Geologia on tieteenlaji, joka tutkii maa- ja kallioperän kehitystä. Miltä peruskalliomme näyttää ja mikä on paras tapa louhia metalleja? Miltä kaivos näyttää ja minkä tyyppisiä kaivoksia on olemassa?
MALMIESIINTYMÄ MAHDOLLISTAA KAIVOKSEN
Kallioperämme muodostui miljardeja vuosia sitten. Geologiset prosessit ovat muovanneet kaikki erityyppiset kivilajit. Mineralisaatio, arvokkaiden metallien keskittymä kallioperässä, muodostuu erilaisten geologisten prosessien avulla. Jos näitä mineralisaatioita pidetään taloudellisesti louhintakelpoisina, niitä kutsutaan malmiesiintymiksi.
Malmiesiintymän taloudellisen tuotannon laskeminen on monimutkainen prosessi, jossa huomioidaan useita tekijöitä. Tärkeitä tekijöitä ovat esiintymän louhintakustannukset, metallipitoisuus ja sijainti. Kuparimalmi, jonka pitoisuus on 0,3 prosenttia, ei oletettavasti ole louhinnan arvoinen, jos se on 1000 metrin syvyydessä, mutta voi olla kiinnostava, jos se on pinnassa. Tämä johtuu siitä, että louhintakustannukset ovat pienemmät avolouhoksessa (maan pinnalla) kuin maanalaisessa kaivoksessa. Avolouhoksesta voidaan louhia enemmän malmia, jonka metallipitoisuus on alempi, kun taas maanalaisissa kaivoksissa kaivostoiminta on kalliimpaa. Jos pitoisuudeltaan korkeita malmiesiintymiä löydetään hyvin syvältä, voivat maanalaiset kaivokset kuitenkin olla kannattavia. Pohjoismaissa on kaivoksia, jotka ulottuvat yli 1400 metrin syvyyteen.
Esiintymän sijainti kallioperässä ja sen muoto määräävät sen, minkä tyyppinen kaivos voidaan perustaa.
Vuoden aikana louhitun malmin määrä, louhintanopeus, on erilainen erityyppisissä kaivoksissa. Avolouhoksessa on louhittava enemmän matalapitoista malmia alemmilla louhintakustannuksilla kaivoksen kannattavuuden takaamiseksi. Tämä on tilanne esimerkiksi Aitikin avolouhoksella Ruotsissa, missä louhitaan suuria määriä matalapitoista malmia. Pienessä Loviisan kaivoksessa louhitaan pienempiä määriä pitoisuudeltaan rikkaampaa malmia joka vuosi.
Kaivoksen koko riippuu useista seikoista, muun muassa siitä, miten suuri esiintymä on, miten suuria investointeja vaaditaan, mikä on louhintamenetelmä jne.
KAIVOKSET JA MALMITYYPIT
Yleisesti ottaen malmit voidaan jaotella kolmeen eri päätyyppiin: sulfidimalmit, oksidimalmit ja kultamalmit. Malmityypit eroavat toisistaan muun muassa tuotantotapansa, koostumuksensa ja yleisten ympäristövaikutustensa perusteella.
Sulfidimalmissa on arvomineraaleina sulfidimineraaleja. Sulfidimineraalit ovat rikkiyhdisteitä. Taloudellisesti kiinnostavia ovat muun muassa sinkkivälke, lyijyhohde ja kuparikiisu. Useita perusmetalleja, kuten sinkkiä, lyijyä, kuparia ja nikkeliä louhitaan sulfidimalmeista. Myös kultaa ja hopeaa voidaan louhia niistä, usein sivutuotteina. Koska sulfidimalmi sisältää suurempia määriä sulfidimineraaleja, se usein yhdistetään suurempiin ympäristöriskeihin kuin monet muut malmit. Se
johtuu siitä, että sulfidimineraalit rapautuvat nopeasti joutuessaan kosketuksiin hapen kanssa. Lisää faktoja sulfidimineraaleista on seuraavalla sivulla.
Oksidimalmeista tärkein on rautamalmi. Rautamalmista louhitaan usein vain rautaa, mutta siinä voi olla myös muita metalleja ja mineraaleja. Rautamalmimineraaleista tärkeimmät ovat magnetiitti ja hematiitti. Ruotsissa louhitaan suurin osa kaikesta rautamalmista ns. apatiittirautamalmeista. Ne ovat saaneet nimensä fosforia sisältävästä apatiittimineraalista, jota on malmissa runsaasti. Tällä hetkellä aktiivisten kaivosten apatiittirautamalmit sisältävät noin 70 prosenttia rautaa. Näissä malmeissa on hyvin matala sulfidimineraalipitoisuus ja siten ne ovat yleensä vähemmän vahingollisia ympäristölle. Ruotsissa on myös karsikivirautamalmeja, jotka eroavat apatiittirautamalmeista siten, että ne voivat sisältää enemmän sulfidimineraaleja. Kemissä louhittava kromimalmi on myös esimerkki oksidimalmista, jossa ei ole juurikaan sulfidimineraaleja.
Kultaa esiintyy usein puhtaana tai muiden metallien, mm. hopean ja platinan seoksena, mutta sitä voi olla myös muissa mineraaleissa, kuten sulfidimineraaleissa. Kittilässä sijaitsevan Euroopan suurimman kultakaivoksen malmissa kulta on sulfidimineraalien sisällä. Monet tärkeimmistä kultamalmeista ovat kultasuonina kvartsissa tai muussa isäntäkivilajissa. Kultaa löytyy myös maakerrostumista, joihin se on kerääntynyt kalliosta irronneina hippuina. Lapin huuhdontakulta löytyy tämän tyyppisistä esiintymistä.
Kultamalmien sisältämien sulfidimineraalien määrä vaihtelee. Björkdalin kaivoksessa Ruotsissa tuotetaan vähärikkistä kaivosjätettä, joka käytetään uudelleen kaivoksen ulkopuolella täytemaana tienrakennuksessa ja muussa infrastruktuurissa. Kultamalmit voivat kuitenkin tuottaa myös vaarallista kaivosjätettä, jota ei voi kierrättää.
Malmin louhinnan ja rikastuksen aikana syntyy kahta erilaista jätettä, sivukiveä eli raakkua ja rikastushiekkaa. Rikastushiekan osuus on suhteessa malmin pitoisuuteen. Korkean pitoisuuden rautamalmit (usein yli 60 % rautaa) tuottavat vähemmän rikastushiekkaa kuin sulfidimalmit, joiden pitoisuus on usein alempi (prosentin osista muutamiin kymmeniin prosentteihin).
Varhaisvaiheen malminetsintää Suomessa. Kuvassa on maaperänäytteenotossa oleva geologi sekä avustava malmikoira Reino, joka kantoi geokemialliset näytteet ja juomaveden. Kuva: Hannu Panttila
FAKTOJA: Sulfidimineraalit ja ympäristö
SULFIDIMINERAALIT
Sulfidimineraalit ovat mineraaliryhmä, joissa sulfidi-ioni S2- on anionina. Tavallisia sulfidimineraaleja ovat mm. rikkikiisu, lyijyhohde ja magneettikiisu. Useat sulfidimineraalit sisältävät arvokkaita ainesosia. Nämä mineraalit muodostuvat pelkistetyissä (happiköyhissä) ympäristöissä, missä rikki ja metallit muodostavat yhdisteitä. Sulfidimineraalit ovat stabiileja niin kauan kun olosuhteet ovat happiköyhiä, mutta muuttuvat epävakaiksi joutuessaan kosketuksiin hapen tai muiden hapettavien aineiden kanssa. Tästä syystä sulfidimineraaleja sisältävä kaivosjäte peitetään usein tiiviillä maakerroksilla tai vedellä, jolloin estetään hapen pääsy jätteeseen.
Rikkikiisu (FeS₂) on tavallisin sulfidimineraali. Kun rikkikiisu joutuu kosketukseen riittävän happimäärän kanssa, mineraali hajoaa hapettuessaan. Tämä tarkoittaa sitä, että sidos rikin ja raudan välillä rikkoutuu ja rauta päätyy vesipitoiseen happoliuokseen. Reaktio vapauttaa myös vetyioneja, mikä alentaa pH-arvoa ja muuttaa veden happamaksi. Samanlaisia reaktioita tapahtuu useimmissa sulfidimineraaleissa, jolloin niiden sisältämät metallit siirtyvät liuokseen mineraalien hajotessa.
Sulfidimineraalit voivat myös hajota edelleen ollessaan kosketuksissa muihin hapettaviin aineisiin, esimerkkinä rautaioni Fe3+, jota voi muodostua sen jälkeen kun rikkikiisu on jo hajonnut. Tämä merkitsee sitä, että jos pitkälle rapautunut kaivosjäte sijoitetaan hapettaviin olosuhteisiin, on vaarana, että rapautumisprosessit kuitenkin jatkuvat. Tämän vuoksi muun muassa rikastushiekka sijoitetaan vedellä täytettyihin altaisiin heti prosessin alussa.
YMPÄRISTÖ
Monet suurimmista kaivosjätteeseen liittyvistä ympäristöriskeistä ovat yhteydessä sulfidimineraalien hajoamiseen eli rapautumiseen. Kaikki mineraalit rapautuvat, mutta sulfidimineraalit rapautuvat hyvin nopeasti moniin muihin mineraaleihin verrattuna. Ne sisältävät myös suuria määriä metalleja, jotka voivat olla vahingollisia terveydellemme ja ympäristölle, esimerkiksi kuparia, kadmiumia ja lyijyä. Kun sulfidimineraalit rapautuvat, syntyy hapanta, metallipitoista suotovettä (englanniksi Acid Mine Drainage, AMD). Silloin kun veden pH-arvo laskee, monet metallit muuttuvat yleensä liukoisemmiksi ja leviävät helpommin ympäristöön.
Hapan ympäristö usein myös edistää metallien liukenemista.
Eräs keino ehkäistä metallien hajoamista ja leviämistä on rikastushiekka-altaan pH-arvon nostaminen. Se tehdään useimmiten lisäämällä kalkkia veteen ja kaatopaikoille. Toisinaan tämä tehdään jo ehkäisytarkoituksessa jätteen peittämisen yhteydessä, jolloin kalkkia lisätään kerroksittain eri vaiheissa. Lisätietoja peittämisestä ja ympäristövaikutuksista on kappaleessa 7.
KAIVOKSEN TALOUS
Ratkaiseva tekijä kaivoksen taloudessa on malmin arvo, joka usein ilmaistaan euroina tai dollareina per tonni. Arvon määrittää ennen kaikkea malmin metallipitoisuus ja metallin arvo, joka tavallisesti on 20–200 EUR/tonni. Vähempiarvoisilla metalleilla kuten raudalla vaadittu malmin metallipitoisuus on sen vuoksi aina korkea (30–65 % Fe), jotta louhinta olisi taloudellisesti kannattavaa. Arvokkaiden metallien kuten kulta- ja platinaesiintymien louhinta voi olla kannattavaa jopa hyvin matalilla pitoisuuksilla (1–10 g metallia/tonni malmia).
Esiintymän luonteesta riippuen malmi louhitaan avolouhoksesta tai maan alla. Jos malmiesiintymä on lähellä maanpintaa, se tavallisesti louhitaan avolouhoksena suurilla koneilla, jolloin tuottavuus on korkea ja tuotantokustannukset pienemmät. Syvemmällä sijaitsevista malmiesiintymistä malmi louhitaan maanalaisessa kaivoksessa, mikä lisää tuotantokustannuksia ja alentaa tuottavuutta. Maanalaisen kaivoksen perustaminen vie myös pidemmän ajan ja vaatii huomattavasti suuremman investoinnin.
Esiintymän tyyppi ja louhintamenetelmän valinta vaikuttavat myös siihen, miten suuri osuus malmiesiintymän metallisisällöstä saadaan louhittua. Kaikessa malminlouhinnassa tapahtuu tiettyä malmin hävikkiä, mikä merkitsee, että 5–30 % malmista jää louhimatta. Myös sivukiven sekoittuminen murskattuun malmiin alentaa metallipitoisuutta. Menetyksiä aiheutuu myös silloin, jos esimerkiksi osia malmista on jätettävä tukipylväiksi vakauttamaan louhinta-aluetta, malmin rajat ovat erittäin epäsäännölliset eikä malmia saada räjäyttämällä irtoamaan, tai kun irti räjäytettyä malmia ei saada lastattua pois vietäväksi. Sivukiven sekoittuminen malmin joukkoon johtuu ennen kaikkea malmin epäsäännöllisistä rajoista tai ympäröivän kallion heikkoudesta.
Maanalaisissa kaivoksissa käytetään monia erilaisia louhintamenetelmiä, jotka riippuvat malmin luonteesta ja arvosta. Pienempiin esiintymiin, joiden arvo on korkea, sovelletaan usein täyttölouhintaa, josta aiheutuu pieniä menetyksiä sekä vähemmän sivukiven sekoittumista, mutta korkeampia tuotantokustannuksia. Esiintymät, joiden malmin arvo on alempi, edellyttävät alempia louhintakustannuksia, jolloin käytetään levysorroslouhintaa tai vastaavaa.
Nämä suuremman mittakaavan prosessit soveltuvat vain suurille malmiesiintymille. Niiden seurauksena malmin hävikki on suurempi ja sivukiveä tulee runsaammin malmin mukana.
Kevitsan avolouhos Suomessa. Kuva: Boliden.
LOUHINNASTA METALLIKSI RIKASTAMON KAUTTA
Malmin louhinta voidaan suorittaa avolouhoksessa tai maan alla. Malmiesiintymät louhitaan useimmiten avolouhoksista aina 300–400 metrin syvyyteen asti, minkä jälkeen yleensä siirrytään maanalaiseen louhintaan. Pohjoismaissa valtaosa louhinnasta tapahtuu maan alla, mutta suurin osa maailman kaivoksista on avolouhoksia. Maanalainen louhinta on kustannuksiltaan kalliimpaa ja myös monimutkaisempaa, joten ollakseen kannattavaa se edellyttää rikkaampia esiintymiä. Esimerkiksi kaivoksessa, jossa louhinta tapahtuu syvemmillä tasoilla, malmin kuljetusmatkan pituus maanpinnalle kasvaa vähitellen, jolloin kustannukset ja energiantarve lisääntyvät. Suuret syvyydet merkitsevät lisääntynyttä kalliojännitystä, mikä johtaa tiukempiin kallion vahvistusvaatimuksiin ja lisää kustannuksia. Suuret syvyydet lisäävät myös kaivoksen ilmanvaihdon tarvetta, mistä aiheutuu lisäkustannuksia.
Maan alla tapahtuva louhinta
Maanalaisissa kaivoksissa malmiin päästään käsiksi vinotunneleiden tai kuilujen kautta, jotka johtavat alas sille tasolle, missä malmia louhitaan. Monissa maanalaisissa kaivoksissa ei ole vinotunneleita, jolloin ihmiset ja koneet on kuljetettava kuilujen kautta. Louhintatasoille tehdään tuotantoalueita, toisin sanoen väyliä (tunnelit), jotka johtavat malmialueelle. Valmistelutunneli voi olla jopa 200 m pitkä.. Tarvittaessa tunnelin seiniä ja kattoa vahvistetaan pulteilla, verkoilla ja ruiskubetonilla. Louhintamenetelmän valinta tapahtuu sen jälkeen kun on otettu huomioon useita parametreja, kuten malmiesiintymän sijainti, geologia, geometria, kalliomekaaniset olosuhteet sekä malmin suhde sivukiveen. Etsintätöiden avulla saadaan selville malmiesiintymän muoto, jolla on valtavan suuri merkitys louhintamenetelmän valinnassa. Suuri, tiivis esiintymä voidaan usein louhia halvemmin ja tehokkaammin kuin pieni epäsäännöllinen esiintymä, koska silloin voidaan käyttää suuremman mittakaavan menetelmiä, kuten levysorroslouhintaa. Levysorroslouhinnassa esiintymään tehdään onkalo poraamalla ja räjäyttämällä, minkä jälkeen räjäytetty aines luhistuu itsestään, malmi kuljetetaan pois alakautta ja annetaan esiintymääympäröivien sivukivien jälleen täyttää muodostuva tyhjä tila. Kaikki infrastruktuuri (tiet, kuilut, ilmanvaihto jne.) sijoitetaan kallioon malmiesiintymän viereen.
Pienempiin ja epäsäännöllisempiin malmiesiintymiin käytetään muita louhintamenetelmiä, esimerkiksi täyttölouhintaa. Suuriin ja tasaisiin malmiesiintymiin käytetään esimerkiksi pilarilouhintaa.
Riippumatta menetelmästä louhinta tapahtuu prosessilla, joka käsittää joukon perustoimintoja, ns. panostussyklin.
Panostussykli levysorroslouhintaa varten on seuraavanlainen:
Sen jälkeen kun perä on ajettu, jotta päästään käsiksi kalliossa olevaan malmiin, suoritetaan sorrosporaus, jossa porataan pitkät pystysuorat reiät esiintymän läpi viuhkan muotoiseksi kuvioksi, ns. kranssiksi. Kun koko perä on porattu, ruiskutetaan räjähdysainetta porausreikiin, eli ne ladataan. Sen jälkeen, usein kerran vuorokaudessa yöaikaan, kun kaivos on tyhjä, suoritetaan räjäytys (ammunta). Kun räjäytys on tehty, räjähdyskaasut tuuletetaan pois (ilmanvaihto), ja aamulla aloitetaan lataus. Suurissa kaivoksissa, kuten LKAB:n Kiirunassa ja Malmbergetissä malmi poistetaan peristä lastauskoneilla, joiden kauhakapasiteetti on 17–30 tonnia. Sen jälkeen malmi pudotetaan jyrkkään kaltevaan kuiluun, ns. kivikuiluun. Malmi putoaa kuilun läpi ja se kerätään kalliotaskuihin aivan päätason yläpuolella.
Kalliotaskuista malmi kuljetetaan suurilla trukeilla (Malmberget) tai junalla (Kiiruna) ja tyhjennetään suuriin, murskainten yläpuolella oleviin kalliotaskuihin (kuljetus). Murskaimissa malmi hienonnetaan 10-senttiseksi ja sen jälkeen se kuljetetaan pitkillä hihnakuljettimilla malmihisseihin eli ns. kippoihin, jotka nostavat malmin maanpinnalle. Siellä malmi lastataan automaattisesti kippoihin. Jokainen kippo voi kuljettaa noin 40 tonnia malmia ja liikkuu 17 metriä sekunnissa.
Avolouhos
Yksi ehto avolouhoslouhinnalle on, että malmiesiintymä ulottuu pintaan asti tai että se ei ole liian paksujen maa- tai kalliokerrosten peitossa. Useimmissa avolouhoksissa malmi louhitaan ns. pengerlouhinnalla. Menetelmä perustuu siihen, että malmi louhitaan peräkkäisinä alaspäin suuntautuvina “pengerminä”. Nämä pengermät antavat avolouhokselle sen luonteenomaisen porrasmaisen ulkonäön.
Louhinta avolouhoksessa suoritetaan useissa tuotantovaiheissa. Ensin malmin päällä oleva maa- ja kalliokerros kuljetetaan pois, minkä jälkeen malmi louhitaan vaakasuorina levyinä, ns. pengerlouhintana. Räjäytysreiät porataan alaspäin suuntautuvalla porauksella, ja kun räjäytetty malmi on purettu, tuotanto siirtyy asteittain syvemmälle. Räjäytetty malmi lastataan kuormaimilla kaivoskuorma-autoihin eli dumppereihin, ja hylkykivi viedään dumppereilla kivijätevarastoon, kun taas malmi kuljetetaan murskaimeen, joka on joko avolouhoksessa tai maanpinnalla. Murskauksen jälkeen malmi kuljetetaan rikastamoon, missä se jauhetaan, vaahdotetaan ja kuivatetaan.
Garpenberg, Ruotsi.
Kuva: Boliden
MATKA RIKASTAMON LÄPI
Kaivoksesta louhittu malmi on käsiteltävä, jotta kivessä olevat arvomineraalit voidaan erottaa vähemmän arvokkaista mineraaleista. Tämä tapahtuu rikastamossa. Se, miten suurella osalla louhitusta malmista on kaupallista arvoa, vaihtelee kaivoksesta toiseen, mutta erimerkkinä voidaan sanoa, että rautamalmeissa on noin 50 % rautaa sisältäviä mineraaleja, kun taas kuparimalmi sisältää ehkä vain 0,5–1,5 % kuparimineraaleja (esim. kuparikiisua). Kultakaivos voi olla kannattava jo silloin, jos yhdessä tonnissa malmia on muutama gramma kultaa. Kaikki se materiaali, millä ei ole arvoa, erotetaan prosessissa ”jätekiveksi”.
Rikastusprosessi alkaa normaalisti murskauksella ja jauhatuksella. Tietyissä tapauksissa suoritetaan esirikastus eli käsinpoiminta, jossa karkeat jätekivikappaleet erotetaan malmivirrasta prosessin varhaisessa vaiheessa. Rautakaivoksissa tämä voidaan tehdä kuivamagneettierottelulla ja muissa tapauksissa käytössä on myös optisia erotteluprosesseja. Käsinpoiminnalla, joka normaalisti tapahtuu murskauksen jälkeen, mutta ennen jauhamista, on sekä taloudellisia että ympäristöllisiä etuja. Laitoksen tuotantokapasiteetti lisääntyy seuraavissa vaiheissa, joten energian, veden ja kemikaalien tarve louhittua malmitonnia kohti pienenee samanaikaisesti. Karkeampi jäte on inertimpää kuin hienojakoinen ja aiheuttaa vähemmän esim. pölyongelmia. Esirikastus ei kuitenkaan ole aina mahdollista, esimerkiksi silloin kun arvomineraali on hyvin hienorakeista. Yleensä esirikastus johtaa jonkinlaiseen hävikkiin arvometallien ollessa kyseessä. Murskauksen ja jauhatuksen tavoitteena on hienontaa malmipartikkelit sen kokoisiksi, että arvomineraali voidaan erottaa tehokkaasti jätteestä seuraavassa erotusprosessissa. Yleisimmät erotusprosessit perustuvat eri mineraalien tiheyden, magneettisuuden tai pintaominaisuuksien eroihin. Myös sähkönjohtamiskykyyn tai optisiin ominaisuuksiin perustuvia menetelmiä käytetään rikastamoissa. Rautaa sisältäville mineraaleille valitaan magneettierotusmenetelmä mineraalin tyypistä riippuen joko heikko- tai voimakasmagneettisena. Magnetiittimalmi reagoi voimakkaasti magneettikenttiin ja se voidaan erottaa vähämagneettisilla menetelmillä, kun taas hematiitti on heikommin magneettinen mineraali ja sen erottamiseksi tarvitaan voimakkaampaa magneettia. Painovoimaan perustuvia menetelmiä voidaan käyttää, kun erotettavien mineraalien tiheysero on suuri. Metalleista esimerkiksi tinaa, kultaa, lyijyä ja volframia sisältävät mineraalit ovat tavallisesti painavia suhteessa sivukiveen ja ne voidaan erottaa käyttämällä painovoimaa. Perusmetalleille (esim. kupari, sinkki ja lyijy) käytetään usein menetelmiä, jotka perustuvat pintaominaisuuksiin. Tämä tapahtuu adsorboimalla valikoivasti kemikaaleja (kerääjiä) erityisille mineraalipinnoille, jotta niistä tulisi hydrofobisia (vettä hylkiviä). Vaahdotustankeissa mineraalisuspensio sekoitetaan ilmakupliin, jotka kiinnittyvät hydrofobisiin partikkelipintoihin ja nostavat malmipartikkelit ylös vaahtofaasiin, kun taas muut mineraalit painuvat tankin pohjalle. On myös prosesseja, jotka perustuvat ns. käänteiseen vaahdotukseen, jossa jätemineraali vaahdotetaan pois hyötymineraalista. Jätteestä muodostuvat prosessivirrat kulkeutuvat rikastushiekkavarastoon tai ne sekoitetaan sementtiin, jota käytetään maanalaisissa kaivoksissa kaivostunnelien täytteenä. Arvomineraalit, jotka rikastetaan erilaisilla erotusprosesseilla, on rikastusprosessin viimeisessä vaiheessa kasteltava. Tämä tapahtuu usein monissa eri vaiheissa, ensin sedimentointiin perustuvilla menetelmillä ja myöhemmin paine- eli vakuumisuodatuksella. Rikastuksen lopputuote kuljetetaan sen jälkeen jauhemuodossa sulattamoihin.
PATOTURVALLISUUS
Kun malmi rikastetaan, eli arvoaineet erotetaan vähemmän arvokkaista, syntyy myös suuria määriä jäteaineita. Rikastamossa malmi murskataan ja jauhetaan hienojakoiseksi hiekaksi. Prosessista kertyvää jätettä kutsutaan rikastushiekaksi.
Rikastusprosessin jälkeen rikastushiekkaan sekoitetaan vettä, jotta saadaan lietettä (slurry). Liete pyritään loppusijoittamaan mahdollisimman lähelle kaivosta tai rikastamoa rikastushiekka-altaaseen. Loppusijoittaminen takaisin kaivokseen on usein käytännössä mahdotonta, sillä avolouhoksessa malmin louhinta jatkuu samalla kun rikastushiekkaa kertyy lisää. Karkeimpia osia rikastushiekasta käytetään joissakin tapauksissa seosaineena sementissä, joka pumpataan täytteeksi maanalaisen kaivoksen tyhjäksi louhittuihin osiin.
Rikastushiekka-allas rajataan patovalleilla ja mahdollisilla luonnollisilla esteillä siten, että rikastamosta tuleva liete voidaan pumpata altaaseen. Kun lietteen kiinteät osat sedimentoituvat altaan pohjalle, pumpataan yli jäävä vesi takaisin rikastusprosessiin suljetussa kierrossa. Suomen olosuhteissa vettä saattaa kuitenkin kertyä liikaa sateiden mukana, jolloin ylimääräinen vesi on pumpattava pois. Erityisesti talvisin vettä saattaa myös kertyä liian vähän, jolloin systeemiin on lisättävä vettä.
Rikastushiekka-altaita rajaavat padot toimivat hieman eri tavoin kuin vesivoiman rakentamiseen tarkoitetut padot. Vesivoima-altaissa patojen tulee pitää vesi altaassa, kun taas rikastushiekka-altaissa padot rajaavat hiekan leviämistä. Jos vesivoimaa ei enää tarvita, voidaan pato poistaa, mutta rikastushiekka-altaita rajaavat padot ovat pysyviä rakenteita. Rikastushiekka sisältää metallipitoisia mineraaleja ja mahdollisia rikastusprosessin kemikaalijäämiä eikä se saa levitä ympäristöön. Rikastushiekka voi olla myös rikkipitoista malmin sisältämien sulfidimineraalien vuoksi. Suomessa patoturvallisuudesta vastaavat viranomaiset ovat Aluehallintovirasto (AVI) ja ELY-keskus, jotka valvovat myös rikastushiekka-altaiden turvallisuutta.
Kaivos- ja rikastustoiminnan alkaessa alkaa myös rikastushiekan kertyminen, joka jatkuu niin kauan kuin rikastamo on toiminnassa. Kaivoksen suunnitteluvaiheessa on huomioitava myös rikastushiekan loppusijoittaminen. Alueen tulee olla padottavissa joko padoilla tai niiden lisäksi korkeammilla maastonmuodoilla. Jos rikastushiekka-allas alkaa täyttyä, on patoja mahdollisesti korotettava toiminnan aikana. Patoja suunniteltaessa on tehtävä huolelliset turvallisuuslaskelmat. Lisäksi patojen kestävyyttä on tarkkailtava toiminnan aikana. Nykyisin sekä rikastushiekka-altaaseen että patoihin sijoitetaan erilaisia mittauslaitteita, jotka mittaavat vuotoja, vedenpainetta, materiaalien liikkumista yms. Mittauksia voidaan tehdä myös satelliittien avulla.
Rikastushiekka-altaaseen kertyy vettä paitsi rikastushiekan mukana, myös vetenä ja lumena jotka satavat altaan päälle. Jos vettä kertyy liikaa, tulee altaaseen ylivuotovaara. Tämä on patoturvallisuuden kannalta vaaratilanne, jonka välttämiseksi patoon rakennetaan sulkuja, jotka voidaan tarvittaessa avata ja laskea liika vesi pois kontrolloidusti. Erityisesti vesiturvallisuusriskien vähentämiseksi kehitetään myös erilaisia teknologioita, joilla voidaan esim. poistaa liika vesi rikastushiekkalietteestä ennen sen sijoittamista rikastushiekka-altaavseen.
Malmin murskaus ja jauhatus. Kuva: Niclas Dahlström.
