Malmit

Malmeista metalleiksi

Malmeista saatavat eri metallit luovat pohjan nykyaikaiselle teolliselle yhteiskunnalle. Kuusi eniten käytettyä metallia ovat rauta, alumiini, kupari, sinkki, lyijy ja nikkeli. Rautaa/terästä tarvitaan kaikkialla: rakennuksissa, rautateissä, kulkuvälineissä, tehtaissa, laitteissa. Suomessa käytetään n. 300 000 -400 000 tonnia terästä vuodessa rakentamiseen. Yksistään rakennusten terässisältö on n. 32 miljoonaa tonnia ja infrastuktuurissa (rata- ja tieverkosto, sähkö-, tietoliikenne, kaukolämpö-, vesijohtoverkosto, jne.) 3,7 miljoonaa tonnia (v. 2006). Teräs on lähellä niin arjessa kuin työelämässä: suurin osa meistä käyttää teräksisiä ruokailuvälineitä, sitä käytetään kodinkoneissa, viihde-elektroniikassa, autoissa, busseissa, junissa ja polkupyörissä joita käytämme työmatkojen taittamiseen. Kuparia tarvitaan erityisesti sähköjohdoissa ja sähköntuotannossa (generaattoreissa, moottoreissa, muuntajissa), elektroniikassa (piirilevyissä, mikrosiruissa), rakentamisessa (katot, julkisivut, vesijohdot) ja vaikkapa kolikoissa. Tavallisessa henkilöautossa on n. 1,5 km sähköjohtoja ( eli 20-30 kg). Alumiinia käyetään erityisesti rakentamisessa, kulkuvälineissä (lentokoneet, autot, veneet, jne.), paukkausmateriaaleissa (tölkit, einespakkaukset tai vaikkapa jugurttipurkin repäisykansi) ja elektroniikassa Suomalainen käyttää vuodessa keskimäärin 16 kg alumiinia. Sinkkiä käytetään pääasiassa teräksen galvanointiin (autot, kattopellit, sadevesikourut, lyhtypylväät, jne), akuissa ja paristoissa, maaleissa, kumin valmistuksessa, aurinkovoiteissa, jne. Lyijystä 80-90 % käytetään akkuihin. Nikelistä noin puolet osa taas kuluu ruostumattoman teräksen valmistukseen, kolmasosa muihin metalliseoksiin. Nikkeliä käytetään myös akuissa, magneeteissa, kolikoissa, polttokennoissa, jne.

Näiden yleisimpien metallien lisäksi tarvitaan monia muita, erityisesti eletronikassa: älypuhelimissa, tableteissa, tietoneissa, televisioissa, jne. Piirilevy sisältää yli 40 eri alkuainetta, suurin osa niistä erilaisia metalleja. Monet vihreän, ympäristöystävällisen teknologian sovellukset, kuten tuuli- ja aurikoenergian tuotanto, hybridi- ja täyssähköautot, pakokaasukatalysaattorit, sekä energian varastointiratkaisut tarvitsevat erikosmetalleja (harvinaiset maametallit, tantaali, ytrium, indium, gallium, platinametallit, jne.), joita aikaisemmin tarvittiin huomattavasti vähemmän.

Malmin määritelmä

Malmi tarkoittaa sellaista luonnollista mineraaliesiintymää, josta voidaan taloudellisesti tuottaa metalleja tai teollisuusmineraaleja (esim. talkkimalmi). Tällaisia mineraaleja kutsutaan malmimineraaleiksi. Malmit ovat syntyneet tietyissä malminmuodostuksen kannalta otollisissa geologisissa olosuhteissa (katso Kivilajit ja malmien synty). Siksi malmiesiintymiin ei törmää kaikkialla, vaan ne yleensä keskittyvät malmiotollisiin vyöhykkeisiin.

Malmimineraalit ovat useimmiten metallien (raudan, kuparin, kromin, nikkelin jne) sulfideja ja oksideja. Jalometalleista kulta esiintyy yleensä sellaisenaan, metallisena kultana (seassa tosin yleensä hieman hopeaa). Myös hopea ja platina saattavat joskus esiintyä metalleina, mutta useinmiten ne esiintyvät useammasta alkuaineesta koostuvina mineraaleina.

Malmien pitoisuuksista

Tavalliset, ei-malmiutuneet kivilajit sisältävät sisältävät korkeita pitoisuuksia vain yleisimpien silikaattimineraalien (ns. kivimineraalien) sisältämiä alkuaineita, kuten piitä, alumiinia, kalsiumia, natriumia, kaliumia, magnesiumia ja rautaa. Näistä alumiini ja rauta ovat yleisesti käytettyjä ja hyödynnettyjä metalleja (metalleista rautaa käytetään maailmassa eniten ja alumiinia toiseksi eniten) mutta niiden pitoisuudet ovat liian alhaisia (yleisesti 5-15 prosenttia) ja silikaattimineraaleihin liian voimakkaasti sitoutuneita, jotta niitä voitaisiin hyödyntää taloudellisesti. Rautaa tosin esiintyy yleisesti myös magnetiittina, joka on yleisin raudan malmimineraali, mutta sen määrä on hyvin alhainen (n. 10 % kaikesta kivessä olevasta raudasta). Myös muita metalleja (ja oikeastaan lähes kaikkia luonnossa esiintyviä alkuaineita) esiintyy tavallisissa kivilajeissa. Tyypillisesti metallien, kuten nikkelin, kuparin, sinkin, kromin ja lyijyn pitoisuudet ovat välillä 10-100 ppm tai prosentteina ilmaistuna 0.001-0.01 % (ppm=miljoonasosa, sama kuin grammaa tonnissa, eli 1 ppm on 1 g/t, eli tonnissa kiveä on yksi gramma kyseistä alkuainetta). Tällaiset metallien taustapitoisuudet vaihtelevat kivien koostumuksen mukaan: tummissa, mafisissa ja erityisesti ultramafisissa kivissä on luonnostaan enemmän nikkeliä ja kromia ja vähemmän esim. sinkkiä ja lyijyä. Tyypillinen ultramafisten kivien nikkelipitoisuus (0.1-0.3 %) lähentelee jo malmipitoisuuksia, mutta näissäkin kivissä nikkeli on sitoutunut suurimmaksi osaksi tummiin silikaattimineraaleihin (oliviini, pyrokseeni, serpentiini), eikä näin ollen ole hyödynnettävissä. Jalometallien pitoisuudet ovat huomattavasti tavallisimpia metalleja alhaisempia: kullan ja platinan pitoisuudet ovat luokkaa 1-5 ppb, eli 0.001-0.005 g/t (0.0000001-0.0000005 %).

Malmiesiintymässä geologiset prosessit ovat rikastaneet ko. metallin pitoisuuksia huomattavasti: raudan kohdalla pitoisuudet ovat rikastuneet 20-30 kertaisesti. Muilla perusmetalleilla (Ni, Cu, Zn) rikastumiskerroin on noin 100 ja jalometalleilla jo 1000. Riittävän pitoisuuden lisäksi malmin täytyy olla riittävän iso ja yhtenäinen, jotta se olisi taloudellisesti hyödynnettävissä. Metallien maailmanmarkkinanhintojen voimakas vaihtelu vaikuttaa merkittävästi esiintymän taloudellisuuteen. Alla on esitetty raudan ja nikkelin hintavaihtelu viimeisen 10 vuoden aikana:

Rautamalmin hinta viimeisen 10 vuoden aikana. Lähde: Index mundi.

Nikkelin hintakehitys viimeisen 10 vuoden aikana. Lähde: Index mundi, London Metal exhange.

Rautamalmin hinta nousi voimakkaasti 2010-luvun puolivälin jälkeen jyrkästi, ollen huipussaan 2009-2013. Hinnannousu johtui pitkälti voimakaasta talouskasvusta ja kaupungistumisesta, erityisesti Kiinassa. Vuoden 2013 jälkeen rautamalmin hinta on laskenut n. 50%, johtuen Kiinan ja muun maailman talouskasvun hidastumisesta/taantumisesta. Kiina on myös lisännyt omaa tuotantoaan voimakkaasti. Nikkelin hinnassa myös voimakasta vaihtelua: vuosien 2006-2007 hintapiikki ei yksistään johtunut kysynnän kasvusta vaan myös spekulatiivisesta kaupankäynnistä.