä ei ole arvioitu. Arvostuksen määrää ei ole arvioitu (ks. peer review).
Lisää dataa {{#opasnet_base_link:Op_fi2838}}

Kaivostoiminnan elinkaari käsittää karkeasti neljä päävaihetta: malminetsinnän, kaivosten rakentamisen, tuotannon ja jälkihoidon. Elinkaari on voimakkaasti sidoksissa taloudellisiin suhdanteisiin. Malminetsintävaihe hyödyntämiskelpoisen esiintymän löytämiseksi ennen varsinaista kaivostoiminnan aloittamista voi kestää vuosia tai jopa vuosikymmeniä. Samoin tuotantovaiheen pituus voi vaihdella voimakkaasti riippuen mm. malmiesiintymän koosta, laaadusta ja louhintatekniikasta sekä louhittavien arvoaineiden markkinahinnoista. Hyödyntämiskelpoisen esiintymän ehtyessä kaivosalue suljetaan ja saatetaan jälkihoidolla ympäristölle ja inhmisten terveydelle haitattomaan kuntoon. Kaivosten sulkemisvaihe voi jatkua edelleen seurannan muodossa vuosia tai vuosikymmeniä toiminnan päättymisen jälkeen.

Alla olevissa kappaleissa kuvataan kaivostoiminnan keskeiset prosessit elinkaaren eri vaiheissa. Kuvaukset tällä hetkellä Suomessa toimivista metallimalmeja tuottavista kaivoksista ja niiden tuotantoprosesseista on esitetty sivulla Metallimalmikaivostoiminnan kirjallisuutta.

Malminetsintä

MAlminetsinnän tavoitteena on löytää ja paikantaa maankamaran mineraaliesiintymä, jonka voidaan osoittaa olevan taloudellisesti hyödynnettävä kaivostoiminnan aloittamiseksi. Malminetsintä on pitkäjätneistä työtä, joka etenee vaiheittain alueellisesta aihehankinnasta kohteelliseen tutkimukseen. Alueellisessa etsintävaiheessa malmipotentiaalisten vyöhykkeiden tulkinnassa hyödynnetään valtakunnanlaajuista GTK:n geologisten kartoitusten ja tutkimusten tuottamia tietoja. Kallioperäkartoitus kertoo maalajien jakautumisesta sekä maaperämuodostumista. Malmipotentiaalisten vyöhykkeiden tulkintaa hyödyntävät lisäksi merkittävästi geofysiikan ja geokemian aineistot. Alueellisia aineistoja säilytetään GTK:n tietokannoissa, joista ne ovat saatavilla jatkotutkimuksia varten [1]]. Nykyisin malmipotentiaaliset alueet ja kivilajit ovat suuntaa-antavasti tiedossa, ja kohdentava ja kohteelinen malminetsintä voidaan suunnata näille alueille.

Malminetsintämenetelmät

Kohdentava malmintesintä perustuu geologisiin maastotutkimuksiin eli suoriin havantoihin ja mittauksiin kalliopaljastumista, lohkare-etsintään, kallio- ja moreeni-näytteenottoon sekä kerättyjen näytteiden analysointiin (GTK 2006). Valtaosa etsintätutkimuksesta lopetetaan, jos viitteet malmivarannoista osoittautuvat kohteelliessa selvityksessä riittämättömiksi. Malminetsintä etenee erittäin harvoin koelouhintaan tai kaivospiirihakemukseen. Tosin samojen kohteiden tutkiminen voi aktivoitua uudelleen joko lisääntyneen tutkimustiedon, metallien maailmanmarkkinahintojen muutoksen tai metallien talteenottotekniikoiden kehittymisen myötä. Malminetsintätoimiin vaikuttavat kallioperässä olevan luonnonvaran lisäksi taloudelliset, ympärostönsuojelluliset ja yhteiskunnalliset tekijät.

Kalliopaljastuman havainnointi ja näytteenotto kallion pinnasta

Geologinen malminetsintä perustuu ensisijaisesti kalliopaljastumista tehtäviin maastohavaitoihin (esim. kivilaji, rakenne ja viitteet malmiutumisesta). Käytännössä kallion päältä käännetään havaintoja ja mittauksia varten turve noin neliömetrin suuruiselta alueelta käsin pois, ja havainnoinnin jälkeen tusve palautetaan paikalleen. Kiinnostavimmat kivilajipaljastumat puhdistetaan veden ja harjan avulla ja pidetään avoimina alueella tapahtuvien tutkimusten ajan.

Kallioperänäytteet otetaan mineralogisiin tutkimuksiin ja muihin määrityksiin kallion pinnasta palanäytteenä vasaralla, kannettavalla minikairalla (10-20 cm:n kivipuikot), sahaamalla timanttilaikalla (5 cm leveä ja 5-7 cm syvä uranäyte) tai jauhenäytteinä poralla. Kallioperään jää näytteen suuruinen jälki, ja sen ympärille mahdollista kivipölyä.

Lohkare-etsintä

Suurin osa, yli 90%, Suoman kallioperästä on irtaimien maalajien peitossa. Tämän vuoksi kohteellisessa malminetsinnässä tarvitaan suoraan kallioperähavainnoinnin lisäksi myös muita menetelmiä, kuten lohkare-etsintää, jossa pyritään mannerjäätikön kuljettamien irtoimalohkareiden avulla paikallistamaan malmipotentiaalinen kallio tarkempia tutkimuskia varten. Mielenkiintoisista lohkareista otetaan näytteet vasaralla tai minikairalla.

Geofysiikan maastotyöt

Geofysiikaalisilla mittausmenetelmillä mitataan maankamaran fysikaalisia ominaisuuksia ja tehdään niistä geologisia ja malminetsintää palvelevia tulkintoja. Mittaustuloksista voidaan päätellä paksun maapeitteen alla olevan kallioperän laatua, esim. kivilaji- ja mineraalikoostumiksen vaihtelua, sekä paikantaa siirros- ja ruhjevyöhykkeitä, kivirakenteita sekä -muuttumisvyöhykkeitä. Malminetsinnässä geofysikaalisten mittaustulosten ja mallinnusten perusteella arvioidaan arilaiseten malmikriittisten kivilohkojen syvyysulottuvuudet ja rakenne maanpinna alla. Tavallisesti käytetään magneettisia ja sähköisiä menetelmiä, joskus gravimetrisia menetelmiä eli painovoimamittauksia. Sähköisistä menetelmistä käytetyimpiä ovat slingram-menetelmä, indusoitu polarisaatio- (IP) ja omapotentiaalisuus (SP). Malminetsinnässä voidaan myös käyttä seismiä ja radioaktiivisia menetelmiä.

Malminetsintään liittyvät geofysiikan mittaukset tehdään kesäisin jalkaisin ja talvella moottorikelkalla kulloinkin tarkoituksenmukaisella linjavälillä, yleensä esimerkiksi 50-100 metrin välillä. Mittauksia tehdään myös mittauslaitteilla varustetulla lentokoneella lentäen kohdealueen yli (lentogeofysiikka). Geofysikaalisia mittauksia (esim. suskeptibiliteetti, tiheys, sähkönjohtavuus) voidaan tehdä kairareiästä. 3D-mallinnuksen kehittymisen ja pintaan puhkeamattomien malmiaiheiden etsinnän myötä on aloutettu kehittämään syvyysulottuvia erikoismittauksia ja niihin liittyvää tulkintaosaamista.

Geokemiallinen malminetsintä

Geokemiallinen malminetsintä tutkii alueellisesta pitoisuustasosta poikkeavia, "anomaalisia", pitoisuuksia. Näytemateriaalina käytetään yleisimmin moreenia, joka sisältää jauhautunutta kallioainesta ja kuvastaa täten epäsuorasti kallioperää. Kohteellisissa etsintätöissä geokemia on rutiinimenetelmä, ja näytteenottotiheys vaihtelee parista metristä muutamaan sataan metriin. Maastossa liikutaan talviaikaan moottorikelkoilla. Näytteet otetaan yleensä läpivirtausterällä (tai kierrekairalla) kevyelle telakalustolle asennetulla iskuporalla. Kallion pinnasta voidaan ottaa iskuporalla moreenin lisäksi soija- ja murskenäytteet.

Geokemiallisista tutkimusmenetelmistä Suomen oloissa tavallisia ovat myös humus. ja kalliogeokemia (litogeokemia) sekä raskasmineraali- ja isotooppitutkimukset. Kalliogeokemia perustuu kallionäytteiden kemiallisen koostumuksen analysoimiseen. Humusgeokemia soveltuu puolestaan alueille, joissa kasvillisuus ja kosteus-olosuhteet eivät liioin vaihtele ja maapeite on riittävän ohut. Raskasmineraalitutkimuksissa maanäytteestä rikastetaan erilleen raskain mineraaliaines, joka tutkitaan mikroskoopilla ja analysoidaan kemiallisesti.

Maaperä- ja kallioperänäytteiden kamiallinen koostumut analysoidaan monialkuainemenetelmillä ja tuloksista tehdään geologinen tulkinta. Eri metallien pitoisuusvaihteluja havainnollistetaan kartoilla. Suomen moreenien geokemiasta on saatavilla yleistä tietoa esimerkiksi ns. harvapisteaineiston perusteella (1 näyte/4 km^2)(Salminen 1995)

Muita geokemian sovellutuksia ovat esim. Malmipotentiaalin määrittäminen kivinäytteiden mineraalien kemiallisten koostumusten perusteella, Mobile-Metal Ion-tutkimus (MMI) sekä erilaisista kairauksista ja kartoituksista kerättyjen näytteiden analyysitulosten tilastolliset ja graafiset tutkimusmenetelmät. MMI-tutkimus perustuu maapeitteen pintaosan mineraali- ja humusrakeiden pinnalle heikosti sitoutuneiden metalli-ionien ja muiden alkuaineiden pitoisuuksien määrittämiseen maaperästä. Edustava näyte otetaan lapiolla kaivetusta, noin 0,25 m syvyisestä kuopasta (vrt. Mann et al. 1998)

Tutkimuskaivannot

Paksumpien maaperäpeitteiden alueilla kallionpintaa tutkitaan aiemmin kuvatuin menetelmin kaivinkoneella tehdyistä tutkimuskaivannoista. Maaperä- ja moreenitutkimuksessa lapiolla tai kaivinkoneella kaivetuista tutkimuskaivannoista selvitetään maaperän koostumusta ja rakennetta, kerrostumisvaiheita, kiljetusmatkaam moreenin raskasmineraaleja ja malmilohkareidn esiintymistä moreenissa. Puhdistettujen monttujen seinämät kartoitetaan ja valokuvataan. Monttujen seinämistä tehdään kivi- ja pitkulaisten kivien suuntauslaskuja ja otetaan näytteitä rakeisuus- ja geokemian analyyseihin sekä raskasmineraalitutkimuksiin.

Kallioperätutkimus

Kohteellisen malminetsinnän tärkein vaihe on kallioperäkairaus, jolla aadaan luotettavia yhtenäisiä ja jatkuvia näytesarjoja tutkimuskohteen kivilajeista ja kallioperän rakenteesta. STväkairauksiin siirrytään, kun geologisten, geofysikaalisten ja/tai geokemiallisten tutkimustulosten perusteella on rajattu kiinnostava, malmipotentiaalia osoittava alue. Kairaus on tärkeä tutkimusmenetelmä erityisesti vähän kalliopaljastumia sisältävllä alueilla, joissa maapeitteen paksuus on suuri.

Maataloustraktoreita ja raskaimmillaan metsänkorjuussa käytettäviä monitoimikoneita kooltaan vastaavaa kairauskalustoa kuljetetaan lavettiautoilla tai kairauskalusto on rakennettu osaksi kuorma-autoa. Maastossa liikkumisessa hyädynnetään mahdollisuuskien mukaan vamliita koneuria. Syväkairauksessa kalliosta kairataan timanteilla varustetulla porakruunulla lieriönmuotoinen näyte teräs- tai alumiinikairausputkeen. Kairaus tehdään maapeitteen paksuudelle ulosttuvan suojaputken läpi, ja siinä käytetään huuhteluaineena joko vettä tai ilmaa, tai molempia yhdessä. Kairasydännäytteet otetaan kairauspaikasta mahdollisimman ehjinä, katkotaan näytelaatikoihin ja toimitetaan jatkotutkimuksiin. Kairareikään jätetään usein maanpinnalle ulottuva suojaputki ja korkki reiästä tehtäviä geofysikaalisia lisätutkimuksia varten. Kairauksessa käytettävä huuhteluvesi otetaan alueen puroista ja imeytetään lopuksi maaperään saostusastian kautta.

Malminetsinnässä timanttikairauksen reikien syvyys vaihtelee pääasiallisesti 50-200 metrin välillä. Kairaus jaetaan tarkoituksen mukaan eri vaiheisiin. Tunnustelukairauksessa yksittäisiä reikiä sijoitetaan etsintäalueelle aiempien tutkimustulosten ja indikaattoreitten pohjalta. Etsintäkairauksessa tutkitaan alueen profiilia sijoittalamma reiät peräkkäin tutkittavan alueen poikki. Profiilit sijoitetaan tyypillisesti 50-200 metrin välille ja reikien väli on vastaavasti 50-100 metriä. Inventointikairauksessa reikäväliä ja profiiliväliä edelleen tihennetäään ja alueelle voidaam tehdä viuhkakairaus.

Koelouhinta

Esiintymän hyädynnettävyyden tai kannattavuuden selvittäminen sekä rikastusmenetelmiän testääminen ja kehittäminen osana malminetsintää ja kaivoshankkeen suunnittelua edellyttävät koelouhintaa ja rikastuskokeita. Koelouhinta tehdään vastaavilla menetelmillä kuin varsinaine louhinta, kun kaivottoiminnat suunnittelu on käynnistynyt malminetsinnän tulosten perusteella.

Laboratoriomittakaavan rikastutkokeissa vaadittava koelouhintamäärä on pienempi kuin tehdasmittakaavan rikastuskokeissa. Tyypillinen näytemäärä jauhatus ja vaahdotus-koeajoa varten on 100-300 tonnia. Sopivan rikastusmenetelmän kehittäminen mineraalitekniikan laitoksissa edellyttää sen sijaan yleensä 200-1000 tonnin louhintamääriä. Näitä suurempia koelouhintamääriä, 20000-60000 t käytetään menetelmäkehityksessä, jos koerikastus tehdään esiintymän lähialueella toimivassa rikastamossa, tai uutta rikastusmenetelmää kehitetään esiintymän lähessä, suunnitellun kaivospiirin alueella. Koelouhinnassa malmiesiintymän päältä poistettujen pintamaiden ja mahdollisten sivukivien (jätekivien) määrä vaihtelee tavallisesti muutamista sadoista muutamiin satoihin tuhansiin kuutiometreihin.