Mineralske råstoffer

Transkript

1 GEO Geologiske prosesser og materialer Mineralske råstoffer ved Odd Nilsen Snitt gjennom en masovn fra et 1700-talls jernverk

2 GEO Geologiske prosesser og materialer Mineralske råstoffer Program: 1. Mineralske råstoffer - definisjoner og klassifikasjon Ressurser og reserver Råstofftilgang; global og lokal produksjon; forbruk - og litt statistikk 2. Ertsmineraler, malm og malmdannende prossesser 3. Industrimineraler og byggeråstoffer - definisjoner, klassifikasjon (geologi, anvendelse og kvalitetskrav) 4. Utvinning og prosessering: Teknologiske og miljømessige aspekter Odd Nilsen 2004

3 MINERALSKE RÅSTOFFER METALLISKE IKKE - METALLISKE Malm Energiråstoffer (faste brennstoffer) Grunnvann Industrimineraler Byggeråstoffer

4 KLASSIFISERINGSSYSTEM FOR MINERALRESSURSER Identifiserte ressurser Uidentifiserte ressurser Oppmålte Påviste Indikerte Antatte Hypotetiske Sannsynlighetsområde (eller) Spekulative Økonomisk Reserver Økonomiske, tekniske og økologiske faktorer Delvis økonomisk Subøkonomisk Reserve base Ressurser Geologiske faktorer (Fra U.S. Bureau of Mines og U.S. Geological Survey (McKelvey, 1973; USGS, 1980))

5 Gjennomsnittlig forbruk (pr. capita) av mineralske råstoffer i USA (i kg) Industrimineraler og byggeråstoffer Bygningsstein Sand, grus og pukk Cement Salt Leire Fosfat Annet Metaller Jern og stål Aluminium Kobber Sink Mangan Bly Andre metaller EtterPress & Siever (1998) fra US Bureau of Mines (1992)

6 DE VIKTIGSTE MINERALSKE RÅSTOFFER PRODUSERT PÅ LAND I NORGE 2001 Pukk Kalk Blokkstein Sand og grus Ilmenitt Kull Olivin Nefelinsyenitt Skifer Kvarts Ni-konsentrat Jern Dolomitt Feltspat Talk/kleber Grafitt Leire VERDI (Mill.kr.) Byggeråstoffer Metaller Industrimineraler (NGU,2002)

7 VERDI AV MINERALSKE RÅSTOFFER I NORGE 2001 Sand, grus, pukk og leire Industrimineraler Naturstein og skifer Malm Kull Sum Verdi (mill.kr) (NGU, 2001)

8

9 DEN GEOLOGISKE SYKLUS MED DEL-SYKLER Ekstrusive eller vulkanske bergarter Solenergi Nedbør Forvitring Avrenning ERUPTIVE BERGARTER Juvenilt vann Intrusive bergarter Retur til overflaten ved oppskyvning, hevning el.erosjon SEDIMENTÆRE BERGARTER Grunnvann (meteorisk vann) Sedimenttransport Begravning Dyp begravning, deformasjon og rekrystallisering Fordampning Sjø Sedimentasjon Termisk energi Tilførsel av magma derivert fra dypere lag i jordskorpen METAMORFE BERGARTER Oppsmelting Bergartssyklus Hydrologisk syklus Tektonisk syklus (Etter Open University, 1974)

10 DEN GLOBALE SVOVELSYKLUS Vulkanske utblåsninger Nedbør Biologiske prosesser Forbrenning av fossile brennstoffer og industriell aktivitet Fast nedfall Adsorpsjon Nedbør Planteopptak Støv Erosjon Avrenning Sjøsprut Subvulkanske vulkanske utblåsninger Biologiske prosesser Evaporitt sedimentasjon Kilder Transportmekanismer Deponier Diagenetisk pyritt Sjøvannets bidrag til submarine hydrothermale systemer Etter Kesler (1994)

11 DE MEST VANLIGE OKSIDERTSMINERALER Magnetitt Ilmenitt Fe3O4 FeTi3O4 il mt Målestokk: 0.1 mm Kromitt FeCr2O4 Mikrofotos i reflektert lys Målestokk: 0.5 mm Hematitt Fe2O4 Cassiteritt SnO2 Pyrolusitt MnO2 Rutil TiO2 Scheelitt CaWO4 Hematitt - lys grå Målestokk: 0.5 mm Målestokk: 0.1 mm Målestokk: 0.1 mm Målestokk: 0.1 mm Uraninite in center Uraninitt UO2 Målestokk: 0.1 mm

12 NOEN AV VÅRE VIKTIGSTE SULFIDMINERALER Pyritt (Py) - FeS 2 Magnetkis (Po) - FeS Sinkblende (Sl) - (Fe,Zn)S Kobberkis (Cp) - CuFeS 2 Blyglans (Gn) - PbS Mikrofotos i reflektert lys Målestokk: 0.1 mm Molybdenglans - MoS 2 Pentlanditt - (Fe,Ni) 9 S 8 Arsenkis - FeAsS

13 Geologiske malm- og mineraldannende prosesser Prosess Exogene prosesser (på overflaten) Forvitring Supergen anrikning Forekomst-type som dannes (Residuale-) lateritt og bauxittforekomster Supergene anrikningsforekomster Oppkonsentrerte mineraler og mineralske råstoffer Ni, Al, Fe, Au,Clay (kaolinitt etc.) Au, Ag, Cu, Fe Fysisk (klastisk) sedimentasjon Strømmende vann (elver og strand) Kjemisk sedimentasjon Avsetninger i og ved vann Placer-forekomster Evaporittforekomster Kjemiske avsetninger Au, Pt, Fe/Ti, diamant, rutil, zircon, sand, grus Halitt, borax, trona Fe (BIF), Mn, Sedex (Cu,Zn), P Organisk sedimentasjon Organisk aktivitet eller akkumulasjon Hydrokarbondannelse Andre sedimentære forekomster Olje, naturgass, karbon (lignitt, kull) Svovel, fosfat, kalkstein Endogene prosesser (i dypet) Vann involvert (hydrothermal) Magma involvert Grunnvannsavsetninger Porevannsløsninger Sjøvann Magmatisk vann Metamorft vann (Lateralsekresjon) Mineralfraksjonering Magmafraksjonering U, S, Fe Pb, Zn (MVT), Sedex Vulkanogene massive sulfider (VMS) Porphyry-Cu/Mo, skarn Au, Cu Cr, V, Fe/Ti Ni, Cu, Co, Pt-gruppen Etter Kesler (1994) and Evans 1993)

14 Magmatisk malmdannelse Jordoverflate Dråper av et ublandbart sulfid/oksid-magma dannet i et silikatmagma synker tilbunns i magmakammeret a b Silikatmagma Sulfid- eller oksidmagma Lag med ertsmineraler Lag av andre mineraler (f.eks. olivin, pyroksen etc.) Magmakilde Skjematisk diagram som viser magmatiske prosesser som er malmdannende ved a) utskilling av ublandbare smelter og b) mineralfraksjonering (Etter Kesler,1994)

15 Faktorer som styrer avsetning av hydrothermale malmer Metallkilde Vannkilde Varmekilde Hydrothermalløsningens egenskap Transport- og avsetningsbetingelser

16 Hydrothermale systemer 10 km Vulkanske områder 20 km Forkastningssone Meteorisk vann Varme kilder 2-5 km fra overflaten Ganger, årer Magmatisk vann Magma 5 km Systemer med meteorisk (overflate-) vann Systemer med juvenilt (magmatisk) vann 5 km "Black smokers" Hav Sulfidmalm Oppadstigende opphetet sjøvann Putelava Systemer med sjøvann 50 km Område med utfelling av malm eller med olje/gassfeller Metamorf sone Sedimentbasseng Varme løsninger Systemer med metamorft vann Sedimentbasseng med vann/hydrokarboner

17 Avsetningsmekanismer i hydrothermalsystemer Årer (spalter) med hydrothermalløsninger Damp Kalkstein Reaksjon Koking Blanding Etter Kesler (1994)

18

19 UTLUTING OG SUPERGEN ANRIKNING Landoverflate Gossan ("jernhatt") Utlutnings-sone Grunnvanssspeil Oksidert malm Anriket malm Primær malm

20 KLASSIFIKASJON AV INDUSTRIELLE MINERALER OG BERGARTER ANVENDELSE FYSIKALSKE FYSIKALSK/ KJEMISKE KJEMISKE MINERAL/ BERGART Smykkestein Abrasiver Ildfaste materialer Fyllstoffer Elektronisk/optisk Byggeråstoffer Brønnboring Filtre og absorbent Keramer/ glass Jordforbedring Gjødningstoff Metallurg.industri Kjemisk industri (Ertsmineraler) Diamant Al-oxider Granat Pimpstein Pyrofyllitt Al-silikater Magnesitt Grafitt Wollastonitt Fe-oxider Barytt Glimmer Chrysotile Ti mineraler Feltspat Zeolitter Silika Perlitt Leire Talk Fosfat Svovel Halitt (salt) Olivin Kromitt Flusspat Gips Kalkstein Fargeforklaring: Hovedanvendelse Anvendt i liten grad Ikke anvendt Etter Smith,J.V.1999 (J.Geosci.Edu.47)

21 BYGNINGSSTEIN I NORGE Geologisk klassifikasjon KATEGORI BERGARTSTYPE Granitt - grå (Østfold) - rød (Røyken) - hvit (Støren) MAGMATISKE BERGARTER Syenitt - larvikitt - nordmarkitt (Oslo) Gabbro sort (Solør) SEDIMENTÆRE BERGARTER METAMORFE BERGARTER Kalkstein Sandstein Skifer Konglomerat Fyllitt Glimmerskifer Kvartsskifer Gneis Marmor Kleberstein Grønnstein Serpentinitt Definisjoner: Bygningstein - All utsprengt bergart anvendt i bygningsindustri Blokkstein - Bergarter som brytes ut i blokker og deles i plater ved kiling eller saging. Skifer - Alle bergarter som spalter etter naturlige kløvplan til plater og heller

22 ANVENDELSE AV KALKSTEIN Råstoff for Portland cement Pukk Bygningsstein Fyllstoff ("filler") papir plast gummi maling asfalt betong Flux and slaggdannende tilsats i metallurgisk prosessindustri Kjemisk industri kaustisk soda kalsiumkarbid blekemidler (Ca-hypokloritt) kjemikalier Pesticider Jordbrukskalk Papirproduksjon Glass- og steinullproduksjon Sukkerraffinering Desulfurisering av avgasser

23 Avfall Den mineralske ressurs-syklus Råstoffutvinning Raffinering, Prosessering Råvarer Metaller Kjemikalier Sement etc. Utforskning (prospektering) Avfall Avfall Avfall Resyklering Produkter (biler, redskap, bygninger etc) Deponi

24 FRAMSTILLING AV KOBBER: SKJÆRSTEINSMELTING I FLAMMEOVN CuFeS 2 + O 2 = Cu-Fe-S + SO 2 Kobberkis skjærstein (matte) Al 2 O 3 + SiO 2 + CaCO 3 = Ca-Al-Silicate Gangmineraler kalkstein slagg Cu-Fe-S + O 2 + SiO 2 = Cu + Fe-silicate +SO 2 skjærstein kvarts slagg Avgasser Tilførselsrør Brenner beskiktning (charge) slagg skjærstein Luftinntak Skjærstein Slagg

25 MASOVNREAKSJONER Jernmalm, koks og kalkstein Gikt Jernsmeltereaksjoner: 400 o C 3Fe 2 O 3 +CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2 CO 2 + C = 2CO Sjakt Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO o C CO 2 + C = 2CO 1000 o C FeO + CO = Fe + CO 2 CO 2 + C = 2CO Buk 3Fe + 2CO = Fe 3 C + CO 2 CO 2 + C = 2CO 2O + C = CO o C Blåstluft Flytende råjern Herd 1400 o C Slagg Slaggdannende reaksjoner: Al 2 O 3 + SiO 2 + CaCO 3 = Ca-Al-Si-silikat + CO 2 gangmineraler kalkstein slagg