pienoiskuva|Talvivaaran kaivosaluetta kesäkuussa 2013.
Talvivaaran kaivos on Sotkamossa lähellä Talvivaara-nimistä vaaraa sijaitseva Terrafamen monimetallikaivos, joka tuottaa pääasiassa nikkeliä ja sinkkiä. Kaivoksen tuotantomenetelmänä käytetään bioliuotusta, jolla tavoitellaan taloudellisesti kannattavaa metallien tuotantoa suhteellisen köyhästä malmista.
Kaivostoiminta alueella alkoi 2008. Toimintaa harjoittaa nykyisin Terrafame, joka osti kaivostoiminnan Talvivaara Sotkamo Oy:n konkurssipesältä 2015. Talvivaara Sotkamo Oy ja sen pääomistaja Talvivaaran Kaivososakeyhtiö Oyj (myöhemmin Ahtium) olivat ajautuneet talousvaikeuksiin ja hakeutuneet yrityssaneeraukseen 2013.
Esiintymän löytyminen ja kaivoksen perustaminen pienoiskuva|Mustaliuskemalminäytteitä Talvivaarasta: tremoliittikarsivälikerros mustaliuskeessa ja kiisupitoinen mustaliuske. Aalto-yliopiston materiaalitekniikan laitos. Talvivaaran esiintymä on alun perin löytynyt Geologian tutkimuskeskuksen tutkimuksissa vuonna 1977. Tällöin esiintymä havaittiin suureksi, mutta verrattain heikkolaatuiseksi. Tämän vuoksi sen hyödyntäminen ei ollut kannattavaa perinteisillä rikastusmenetelmillä, vaan vaati bioliuotusmenetelmän kehittymistä maailmalla (esim. Chilessä) ennen kuin kannattava hyödyntäminen tuli mahdolliseksi.
Kaivosoikeudet jäivät Outokumpu Oyj:n haltuun. Tämä myi ne vuonna 2003 entiselle työntekijälleen Pekka Perälle euron hinnalla ja oikeudesta ostaa euron hintaan viidenneksen Talvivaara Sotkamo Oy:stä kaivoksensa aukeamisen jälkeen ja oikeudesta mahdollisessa pörssilistautumisessa ostaa 5 prosenttia pörssiyhtiön osakkeista 20 prosentin alennuksella antihinnastaan. Perä tosin osti kolikon takaisin ja maksoi siitä kaksi euroa.Musta kaivos Helsingin Sanomat 20.5.2012
Kauppa johti siihen, että Talvivaaran Kaivososakeyhtiö aloitti Talvivaaran kaivoksella kaivostoiminnan. Kaivos aloitti toimintansa 1. lokakuuta 2008.
Outokumpu hyödynsi optionsa 2007 eli osti yhdellä eurolla 20 % Talvivaara Sotkamo Oy:stä sekä merkitsi alennuksella 4,9 % Talvivaaran Kaivososakeyhtiön osakekannasta noin 32 miljoonan euron hintaan. Vuonna 2011 Outokumpu myi koko omistuksensa Talvivaaran Kaivososakeyhtiöstä Solidiumille 60 miljoonan euron hintaan ja 4 % Talvivaara Sotkamo Oy:stä Talvivaaran Kaivososakeyhtiölle 60 miljoonan euron hintaan. Lopusta 16 % Talvivaara Sotkamo Oy:n omistuksesta tehtiin optiosopimus Talvivaaran Kaivososakeyhtiön kanssa, mutta kaupat eivät kuitenkaan toteutuneet.
Suomen valtio on rahoittanut alueen infrastruktuuria, muun muassa sähkölinjan, teiden ja rautatien rakentamista 50 miljoonalla eurolla. Rahoitus on tehty Ranuan Suhangon kaivosprojektista omaksutulla jälkirahoitusmallilla, jossa kaivosyhtiö tekee investoinnit ja valtio maksaa ne takaisin. Talvivaaran rata rakennettiin vuosina 2007–2009 ja avattiin liikenteelle syyskuun alussa 2009. Valtio osti Talvivaaran radan vuonna 2011 kahdella 20 miljoonan euron maksuerällä ja liitti sen osaksi valtion rataverkkoa.http://yle.fi/uutiset/talvivaaran_rata_siirtyi_valtiolle/5416842
Kaivos Geologia Talvivaaran kaivos sijaitsee paleoproterotsooisen Kainuun liuskealueen eteläisessä osassa, joka on ylityöntynyt ja poimuttunut arkeeisen pohjakompleksin Kuhmon ja Iisalmen-Pudasjärven lohkojen väliin Svekofennisessä orogeniassa noin 1 900 miljoonaa vuotta sitten. Metamorfiset olot ovat vastanneet alempaa vihreäliuskefasiesta ja ylempää amfiboliittifasiesta eli lämpötila oli noin 500 °C ja paine 2–3 kbar. Kainuun liuskealue edustaa neljää ylintä osaa Karjalaisista muodostumista, jotka koostuvat suprakrustisista eli pintasyntyisistä kivistä. Talvivaaran malmi kuuluu Ala-Kalevan (muodostunut 2 060–1 950 miljoonaa vuotta sitten) ja Sotkamo-ryhmän kiviin, mutta sitä ympäröivät Jatulin (muodostunut 2 200–2 060 miljoonaa vuotta sitten) ja Ylä-Kalevan (muodostunut 1 920–1 870 miljoonaa vuotta sitten) kivet. Nykyiset kiilleliuskeet, mustaliuskeet ja kvartsiitit ovat alkujaan olleet meri- ja jokiympäristöihin kerrostuneita hiekkoja, savia, mutaliejuja, konglomeraatteja ja karbonaatteja, jotka metamorfoituivat Svekofennisessä orogeniassa.Laajoki, K., 2005. Karelian supracrustal rocks. In: Lehtinen, M., Nurmi, P.A., Rämö, O.T. (Eds.), Precambrian Geology of Finland – Key to the Evolution of the Fennoscandian Shield. Elsevier B.V., Amsterdam, s. 279–342.
Talvivaaran monimetallimalmi sisältää Ni-Cu-Co-Zn-Mn-mineralisaatioita, joiden isäntäkivi on 90-prosenttisesti grafiitti- ja sulfidipitoinen mustaliuske. Loput 10 % on metakarbonaattikiveä. Talvivaaran mustaliuskeen lähtöainetta, Ni-Cu-Zn-rikasta mutaa muodostui matalan valtameren keskiselänteellä hydrotermisissä prosesseissa. Talvivaaran tärkeimmät malmimineraalit ovat kuparikiisu, sinkkivälke ja pentlandiitti.Riekkola-Vanhanen, M. 2013. Talvivaara mining company–from a project to a mine. Minerals Engineering, 48, s. 2–9.Simelius, C. 2011. Kainuun liuskejakson mustaliuskeiden sulfidimineraalit ja niiden ympäristövaikutukset. Turun yliopisto, LuK-tutkielma, geologian osasto, s. 31.
Malmivarat Talvivaaran malmiesiintymät kattavat kaksi monimetallista malmiota: Kuusilammen ja Kolmisopen. Malmi sisältää nikkeliä, sinkkiä, kuparia, kobolttia, mangaania ja uraania. Mineraalivarat on arvioitu 2 053 miljoonaksi tonniksi, jotka riittävät useiksi vuosikymmeniksi. Esiintymä on yksi Euroopan suurimmista tiedossa olevista sulfidisen nikkelin esiintymistä. Tähän mennessä löydetyn malmin metallipitoisuudet ovat: nikkeli 0,22 %, sinkki 0,50 %, kupari 0,13 %, koboltti 0,02 % ja uraani 0,0017 %. Malmivarojen arvioinnissa käytetty nikkelin rajapitoisuus on 0,07 %. Talvivaaran Kaivososakeyhtiö on arvioinut, että alueella on edelleen merkittävää malminetsintäpotentiaalia tunnetun malmion ympärillä.Talvivaara. Hallitusti uuteen nousuun. Vuosikertomus 2012, s. 4–5, 16
Tuotanto Tuotantoprosessi jaetaan louhintaan, murskaukseen, biokasaliuotukseen ja metallien talteenottoon. Malmintuotantovaihe alkaa avolouhoksella poraus- ja panostusmenetelmien käytöllä, joilla malmi irrotetaan kalliosta. Irrotettu malmi kuljetaan suurilla kaivoskoneilla nelivaiheeseen murskausprosessiin. Siinä malmi murskataan 80 %:sti alle 8 mm raekokoon, minkä jälkeen murske agglomeroidaan eli pienemmät partikkelit sidotaan isompiin partikkeleihin pyörivässä rummussa rikkihappoa apuna käyttäen. Tämän jälkeen malmi kasataan kuljetinnostureilla ja kuljetinhihnoilla biokasaliuotusta varten 8 metriä korkeiksi suorakaiteenmuotoisiksi kasoiksi, jotka ovat toisesta päässä noin 5 asteen kallistuskulmassa. Kasoja ilmastetaan ja kastellaan happamalla (pH 1,5–3) liuoksella kasan päällä olevien kasteluputkien avulla bakteeritoiminnan kiihdyttämiseksi, jolloin vapautuu runsaasti lämpöä. Bioliuotuksessa bakteerit erottavat metallit malmista katalysoimalla malmin sisältämän raudan ja rikin hapettumista saadakseen energiaa kasvuunsa.Talvivaara vuosikertomus 2013. Vuosikatsaus 2013, s. 116. Metallit liukenevat kasassa jatkuvasti kiertäviin liuoksiin, kunnes liuos saavuttaa halutun metallipitoisuuden ja se otetaan talteen. Bioliuotus tapahtuu primääri- ja sekundäärikasoissa, joissa ensimmäisessä bioliuotus kestää 13 kuukautta ennen siirtymistä sekundäärikasaliuotukseen. Viimeisessä tuotantovaiheessa metallien talteenotossa biokasaliuotuksesta saatu metallipitoinen liuos saostetaan rikkivedyn avulla, minkä jälkeen metallituoteseos myydään markkinoille.Tolppi, R. 2015. Rikastusprosessit ja prosessivesien käsittely metallimalmikaivoksissa. Lapin ammattikorkeakoulu, Kone- ja tuotantotekniikka, kaivostekniikka, opinnäytetyö, s. 69.Talvivaara vuosikertomus 2013. Vuosikatsaus 2013, s. 116.
Malmiot sopivat hyvin avolouhintaan, koska niiden päällä on vain ohut maakerros ja malmioiden geometrinen muoto on hyvä.Talvivaara: Mineraalivarannot Viitattu 8.10.2014
Kaivos tuotti vuonna 2012 pääasiassa nikkeliä ja sinkkiä. Lisäksi kaivos tuotti kobolttia ja kuparia.Talvivaara. Hallitusti uuteen nousuun. Vuosikertomus 2012, s. 72http://www.talvivaara.com/media/Talvivaara_tiedotteet/porssitiedotteet/porssitiedote/t=talvivaaran-kaivososakeyhti-oyj/id=30882465 Louhinta oli pysähdyksissä marraskuusta 2013 syyskuuhun 2015.
Suunnitellulla vuosituotantokapasiteetilla 50 kilotonnia (kt) nikkeliä kaivoksen piti tuottaa lisäksi 90 kt sinkkiä, 15 kt kuparia ja 1,8 kt kobolttia. Kaivoksen suunniteltiin tuottavan myös 0,35 kt uraania.Talvivaara. Hallitusti uuteen nousuun. Vuosikertomus 2012, s. 4
Bioliuotus pienoiskuva|Talvivaaran bioliuotuskasoja kesäkuussa 2013. Metallien erottamiseen malmista käytetään Talvivaarassa bioliuotusta. Menetelmän käytön tavoitteena on metallien taloudellisesti kannattava tuotanto suhteellisen köyhästä malmista.
Menetelmässä malmi murskataan ja asetellaan laajoihin kasoihin. Kasoja ilmastetaan ja kastellaan happamalla (pH 1,5–3) liuoksella kasan päällä olevien kasteluputkien avulla bakteeritoiminnan kiihdyttämiseksi, jolloin vapautuu runsaasti lämpöä. Bioliuotus on luonnollinen prosessi teollisessa mittakaavassa. Siinä bakteerit erottavat metallit malmista katalysoimalla malmin sisältämän raudan ja rikin hapettumista saadakseen energiaa kasvuunsa. Halutulla liuoksen pH:lla varmistetaan maksimaalinen metallien liukeneminen malmista, mutta estetään epäpuhtauksien liukeneminen. Esimerkiksi kvartsi sakkaa liuosta, ja sen liukenemisen estämiseksi pH:n on oltava yli 1,5. Prosessissa tapahtuu happoa kuluttava Fe2+-hapettuminen ja happoa tuottava Fe3+ -hydrolyysi. Tämä vaihteluväli mahdollistaa ei-selektiivisten sulfidia ja rautaa hapettavien bakteerien esiintymisen liuoksessa mahdollistaen bioliuotuksen systeemissä. Yleistetysti prosessi liittyy happoa kuluttaviin reaktioihin (monosulfidit) ja sitä tuottaviin reaktioihin (rikkikiisu). Prosessi on hapetus-pelkistys- ja liukenemis-saostusreaktioiden jatkuva reaktiosarja.Tolppi, R. 2015. Rikastusprosessit ja prosessivesien käsittely metallimalmikaivoksissa. Lapin ammattikorkeakoulu, Kone- ja tuotantotekniikka, kaivostekniikka, opinnäytetyö, s. 69.Talvivaara vuosikertomus 2013. Vuosikatsaus 2013, s. 116.
Bioliuotuksessa käytetään vettä, ilmaa sekä kotoperäisiä bakteereja, jotka kasvavat malmissa luonnostaan. Prosessi on Talvivaaran mukaan kustannuksiltaan edullinen, sillä sen vaatimat investoinnit ja käyttökustannukset ovat pienemmät kuin perinteisillä sulatus- ja jalostusprosesseilla, minkä lisäksi bioliuotuksen ilmoitetaan olevan puhtaampi ja ympäristöystävällisempi menetelmä. Bioliuotus vaatii myös vähemmän energiaa kuin perinteiset jalostusprosessit.Talvivaara: Biokasaliuotus Viitattu 8.10.2014Talvivaara: Biokasaliuotuksen edut Viitattu 8.10.2014
Eduista huolimatta Talvivaaralla on ollut ongelmia bioliuotuksen käytössä. Ongelmia on aiheuttanut mm. se, ettei Talvivaara ollut varautunut runsaisiin sateisiin. Ongelmat bioliuotuksessa on mainittu yhdeksi syyksi siihen, että yhtiö joutui yrityssaneeraukseen 2013.Talvivaaran Kaivososakeyhtiö Oyj: Saneerausohjelman pääsisältö lyhyesti Viitattu 8.10.2014Asiantuntijat: Talvivaaran käyttämä bioliuotus toimii Helsingin Sanomat 7.11.2013
Talvivaaran toimintaa jatkava Terrafame Oy on saanut bioliuotusmenetelmän toimimaan paremmin; esimerkiksi vuonna 2018 Terrafamen liikevaihto oli 325,8 miljoonaa euroa ja koko vuoden käyttökate oli 32,8 miljoonaa euroa positiivinen. Liiketulos oli 3,0 miljoonaa euroa positiivinen.Terrafamen vuoden 2018 tulos on noin sata miljoonaa euroa parempi kuin 2017 - käyttökatekin kasvoi yli puolella. Kainuun Sanomat, 21.2.2019.
Uraanin talteenotto Talvivaaran malmissa esiintyy pieninä pitoisuuksina uraania, joka liukenee malmista bioliuotuksen yhteydessä. Terrafame käynnisti uraanin talteenoton kesäkuussa 2024. Ylösajovaiheen jälkeen kaivoksen on tarkoitus tuottaa vuodessa 200 tonnia uraania, joka viedään ulkomaille jalostettavaksi ydinvoimaloiden polttoaineeksi. Tuotanto vastaa suunnilleen Loviisan ydinvoimalaitoksen kulutusta. Uraanin talteenotto työllistää noin 40 henkilöä, ja se kasvattaa Terrafamen liikevaihtoa noin 30–40 miljoonaa euroa vuodessa.