Kaivannaistoiminta

Kaivannaistoiminta on toimintaa, jossa kallioperästä louhitaan 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 ja ne loppuvat vähitellen. Louhinnalla on myös 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

Pääartikkeli: Malmi

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 muoviksiratkaisuilla. Kun malmi on louhittu, siitä poistetaan muu, vähämetallinen aines eli se rikastetaan. Rikaste taas jalostetaan metalli.

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. Kivihiilentt avulla pelkistämällä valmistetaan teräsä. 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 bauksiittimaannoksessa, joka on muodostunut latosoli 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 Kanadassassa ja Norja. 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 Chilen ja Yhdysvallat, mutta kehitysmaiden kuparintuotanto lisääntyy koko ajan niiden runsaiden kuparimalmivarojen seurauksena. Esimerkiksi Sambia 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 Meksikossassa, Peru 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. Kalkkikivestäaa jauhettua kalkki 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 mun 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.

Kaivostoiminnan ympäristöhaitat

Kaivannaisten louhinta aiheuttaa monia haittoja ympäristölle. Kun malmia louhitaan, joudutaan maasta irrottamaan metallipitoisen malmin lisäksi malmiota peittävää maa-ainesta ja kalliota. Kuparitonnin tuottaminen vaatii 110 tonnin verran päällysmaan ja kallion louhintaa malmin lisäksi.

Rikastuksessa käytetään monia myrkkyjä kuten elohopeaa, rikkihappoaa ja syanidi ja kun metalli on erotettu malmista, kuona upotetaan usein vesistöihin tai varastoidaan suuriin kasoihin. Varastointi suoritetaan monin paikoin huolimattomasti, mistä seuraa ympäristölle haitallisia myrkkyvuotoja.