KISMALMER OG NORSKE KISFOREKOMSTER. Terje Bjerkgård (Lag for Mineralressurser)

Transkript

1 KISMALMER OG NORSKE KISFOREKOMSTER Terje Bjerkgård (Lag for Mineralressurser)

2 Innhold Hva mener vi med kismalmer? Historiske betraktninger Norske kismalmer en oversikt Dannelse av kismalmer Er det noen framtid for norske forekomster? Hvordan skal vi finne nye forekomster?

3 Kismalmer Kis: betegnelse for en del sprø svovel- og arsenertser av forholdsvis lys farge, mest grå eller gule. Eks.: svovelkis, kobberkis, magnetkis og arsenkis. De tilsvarende mineralogiske navn er pyritt, chalkopyritt, pyrrhotitt og arsenopyritt (fra Store Norske Leksikon). Vi kaller disse gjerne for sulfider. Pyritt Chalcopyritt Arsenopyritt

4 Kismalmer (sulfidmalmer) En malm er en økonomisk forekomst av visse mineraler. I kismalmer (sulfidmalmer) i tidligste tider var dette kobberkis og svovelkis, etter hvert sinkblende og blyglans (gull og sølv). I andre tilfeller ble nikkel eller kobolt utvunnet. Utgående av Mofjellmalmen

5 Kismalmer historiske betraktninger Til å begynne med var kismalmene først og fremst interessante på grunn av kobberinnholdet. De aller fleste gamle kobberverkene hadde sitt utspring i kisforekomster. Noen eksempler er Røros, Kvikne, Sulitjelma, Folldal. Flere av sulfidmalmforekomstene som ble funnet på og 1800-tallet ble raskt oppgitt fordi prøvesmelting ikke ga nok kobber. I de fleste tilfeller dreide dette seg om mer rene svovelkisforekomster, men noen var også sinkrike.

6 Norske kisforekomster de viktigste

7 Kismalmer historiske betraktninger Svovelkis er en kjemisk forbindelse mellom svovel og jern (FeS 2 ). Svovelkis ble et svært viktig svovelråstoff da prisene på natursvovel fra Sicilia begynte å stige kraftig omkring 1830 fordi det ble lagt avgifter på utførselen. I Norge begynte svovelkisproduksjonen i Hardanger omkring 1840, men regulær eksport kom ikke i gang før gruvene på Ytterøya i Trondheimsfjorden startet opp i 1860-årene. Omkring 1900 var svovelkisen nær på det viktigste produktet fra de norske bergverkene. Interessen for kisforekomstene førte til en omfattende skjerpervirksomhet og interesse fra utenlandske kapitalinteresser. Interessen var så sterk at den var en medvirkende årsak til at Konsesjonslovene kom omkring 1900.

8 Kismalmer historiske betraktninger Totalt har det siden kisproduksjonen begynte omkring 1850 blitt produsert 54 millioner tonn svovelkis fra norske gruver. Det totale svovelinnholdet var over 24 millioner tonn. Det meste av kisen vi produserte her i landet ble eksportert, men også i Norge ble kisen brukt til svovelsyreproduksjon. Flere norske cellullosefabrikker hadde for eksempel egne røsteanlegg for svovelkis. Det siste som var i drift var røsteanlegget ved Borregaard i Sarpsborg med kis fra Tverrfjellet på Dovre.

9 Kismalmer historiske betraktninger Konkurransen var hard fra svovelkis fra først og fremst Sør-Spania som kom til å dominere det europeiske markedet. Som en følge av økende internasjonal konkurranse og prisnedgang, ble marginene etter hvert for små for en rekke mindre verk som måtte legge ned rundt Svovel utvunnet i forbindelse med oljeproduksjon førte til at prisen falt ytterligere etter 2. verdenskrig og siste produksjon i Norge var i 1993 da Tverrfjellet gruver ble lagt ned. Røstvangen gruver

10 Kismalmer historiske betraktninger Fra kom flotasjon til anvendelse ved en rekke norske bergverk og en kunne nå oppkonsentrere fattigere malmer med kobber og ikke minst begynne å produsere sink, som mange av kismalmene var rike på (eks. Røros, Folldal, Løkken, Mofjellet, Bleikvassli). Det gamle flotasjonsanlegget ved Åga, Mo i Rana.

11 Løkkenforekomsten Cu-rik stringersone/stockwerk I Løkken begynte man utvinning på den kobberrike stringersonen. Sinken i pyrittmalmen ble utvunnet først etter at flotasjon var tatt i bruk.

12 Kismalmer historiske betraktninger Drift på de siste tradisjonelle norske kismalmene ble nedlagt på 80- og 90-tallet (Tverrfjellet, Løkken, Joma, Skorovas, Sulitjelma, Mofjell, Bleikvassli). Dette skyldes delvis lave metallpriser, og delvis at forekomstene var utdrevet. Total produksjon fra ca til 1998 (kun større bergverk): 114 mill. tonn råmalm som har gitt 1.83 mill. tonn kobber og 2.06 mill. tonn sink, samt bly, sølv, gull, jern (magnetitt). I perioden ble det også produsert 54 millioner tonn svovelkis.

13 Dannelse av kismalmer

14 Kisforekomster og geologisk miljø Kisforekomst

15 Oversikt over hydrotermale kilder Nesten 600 områder med kilder kjent (pr. Januar 2012) Hydrotermale kilder finnes stort sett på og nær spredningsrygger der det er stor vulkansk aktivitet. InterRidge Vents Database/VLIZ Maritime Boundaries Geodatabase/University of Texas PLATES Project

16 Black Smokers Black Smokers er hydrotermale kilder som danner skorsteinslignende strukturer på havbunnen. Skorsteinene finnes oftest på store dyp ved midthavsryggene. Strukturene er bygd opp av mineraler som blir utfelt når de varme løsningene møter det kalde sjøvannet der de hydrotermale kildene har sitt utløp på havbunnen. Det finnes to typer smokers, black smokers og white smokers etter fargen på løsningene som slipper ut.

17 Black Smoker forekomster Svart røyk bestående av krystalliserte sulfider som dannes i overgangen mellom o C løsninger og kaldt sjøvann

18 Black Smoker forekomster Skorsteinene består av sulfider med kobber, sink, bly og jern, typisk sonert med kobber innerst og bly/sink ytterst. Aller ytterst lag av sulfater og silika.

19 White Smokers Hvit røyk består av krystalliserte sulfater av kalsium og/eller barium, samt silika som dannes i overgangen mellom o C løsninger og kaldt sjøvann

20 Black Smoker forekomster og liv Et helt eget økosystem relatert til de varme kildene. Bygget opp rundt kjemotrofe bakterier som livnærer seg på hydrogensulfid kjemosyntese.

21 Modell for dannelse av sulfidforekomster på havbunnen Hovedelementer: 1) Varmekilde: Driver konveksjon og potensiell metallkilde SD = Disseminerte sulfider MS = Massive sulfider DA = Distale produkter BC = Breksje, rasmasser FW = Omvandlingssone i ligg (modifisert fra Franklin et al. 2005) 2) Fluidkilde: Sjøvannsinntrenging i sprekkesystemer, som endres som følge av reaksjoner med bergarter (økende salinitet, T, surhet, redusert) til en brine 3) High-T reaksjonssone: metallreservoar for den modifiserte løsning/brine 4) Metallførende fluider: oppstigende høy-temperatur fluider (3-400 o C) 5) Synvulkanske/sedimentære forkastninger: fokuserer hydrothermale fluider fra reservoaret 6) Omvandlingssone: Dannet ved interaksjon med høy-t fluider, bergarter og sjøvann 7) Massive sulfidforekomster: kan dannes på eller under havbunnen 8) Distal forekomster: plume fall-out, erosjonsprodukter, oksiderte sulfider

22 Generalisert oppbygging av en ferdig utviklet sulfidforekomst ( år) Fe-Mn, pyritt Massiv sulfidforekomst dannes på og under havbunnen ved påvirkning fra kaldt sjøvann. Omvandlingssone rundt og under forekomsten dannes ved reaksjon mellom høytemperaturløsningene, sjøvann og bergarter.

23 Sulfidforekomster på land Tektoniske prosesser fører til at havbunnsskorpe med sulfidforekomster kan bli skjøvet opp på kontinentene Tektonisk utvikling i den kaledonske fjellkjededannelse da Nord-Amerika (Laurentia) kolliderte med Nord-Europa (Baltica) Fra Grenne et al. (1999)

24 Deformasjon av en VMS forekomst Massiv sulfidforekomst på havbunnen Malmen funnet ved hjelp av geofysikk (300 m under bakken) Vanlig situasjon på land

25 Løkken forekomsten Black Smoker på land tilførselsson e Tilførselssone med kobber-rike årer Løkken Cu-Zn forekomst inneholdt % Cu, 1.8 % Zn, 0.02 % Pb, 16 g/t Ag og 0.2 g/t Au. Ca. 24 Mt ble tatt ut i perioden Løkken-malmen avsatt på havbunnen for 480 mill. år siden.

26 TAG Sulfid-sulfat forekomst, Atlanterhavsryggen (MAR) Fra Hannington et al., Mt massive sulfider med 2 % Cu og 0.6% Zn 1.2 Mt stockwerk mineralisering med 1 % Cu. Langlevet hydrotermalt system med høy temperatur aktivitet i år. Flere 1 Mt forekomster langs samme del av MAR (Lucky Strike, Snakepit, Logachev).

27 Kisforekomster og geologisk miljø Østlige Trondheimsfelt Kisforekomst

28 Østlige Trondheimsfelt Består av sure og basiske vulkanitter, vulkanoklastiske bergarter og underordnede sedimenter dannet i et øybue til backarc miljø. Gressli Rødhammer Killingdal Hersjø Moderne analog kan være Manusbassenget N for Papua New Guinea. Svært rike forekomster med opptil 5% Cu, 22% Zn, 1% Pb, 167 g/t Ag, 13 g/t Au. Kan bli første gruvedrift på havbunnen, antakelig i 2018.

29 Folldalsområdet Østlige Trondheimsfelt Har vært drift på en rekke større forekomster, bl.a. i Folldal. Grimsdalen med minst 8 Mt er en betydelig ressurs. Hersjø vest for Røros en annen. Grimsdal Grongfeltet - Sør Tilsvarende miljø i N-Trøndelag og Sverige med de store forekomstene Stekenjokk-Levi og Skorovas, samt de mindre Gjersvik, Skiftesmyr, Godejord forekomstene.

30 Kisforekomster og geologisk miljø Rørosfeltet Kisforekomst

31 Røros-området Geologi Nordgruve feltet Storwartz feltet Klastiske metasedimenter med underordnet mafiske metavulkanitter og lagerganger. Antatt opprinnelse som marginalbasseng nær det baltiske grunnfjellsskjold.

32 Røros-området Geologi Nordgruve feltet Storwartz feltet Gruvedrift Total produksjon nær 7.0 Mt. med 1-4 % Cu og 3-12 % Zn. MEN mye sinkmalm ble ikke prosessert.

33 Kart med geologi og omriss av forekomstene M e t a g a bbro N y e S t o r w a r t z 1. 6 M t 1. 8 / / 0. 9 G m l. S t o r w a r t z 0. 2 M t 1. 1 / / Mt 1.1/11.7/1.2 Skjematisk profil H e s t - k l e t t e n M t 3. 7 / 3. 0 / 0. 5 Tallene viser in-situ tonnasje og gehalter av Cu/Zn/Pb O l a v + N y b e r g e t G m l. S o l s k i n n 1. 2 M t 4. 4 / 2. 1 / Q u i n t u s N y e S o l s k i n n M t 5. 8 / 2. 0 / M t 2. 6 / 4. 4 / Metagråvakke/fyllitt 1 k m N. S o l s k i n n Storwartzfeltet Olav, Solskinn og Quintus: - Kobberrike forekomster Storwartz forekomstene: - Sinkrike forekomster Utfra dette og andre data indikeres det at forekomstene representerer deler av en og samme forekomst som er blitt oppstykket under kaledonsk deformasjon. Den opprinnelige tonnasjon var sannsynligvis mer enn 5 Mt. med ca 3 % Cu and 9.4 % Zn. N y b e r g e t O l a v G. Storwartz G. Solskinn

34 Nordgruvefeltet Ligger i fyllitt, metagråvakke og tuffitt tilhørende Røsjø formasjonen Tynne (typisk < 1 m), plate- og linjalformede forekomster. Med unntak av Mugg er det sink-dominerte forekomster

35 Middle Valley i det Østre Stillehavet En analog til Røros? Sedimentfylt spredningsrygg. Klastiske sedimenter intrudert av basaltiske lagerganger.

36 Framtid for forekomster i Norge? Boring på Østre Mofjellet

37 Hver og en av oss forbruker i løpet av livet 1700 tonn metaller og mineraler! liter oljeprodukter kbm naturgass 267 tonn kull 775 tonn byggeråstoffer 33.1 tonn sement 9.7 tonn leirmineraler tonn jern tonn bauxitt (aluminium) 10.6 tonn fosfat 0.35 tonn sink tonn bly 0.6 tonn kobber 81 gram gull 14 tonn salt 30.3 tonn andre mineraler og metaller Mineral Information Institute,

38 8 kg kobber for hver kineser som flytter fra landsbygda Økende priser styres av global velstandsutvikling og urbanisering.

39 Spesialmetaller i hverdagen Prius: kg lantan og 1 kg neodym SEKTOR Ledninger, kabler Vindmøller Katalysatorer Jetmotorer Kretskort Batterier, vanlig Prius batteri Prius motor LCD skjerm Hard disk Mobil ledninger, kretskort Mobil batterier, kondensator Cu, Be METALLER kg Nd/MW Ce, La Nb, Pr Cu, Sn, Au Co, Ni, Mn Ni, Li, kg La 1 kg Nd,Te, Dy In, Y, Eu Co, Ni, B, Nd Cu, Mg, Pb, Au, As, Be, Pt, Ag Co, Li, C, Hg, Cd, Nd, Nb, Ta

40 Tankekors Hvis verden skal utvikle seg i den retningen de fleste ønsker (mer velstand for flere mennesker, mer grønn energi, mer høyteknologi) kreves øket utvinning av mineraler I tillegg kreves øket gjenvinning av mineraler, men det er en illusjon at dette kan dekke vesentlige deler av forbruket på lang tid Spørsmålet er altså ikke OM vi trenger mineralindustri men HVORDAN håndtere en økning

41 Det globale forbruket av mineralressurser vil fortsette å øke. Kina er det største gruvelandet i verden, men er avhengig av import. Kinas begrenser eksport av råstoffer for å sikre økt verdiskapning innenlands. Sjeldne jordartsmetaller er ikke noe problem - kinesisk behov for import av basemetaller er. Europeisk og norsk industri er avhengig av ressurser fra Kina, Brasil, Sør-Afrika mv. Ikke en selvfølge at behovet tilfredsstilles i framtida. Kan bli knapphet på en del viktige mineraler: mineraler er strategiske og politiske ressurser.

42 Viktigste grunner for at vi vil finne nye forekomster Regional kartlegging Norge er for dårlig geologisk kartlagt i mange områder. Nasjonale kartleggingsprogrammer som MINN og MINS har som mål å skaffe nødvendige basisdata for blant annet gruveindustrien. Nye og bedre metoder innen geofysikk Høyoppløselig geofysikk gir mye bedre data (EM, mag, radiometri) TEM og FEM metodene gjør at vi kan dypere og klarere ned i bakken Geologiske modeller Bedre forståelse av hvordan forekomster dannes. En vet hva en skal se etter (eks. riktig bergartsmiljø, omvandlingssoner, mineralsoneringer)

43 Størst sannsynlighet for nye og gamle sulfidgruver