Geologi är läran om jorden och dess beståndsdelar. Hur ser vår berggrund ut och hur bryter vi metaller från den på bästa sätt? Hur ser en gruva ut, och vilka typer finns?

Return to navigation

Fyndigheten formar gruvan

Vår berggrund bildades för flera miljoner år sedan. Olika processer har bidragit till att olika typer av berg har bildats på olika platser. Mineraliseringar, koncentrationer av värdefulla mineral, bildas under vissa processer. Om dessa mineraliseringar anses ekonomiskt brytvärda så benämns de malm.

Ett flertal faktorer spelar in när en fyndighetens brytvärdhet räknas ut. Viktiga faktorer är brytningskostnaden för fyndigheten, metallhalt och dess läge. En kopparmalm med en halt på 0,3 procent är antagligen inte brytvärd om den ligger på 1000 meters djup, men kan vara intressant om den finns på ytan. Detta är för att brytningskostnaden är lägre i ett dagbrott (vid ytan) än i en underjordsgruva. Vid dagbrott kan mer malm brytas med lägre halt, medan underjordsgruvor innebär dyrare drift. Om fyndigheter med högre koncentration hittas på stora djup kan däremot underjordsgruvor vara lönsamma. I Sverige finns gruvor som går ned till mer än 1 400 meters djup.

Fyndighetens läge bestämmer vilken typ av gruva som kan anläggas. Det går till exempel inte att anlägga ett dagbrott om fyndigheten finns på 1000 meters djup.

Mängden malm som bryts varje år, brytningshastigheten, skiljer sig mellan olika gruvtyper. Ett dagbrott betyder att mer malm kan brytas vid en lägre brytningskostnad. Ofta betyder det även att lägre halter av malm kan brytas, vilket innebär att mer malm måste brytas varje år för att få lönsam het i gruvan. Detta är fallet i exempelvis dagbrottet Aitik, där stora mängder låghaltig malm bryts. I den lilla underjordsgruvan Lovisagruvan så bryts en mindre mängd, men desto mer höghaltig, malm varje år.

Storleken på gruvan beror på flera saker, bland annat hur stor fyndigheten är, hur stor investeringen är, brytningsmetoden och så vidare.

Fakta: Sulfidmineral och miljö

Gruvans ekonomi

Avgörande för gruvans ekonomi är malmens värde vilket ofta anges i kronor per ton. Värdet avgörs främst av malmens metallhalt och metallens värde och kan vanligtvis uppgå till mellan 200 och 2000 kr/ton. Metaller med lågt värde som järn kräver därför ofta malmer med höga metallhalter (30-65% järn) för att vara ekonomiska att utvinna. Fyndigheter av guld och platina som har ett mycket högt metallvärde kan däremot vara lönsamma att utvinna vid även mycket låga halter (exempelvis 1 – 10 g metall/ ton malm).

Beroende på fyndighetens karaktär så bryts malmen i dagbrott eller under jord. Om malmen förekommer nära markytan bryts den vanligt vis i dagbrott med stora maskiner vilket ger hög produktivitet och låga produktions kostnader. För djupare belägna malmkroppar bryts malmen i en underjordsgruva vilket medför högre produktions kostnader och lägre produktivitet. En underjordsgruva tar även längre tid att etablera samt kräver betydligt högre investeringskostnader.

Fyndighetens beskaffenhet och val av brytningsmetod påverkar även hur stor andel av metallinnehållet i malmkroppen som kan utvinnas. Vid all malmbrytning så sker viss malmförlust vilket innebär att mellan 5 och 30% av malmen inte utvinns liksom inblandning av gråberg i bruten malm vilket sänker metallhalten. Malmförlust uppkommer om tex. delar av malmen måste lämnas som pelare för att stabilisera brytningsrummen, genom att malmgränserna är väldigt oregelbundna så att all malm inte sprängs loss, eller genom att all lossprängd malm inte kan lastas ut. Gråbergsinblandingen orsakas främst av oregelbundna malmgränser eller dålig hållfasthet i sidoberget.

Flera olika brytningsmetoder används för underjordsgruvor beroende på malmernas karaktär och malmvärde. För mindre malmkroppar med högt malmvärde tillämpas ofta igensättningsbrytning vilket medför små malmförluster, liten gråbergsinblandning men höga produktionskostnader. Fyndigheter med lägre malmvärde kräver att brytningen kan ske till lägre kostnad genom skivrasbrytning eller liknande vilket innebär en mera storskalig process och därmed endast passar för stora malmkroppar. Det medför ofta även större malmförluster och större gråbergsinblandning.

GRUVBRYTNING OCH VÄGEN TILL METALL VIA ANRIKNINGSVERKET

Brytning av malm kan ske i dagbrott eller under jord. Malmkroppar bryts oftast i dagbrott ner till 300-400 m djup, därefter övergår normalt brytningen till underjordsbrytning. I Sverige dominerar underjordsbrytning, men majoriteten av världens gruvbrytning sker i dagbrott. Att bryta under jord är förknippat med större kostnader och ökad komplexitet, och det krävs därmed en rikare fyndighet för att få lönsamhet. Som exempel då brytningen sker på djupare nivåer blir det efterhand en allt längre sträcka som malmen ska transporteras för att nå upp till markytan, och kostnader och energibehov ökar därmed. Stora djup innebär också ofta ökade bergspänningar, som leder till högre krav på bergförstärkning, något som också ökar kostnaderna. Stora djup innebär även ökade kostnader för och behov av ventilation i gruvan.

Underjordsbrytning

I underjordgruvor når man malmen genom att driva ramper eller schakt ner till nivån där malmen bryts. Många underjordsgruvor saknar ramp och människor och maskiner måste transporteras i schakt. På brytningsnivåerna tillreder man produktionsområdena, dvs driver ortar fram till malmen. En tillredningsort kan vara upp emot 200 meter lång. Vid behov förstärks väggar och tak i orten med bultar, nät och sprutbetong. Val av brytningsmetod sker med hänsyn till en mängd parametrar, såsom malmkroppens placering, geologi, geometri, bergmekaniska förhållanden och miljö och omgivning.

Malmens form och utseende, som kommer fram genom prospektering, har väldigt stor betydelse då brytningsmetod ska väljas. En stor kompakt malmkropp kan oftast brytas billigare och mer effektivt än en liten oregelbunden malmkropp, eftersom man då kan använda mer storskaliga metoder som skivrasbrytning. Skivrasbrytning innebär att man skapar hålrum i malmkroppen genom att borra och spränga, sedan rasar det spränga materialet ner av sig själv, malmen lastas ut underifrån och man låter sidoberg som omger malmkroppen fylla igen det tomrum som bildas. All infrastruktur i form av vägar, schakt, ventilation m.m. läggs finns i berget vid sidan av malmkroppen.

För mindre och mer oregelbundna malmkroppar används andra brytningsmetoder, exempelvis brytningsmetoden igensättningsbrytning. För stora malmkroppar flata malmkroppar används exempelvis brytningsmetoden rum- och pelarbrytning.

Brytningen sker oavsett brytningsmetod genom en process som innefattar ett antal enhetsoperationer, en sk salvcykel. Salvcykeln för brytningsmetoden skivrasbrytning ser ut som följer:

Efter ortdrivning för att nå malmen i berget, s.k. tillredningen, genomförs rasborrningen, då långa uppåtriktade hål borras genom malmkroppen i solfjädersform, en sk krans. När hela orten är färdig borrad sprutas sprängmedel in i borrhålen, detta kallas laddning. Därefter, ofta en gång per dygn och på natten då gruvan är tom sker spräng ningen (skjutning). När sprängningen är genomförd ventileras spränggaserna ut ( ventilation), och på morgonen påbörjas lastningen. I LKABs gruvor i Kiruna och malmberget lastas malmen ur orterna med lastmaskiner som klarar mellan 17-30 ton malm i skopan. Malmen släpps sedan ner i ett brantlutande schakt, en sk bergstig (störtschakt). Malmen faller genom schaktet och samlas i bergfickor strax ovanför huvudnivån.

Från bergfickorna transporterar malmen i stora truckar (Malmberget) eller med tåg (Kiruna) och töms ner i stora bergfickor ovanför krossarna (transport) . I krossarna sönderdelas malmen ner till 10 cm och fraktas sedan på långa bandtransportörer till malmhissarna, de så kallade skipprarna, som sedan uppfordrar malmen till markytan. Malmen lastas automatiskt i skipprarna, som lyfter malmen till markytan (uppfordring). Varje skip kan transportera cirka 40 ton malm och går med en hastighet av 17 meter per sekund.

Dagbrott

En förutsättning för dagbrottsbrytning är att malmkroppen går upp i dagen eller inte är täckt av ett alltför tjockt jord- eller berglager. I de flesta dagbrottsgruvorna utvinns malmen genom sk pallbrytning. Brytningsmetoden bygger på att malmen bryts i ”bänkar” i nedåtstigande nivåer. Dessa bänkar ger dagbrotten ett karaktäristiskt ”steg-utseende”.

Brytningen i dagbrott sker i ett antal produktionssteg. Först forslas jord- och berglager som ligger över malmen bort, därefter bryter man ut malmen i horisontella skivor, s k pallar. Man borrar spränghål genom nedåtgående borrning och när den lossprängda malmen lastats ut flyttas produktionen successivt ner mot ökat djup. Det lossprängda berget lastas med lastmaskiner på truckar, och gråberg transporteras med truck till gråbergsupplag, medan malmen transporteras till en kross, antingen i dagbrottet eller på ytan. Efter krossning transporteras malmen till anrikningsverket för anrikning, vilket ofta består av malning, flotation, förtjockning och torkning.

VÄGEN GENOM ANRIKNINGSVERKET

Den malm som utvinns i gruvan behöver behandlas för att separera ekonomiskt värdefulla mineral från mineral med ringa eller inget ekonomiskt värde. Detta sker i ett anrikningsverk. Hur stor del av det material som utvinns som är nytto mineral varierar från gruva till gruva, men som exempel innehåller järngruvor i storleksordningen 50 % järnbärande mineral, medan en koppargruva kanske endast innehåller 0.5-1.5% kopparmineral (t.ex. kopparkis). En guldgruva kan vara lönsam redan vid något eller några enstaka gram guld per ton malm, d.v.s. i storleksordning 0,0001%. Det som inte är värdemineral avskiljs som ”gråberg” eller avfall från processen. Anrikningsprocessen inleds normalt genom krossning och malning.

I vissa fall förekommer så kallad föranrikning eller sovring, vilket innebär att grova avfallspartiklar avskiljs från malmflödet i tidigt skede av processen. Vid järnmalmsgruvor kan detta ske genom torr magnetseparering och i andra fall förekommer även optiska sovringsprocesser. Sovringen, som normalt sker efter krossning men före malning, har både ekonomiska och miljömässiga fördelar. Verkets produktionskapacitet ökar i efterföljande steg så att behovet av energi, vatten och kemikalier per ton bruten malm minskar, samtidigt som grövre avfall är mer inert än om det vore finfördelat och dessutom orsaker mindre problem med t.ex. damning. Föranrikning är dock inte alltid möjlig, t.ex. om värdemineralens kornstorlek är liten. Generellt leder föranrikning även alltid till vissa förluster av värdemineral. Målsättningen med krossning och malning är att finfördela malmen till en sådan partikelstorlek att värdemineral effektivt kan avskiljas från avfallet i efterföljande separationsprocesser. De vanligaste separationsprocesserna är baserade på skillnader i olika minerals densitet, magnetiska eller ytegenskaper. Det finns även metoder som baseras på skillnader i elektrisk ledningsförmåga eller optiska egenskaper.

För järnbärande mineral väljs magnetse pareringsmetod beroende av mineraltyp genom svag- eller starkmagnetiska metoder. Magnetitmalm reagerar starkt på magnetfält och kan avskiljas genom svagmagnetiska metoder medan hematit är svagare magnetiskt och därmed behöver starkmagnetiska metoder. Gravitationsbaserade metoder kan användas då densitetsskillnaden mellan de mineral som ska separeras från varandra är stor. Exempelvis guld, tenn-, bly- och wolfram-bärande mineral är vanligtvis tunga i förhållande till gråberg och kan separeras med sådana metoder. För basmetallerna koppar, zink och bly används ofta metoder baserade på ytegenskaper. Detta sker genom att selektivt adsorbera kemikalier (kallade samlare) på specifika mineralytor för att göra dem hydrofoba (vattenfrånstötande). I flotationsceller blandas mineralsuspensionen med luftbubblor som fäster vid de hydrofoba partikelytorna och lyfter partiklarna uppåt till skumfasen medan avfallsmineral inte lyfts upp av bubblorna och istället sjunker till botten av cellen.

Det finns även processer baserade på s.k. omvänd flotation, där man istället floterar bort avfallsmineral från nyttomineral. De procesströmmar från anrikningen som utgör avfall transporteras till sandmagasin eller blandas med cement och används vid underjordsgruvor för att fylla igen gruvgångar, s.k. backfilling. De värdemineral som anrikats genom olika separationsprocesser behöver i det sista steget av anrikningsprocessen avvattnas. Detta sker ofta i flera olika steg, först genom sedimenteringsbaserade metoder och senare genom tryck- eller vacuumfiltrering. Slutprodukten från anrikningen transporteras sedan i pulverform vidare till smältverk.

Gruvdammar

När den utbrutna malmen anrikas, det vill säga de värdefulla mineralen sorteras ut från de mindre värdefulla, bildas stora mängder restprodukter. Vid anrikningsprocessen krossas och mals malmen till små partiklar (sand och mindre) och restprodukten kallas anrikningssand.

Efter anrikningen är anrikningssanden uppblandad med vatten (slurry) och detta vill man deponera så nära gruvan som möjligt. Transport sker via rörsystem och pumpar. Att transportera materialet tillbaka till där det kom ifrån är oftast inte möjligt. Ett aktivt dagbrott kan inte fyllas med anrikningssand eftersom mera malm ska brytas där. Ibland kan de grövre delarna av anrikningssanden, med eller utan inblandning av cement, pumpas ner i en underjordsgruva och fylla utbrutna bergrum och tunnlar. Detta kallas återfyllning. I regel måste dock materialet deponeras ovan jord. Deponierna omges med vallar eller naturliga höjdpartier. Anrikningssanden pumpas dit uppblandad med vatten och får sedimentera. Överskottsvattnet pumpas tillbaka till anrikningsverket i ett slutet vattenhanteringssystem. Vissa tider på året får man för mycket vatten och behöver skicka ut överskottet till ett vattendrag. Andra tider på året kan vattenbrist råda, t ex under vintern då mycket vatten är bundet i form av snö och is. Då behövs extra vatten.

Den deponerade sanden bildar en mer eller mindre horisontell yta beroende på utsläppta volymer och flöden. Ofta får man en svag lutning på markytan från utsläppspunkten, där de grövsta partiklarna sedimenterar. De finkorniga partiklarna sedimenterar på långt avstånd från utsläppspunkten. Vanligen sker deponeringen från deponins omgivande vallar (dammar) och på detta sätt kommer de grövsta partiklarna hamna närmast dammarna. Området kallas ”beach” (strandparti). I andra fall sker deponeringen från en central punkt och då får man det finkorniga materialet närmast dammarna.

De omgivande dammarna har en del likheter med vattenkraftdammar. Vattenkraftdammar ska hålla vatten inneslutet, medan gruvdammar ska hålla sand inneslutet. Behövs inte vattenkraftdammar kan de tas bort. Gruvdammar kan aldrig tas bort, eftersom sanden då sprids okontrollerat. Sanden i deponin innehåller mineral med små metallmängder och inte sällan rester av kemikaler från anrikningsprocessen. Är mineralen av typen sulfider innehåller sanden svavel. Kommer denna i kontakt med luft och vatten bildas en sur miljö, som inte är bra för omgivningen. Sammantaget innebär detta att gruvdammar måste finnas i all framtid och vara så stabila att deras säkerhet kan garanteras i tusen år, enligt de villkor vi har idag.

Dammarnas uppbyggnad kontrolleras av miljödomstolar, som ger tillstånd, alternativt eller ej tillstånd, till att bygga en damm efter ansökan av ett gruvbolag. Under gruvans drifttid och därefter kontrolleras dammarnas säkerhet och skötsel av en tillsynsmyndighet (vilket i många fall är länsstyrelsen), medan all övervakning och drift sker av dammägaren.

Deponin byggs på i etapper allt eftersom anrikningss and produceras. Vid gruvans start väljs ett område ut för att vara deponi. Detta omgärdas med vallar (dammar) och naturliga höjdpartier. När deponin är fylld så att sandens överyta är i närheten av dammarnas högsta punkt behöver en höjning göras. Då byggs nya dammar ovan på de gamla. Sådana höjningar är av storleksordningen några meter, vanligen 3-4 meter. Höjningar kan göras varje år, men kan även ha intervall på flera år. När en ny nivå dammar byggts kan mera material placeras i deponin. Detta gör att deponin med omgivande dammar successivt höjs. Stora deponier kan ha en yta på 10-15 km2 och höjder på många 10-tals meter, medan de flesta är mycket mindre.

En gruvdamms säkerhet anges ofta i form av en beräknad säkerhetsfaktor. För att vara säker på att denna är tillräckligt hög i den verkliga konstruktionen finns olika typer av mätinstrument placerade i dammarna och i deponin. Det kan vara instrument för läckage, vattentryck, rörelser mm. Ibland sker mätningar med hjälp av satelliter. De uppmätta värdena kontrolleras mot de man förväntar sig. Om säkerheten blir för låg eller kraven höjs läggs i regel extra bergmaterial på dammens utsida, så kallad stödbank.

Vatten kommer till deponin genom det deponerade materialet samt i form av regn och snö. Om mycket vatten samlas i deponin måste vatten kunna ledas bort utan att detta ”rinner över k anten” (överströmning). Händer detta är det mycket allvarligt för dammsäkerheten. De delar av deponin där vatten avleds (avbördas) kallas utskov. Här finns luckor och dämningsanordningar så att vattenflödet kan kontrolleras. Dessa anordningar är dimensionerade för att kunna avleda stora onormala vattenmängder.

Dammsäkerheten kontrolleras kontinuerligt och resultatet rapporteras till tillsynsmyndigheten, som rapporterar vidare till den svenska myndigheten för dammsäkerhet, Svenska Kraftnät.

Numera pågår en utveckling mot att minska vattenmängderna i deponierna. Man försöker avvattna slurryn innan den pumpas ut på deponin (förtjockning). Detta ger en mera trögflytande massa och i extremfallet blir konsistensen likt den hos tandkräm (paste). En sådan massa får en något brantare lutning på överytan ut från deponerings punkten. Denna teknik har fördelen att man slipper pumpa runt stora mängder vatten, men gör det samtidigt svårare att forma en bra beach.