GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKU S MI9 3231/-90 1/8 2 VIRTASALMI, KAOLIINIPROJE KTI

Transkriptio

1 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKU S MI9 3231/-90 1/8 2 VIRTASALMI, KAOLIINIPROJE KTI Tapio Kulvaaaarl, Jukka Lehtimäk i Jukka Ralnikainen Ja Ol 1 1 Sarapää VIRTASALMEN UKONKANKAAN KAOLIINIESIINTYMÄ N TUTKIMUKSET VUOSINA

2 GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKU S M19/3231/-90/1/8 2 VIRTASALMI Ukonkanga s Tapio Kuivasaar i Jukka Lehtimäk i Jukka Reinikaine n 011i Sarapää VIRTASALMEN UKONKANKAAN KAOLIINIESIINTYMÄ N TUTKIMUKSET VUOSINA Valtausalue Ukonkangas 1, rek.n :o 4062/ 1 Ukonkangas 2, rek.n :o 4129/ 1 Ukonkangas 3, rek.n :o 4651/ 1 Nurkkakangas 1, rek.n :o 4150/2

3 TIIVISTELMÄ Ukonkankaan kaoliiniesiintymään porattiin ensimmäiset tunnus - telureiät kevyellä iskuporakalustolla syksyllä Vuosien 1987, 1989 ja 1990 aikana kohteen tutkimuksissa on käytett y syväkairausta sekä kevyttä ja raskasta iskuporausta. Kaikenkaikkiaan Ukonkankaan jaksoon on porattu 83 reikää, yhteens ä 2827 metriä. Kairausten ohella Ukonkankaalla on tehty geofysikaalisi a mittauksia (gravimetrisia, magneettisia, sähköisiä). Lisäks i on käytetty hyväksi 1960-luvun runsasta ja laaja-alaista geofysikaalista mittaustietoa, erityisesti gravimetrisia mi t- taustuloksia. Maastotutkimusten perusteella koko kaoliinijakso on yli 2 kilometrin pituinen, mutta pääasialliset kaoliinivarannot keskittyvät Ukonkankaalle, jossa kaoliinia on noin 700 x 10 0 m laajuisella alueella. Vaaleaa, hyvälaatuista kaoliinia o n 240 x 100 metriä laajalla alueella. Kaoliinikerroksen pak - suus on metriä ja sitä peittää noin 20 m paksu mo - reenikerros. Laboratoriotutkimuksissa kaoliinista on määritetty raekoko - jakautuma, eri fraktioiden mineraloginen ja kemialline n koostumus sekä vaaleus- ja keltaisuusarvot. Raakakaoliini n kaoliniittipitoisuus on 44 % (10-100%) ja se sisältää alle 2 mikronin raekokoa noin 27 %. Alle 20 mikronin raekokoa o n noin 60 %. Kaoliinin (<20 µm) vaaleus on 67 %. Kaoliinin mineraloginen ja kemiallinen koostumus on vaihteleva. Laboratoriomittakaavaisista rikastuskokeista saatujen tulos - ten perusteella Ukonkankaan vaaleasta kaoliinista saadaa n parhaimmillaan päällystekaoliinin vaaleuskriteerit täyttävä ä tuotetta. Vaalean kaoliinin todennäköiset varannot ovat noin 0.8 mil - joonaa tonnia. Lisäksi Ukonkankaalla on noin 1.2 Mt kaoliini - pitoista kvartsikiveä, jonka sisältämän kaoliniitin määrää e i tiedetä tarkasti näytteenotossa tapahtuneen runsaan sydänh u - kan vuoksi. Grafiittipitoisen tumman kaoliinin todennäköiset kaoliinivarannot ovat 1.8 Mt. Ukonkankaan kaoliinijaks o rajautuu molemmin puolin dolomiittikiveen, joka soveltuu maatalouskalkiksi.

4 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMA 1. JOHDANTO Tutkimusten tausta ja tavoite Tutkimuskohteen sijainti Kulkuyhteydet ja infrastruktuuri Aikaisemmat tutkimukset 7 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET Geofysikaaliset tutkimukset Kairaus Näytteenkäsittely TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGIASTA Alueen kivilajit Kaoliini ja muut rapautumat KAOLIININ OMINAISUUDET JA LAATU Kaoliinin yleiset laatuvaatimukset Raekokojakautuma Vaaleus ja keltaisuus Mineraalikoostumus Kemiallinen koostumus Muut määritykset UKONKANKAAN KAOLIINIESIINTYMÄ Esiintymän muoto ja sisäinen rakenne Kaoliinivarantoarvio KARBONAATTIKIVI AIHEEN ARVIOINTI KIRJALLISUUTTA LIITTYY LIITTEET 35

5 4 1. JOHDANT O 1.1. Tutkimuksen tausta ja tavoit e Virtasalmen kaoliinitutkimukset aloitettiin syksyllä GTK :n valtakunnallisen kaoliiniprojektin yhteydessä. Lähtö - kohtana tutkimuksille oli alueella 1960-luvulla kairatuist a rei'istä havaitut lukuisat, pitkät sydänhukkapätkät ja niihi n liittyvät kaoliinia sisältävät rapautumanäytteet. Jo ensim - mäisissä tunnustelurei'issä tavattiin kiinnostusta herättävi ä vaaleita kaoliinirapautumia. Kun lisäksi mineralogiset määri - tykset osoittivat näytteiden kaoliniittimäärän olevan % ja raekokoanalyysin mukaan alle 2 mikronin fraktion osuu s oli korkea (30 %), pääsivät Virtasalmen kaoliinitutkimukset todella vauhtiin. Alkuvaiheessa tutkimuksia tehtiin Ukonkankaan, sittemmi n Litmasen ja Vuorijoen alueilla. Vuoden 1988 lopulla todettii n etenkin jälkimmäisten mandollinen potentiaali paperikaoliini n tuottamiseen. Tutkimuksia päätettiin tehostaa perustamall a Virtasalmen kaoliiniprojekti. Projektin tavoitteena on kolmen vuoden aikana ( ) tutkia Virtasalmen alueen potentiaaliset kaoliiniesiintymät. Päämääränä on löytää riittävän suuri tai suuria esiintymi ä kaoliinituotannon aloittamiseksi. Vuoden 1989 aikana tutkit - tiin Litmasen ja Vuorijoen esiintymät ja niiden raporti t luovutettiin KTM :lle tammikuussa Vuoden 1990 tehtäväksi asetettiin mm. Ukonkankaan esiintymä n tutkimusten loppuun saattaminen ja tulosten raportointi. 1.2 Tutkimuskohteen sijaint i Tutkimusalue sijaitsee pääosiltaan Virtasalmen kunnan Hällin - mäen, Narilan ja Virtasalmen kylien alueella. Osa alueen kaakkoispäästä kuuluu Juvan Vuorenmaan kylään. Kunnat sijaitsevat Mikkelin läänin pohjoisosassa ja lähimmät kaupungit

6 ovat Pieksämäki luoteessa, Varkaus koillisessa ja Mikkel i etelässä. Litmasen kaoliiniesiintymä on Ukonkankaalta 1.5 km pohjois - koilliseen ja Vuorijoen esiintymä 3 km luoteeseen (kuva 1.). Kuva 1. Tutkimusalueen sijainti Karttalehtijaotuksen mukaan valtausalueet Ukonkangas 1, 2, j a 3 sekä Nurkkakangas sijaitsevat karttalehden C län - siosassa (liite 1). Vuonna 1983 toimintansa lopettanut Häl - linmäen kuparikaivos on Ukonkankaalta n. 2 km koilliseen

7 Maastotyypiltään tutkimusalue on rapautumisvyöhykkeen osalt a varsin tasaista sekametsdd ja osin soistuvaa maata. 1.3 Kulkuyhteyde t Sorapintainen maantie kulkee valtausalueiden poikki (kuva 2), joten pääsy kohteelle on helppoa. Myös pohjoisesta Mähölä n kautta on mandollista päästä Nurkkakankaalle johtavall e metsäautotieile. Kuva 2. Ukonkankaan rapautumajakso rajattuna peruskartall e (1 : ).

8 7 Alueellisten kulkuyhteyksien ja infrastruktuurin osalt a viitataan aiempaan Litmasen kaoliiniesiintymän raporttii n (Pekkala et al. 1989). 1.4 Aikaisemmat tutkimukse t Geologinen tutkimuslaitos teki ja 1970-luvuilla syste - maattista malmitutkimusta Virtasalmen alueella, joiden tulok - sena paikannettiin vuonna 1964 Hällinmäen kuparimalmiesiintymä. Alueen kallioperä selvitettiin tuolloin varsin tarkasti, sillä tutkimusten tukena oli runsas syväkairausaineisto j a systemaattiset geofysikaaliset maastomittaustulokset. Tutkimusaineistosta on tehty kaksi väitöskirjaa, joista Hyvä - risen (1969) työ käsittelee sekä alueellista että Virtasalme n kuparimalmin geologiaa ja Siikarlan (1967) työ Virtasalme n alueen geofysikaalisten tutkimusten tuloksia. Lisäksi alueel - ta on käytettävissä Haukivuoren kivilajikartta (1 : ) sekä useita aikaisempiin malmitutkimuksiin liittyviä geolo - gisia ja geofysikaalisia raportteja sekä geofysikaalise t maanpintamittauskartat ja matalalentokartat. Kaoliinitutkimukset Virtasalmella aloitettiin syksyllä 1986, jolloin Ukonkankaalta otettiin ensimmäiset porausnäyttee t (Sarapää ja Nissinen 1986). Ukonkankaan kaoliinitutkimuksi a käsitellään myös kaoliiniprojektin vuosien yh - teenvetoraportissa (Sarapää ja Kuivasaari 1989). 2. SUORITETUT TUTKIMUKSE T 2.1. Geofysikaaliset tutkimukse t Ukonkankaan kaoliinirapautuma kuuluu alueeseen, jolla Hällin - mäen malmiesiintymän tutkimusten yhteydessä tehtiin syste - maattiset gravimetriset, magneettiset ja slingram-mittaukse t (Siikarla 1966, 1967). Tutkimusalue sisältää myös v. 1986

9 tehtyyn alueellisen painovoimamittauksen ja vuoden 1988 mata - lalentomittauksen. Oy Lohja Ab :n toimeksiannosta Geologian tutkimuslaitos teki Ukonkankaalle useita refraktioseismisi ä profiileja (Lehtimäki 1984). Kaoliinitutkimusten yhteydessä gravimetristä mittausta o n täydennetty Luomasen osalta ja kaoliinirapautuman yli on tehty profiilimittauksia slingram-, VLF-, VLF-R -, IP-, j a Sampo-menetelmin. Tulosten tarkastel u Systemaattisissa slingram- ja magneettisissa mittauksiss a Ukonkankaan rapautuma sijaitsee voimakkaiden anomalioide n välisessä neutraalissa alueessa. Lyhyestä 40 m :n kelavälist ä johtuen slingram-mittaus ei läpäise kunnolla paksua irtomaa - peitettä. Matalalentomittauksessa rapautumasta saadaan heikk o imaginäärianomalia voimakkaiden, mustaliuskeesta syntyvie n häiriöjaksojen väliin. Sekä alueellisessa että systemaatti - sessa painovoimamittauksessa rapautumajakso aiheuttaa selvä n pitkänomaisen painovoimaminimin, jonka suuruus on paikoin yl i 1 mgal. Tulkintoja ja kuvankäsittelymenetelmin tapahtunutta kartta - tuotantoa varten Virtasalmen alueen painovoimamittaukset o n suurelta osin tallennettu tietokoneelle. Ukonkankaan alueen painovoimaprofiilit on mallisovitusta käyttäen tulkittu ti - heyserolla -0.7 t/m 3. Näytteenotto on osoittanut, että pai - novoimatulkinnoin on voitu luotettavasti määrittää rapautuma n rajat ja saatu tietoa sen sisäisestä rakenteesta. Refraktioseismiset luotaukset rajaavat rapautuman tarkasti. Seismisen aallon nopeus antaa tietoa rapautumisen asteesta j a osoittaa rapautumattomat vyöhykkeet. Risteävillä profiileill a muodostuman kulun suuntainen seisminen nopeus on kertainen verrattuna kohtisuoran profiilin vastaaviin arvoi - hin. Tästä voidaan tulkita muodostuman sisältävän geologisen kulun suuntaisia vähemmän rapautuneita vyöhykkeitä. Seismisin

10 9 luotauksin ei pystytty määrittämään rapautuman pohjaa, mutt a sen paksuuden on päätelty paikoin ylittävän 80 m. Sähköiset mittaukset osoittavat kaoliinirapautuman ns. hei - koksi johteeksi. Sampo-luotauksista (a = 100 m) laskett u näennäinen ominaisvastus on paikoin alle 100 Ohmm, jote n resistiivisen irtomaapeitteen alla oleva rapautuma on sel - västi johtavampi. VLF-R -mittauksista kaoliinirapautuma n ominaisvastukseksi voidaan tulkita n. 30 Ohmm. IP-G -mittauk - sessa muodostuman näennäisen ominaisvastuksen arvoksi o n saatu n. 40 Ohmm. Muodostuman ja sitä reunustavien grafiitti - liuskeiden sähkönjohtavuuden vuoksi alueen polaroituvuude n mittaus ei onnistunut. Ukonkankaan ja aikaisemmin raportoitujen Litmasen ja Vuori - joen kaoliinirapautumien petrofysikaaliset ominaisuude t vastaavat toisiaan. Muodostuma eroaa ympäristöstään selväst i seismiseltä nopeudeltaan, tiheydeltään ja sähkönjohtavuudel - taan. Geofysikaaliset mittaukset ovat osoittautuneet tehok - kaiksi Virtasalmen alueelta tavattujen kaoliinimuodostumie n etsinnässä ja tutkimisessa Kairaus Kairanreikien sidonta koordinaatistoo n Kairanreiät on sijoitettu maastoon käyttäen luode/koilline n erilliskoordinaatistoa (L/K). Sidottaessa tämä valtakunnalli - seen koordinaatistoon on yhteinen piste seuraava : L = X = a = 315 K = Y = Peruslinja (K = ) on merkitty maastoon 50 metri n välein sijoitetuilla paaluilla. Kairauspisteet on merkitt y muovisilla putkilla, joiden yläpää on maalattu punaiseksi. Putkeen on kiinnitetty alumiininen kohokirjoitusliuska, joss a on ao. reikätunnus.

11 1 0 Iskuporaus vuonna Syksyllä 1986 porattiin Ukonkankaan (Kangasaho-Luomanen-Ukon - kangas-rajakangas) painovoimaminimijaksoon 27 tunnustelurei - kää B-sondilla (Suomalainen Insinööritoimisto, SITO). Useiss a rei'issä tavattiin savirikkaita rapautumia, näiden joukoss a myös vaaleaa kaoliinia. Näytteenotosta saadut tulokset oliva t niin rohkaisevia, että kohteellisia tutkimuksia päätettii n jatkaa seuraavana vuonna. Syväkairaus ja iskuporaus vuonna Ukonkankaan eteläpuoliseen painovoimaminimiin kairattiin kol - meen 100 m :n välein olevaan profiiliin yhteensä yhdeksä n wireline-syväkairausreikää (Suomen Malmi Oy). Lisäksi tehtiin yksitoista reikää raskaalla Valmet-metsätraktorin alustall e rakennetulla iskuporayksiköllä (Suomen Malmi Oy) ja seitsemä n tunnustelureikää A-sondi iskuporakoneella (Terraplan Oy). Iskuporaus vuonna Kesällä 1989 jatkettiin tutkimuksia Ukonkankaan jaksossa. Näytteenottoyksikkönä oli Volvo-metsätraktorin varaan raken - nettu hydraulinen iskuporakone (Suomen Malmi Oy). Viitee n profiiliin tehtiin yhteensä 17 reikää. Syväkairaus ja iskuporaus vuonna Jaksoon kairattiin yksi wirelinereikä tarkoituksena saad a näytteitä rapautuman alapuolelta muuttumattomista kivilajeis - ta. Tavoite osittain epäonnistui kairausvaikeuksie n vuoksi. Iskuporareikiä tehtiin yhdeksän. Näytteenottomenetelmien arviointi a Ukonkankaan tutkimuksissa käytetty näytteenottokalusto voi - daan jakaa kolmeen luokkaan. Kevyttä iskuporauskalusto a edustavat A- ja B-sondit ovat olleet käytössä tunnustelunäyt - teenotossa. Ongelmia ilmeni maapeitteen läpäisemisessä. Ilman

12 suojaputkitusta tehty poraus mandollisti vain muutaman näyt - teen reikää kohden, sillä reiän sortumisvaara ja kalusto n kiinnijuuttuminen oli jatkuvana uhkana. Raskaaseen luokkaan kuuluvat Valmet- ja Volvo-iskuporakoneet. Näistä edellinen oli heikkotehoinen ja osa rei'istä joudut - tiin lopettamaan teknisten vaikeuksien vuoksi. Volvolla ol i hankaluuksia kaoliinissa välikerroksina esiintyvän kvartsiki - vien lävistämisessä. Iskuporauksessa näytteen ottaminen tapahtuu kuivana ilma n vesihuuhtelua. Wireline-syväkairauksessa ongelmana on ollu t sydänhukan runsaus, rei'issä (R ) keskimäärin 34 % (20-51 %). Eniten sydänhukkaa oli rei'issä, joissa o n rapautuneita kvartsikiviosuuksia (R 386). Mineraalivarantoarvio tällaisten reikien osalta on luotetta - vuudeltaan puutteellinen, erityisesti kvartsikiven sisältämää kaoliinin määrää on vaikea arvioida. Lisäksi kvartsikive n vuoksi osa rei'istä jouduttiin lopettamaan teknisiin vaikeuk - siin. Taulukko 1. Ukonkankaan näytteenotto vuosina Laite yritys näyte- vuosi reikä- kairaus - koko määrä metrit B-sondi SITO 25 mm A-sondi Terrap. 25 mm Valmet SMOY 32 mm L-Y wl SMOY 56 mm Volvo SMOY 50 mm Volvo SMOY 50 mm DB wl SMOY 56 mm yhteensä

13 Näytteenkäsittel y Kentäll ä Kairasydännäytteiden käsittely on tapahtunut samoin kuin Litmasen ja Vuorijoen esiintymien kohdalla. Kuivauksen ja kuorinnan jälkeen geologi raportoi kairasydäme t ja valitsi näytteet laboratoriotutkimuksiin, noin kolmen met - rin pätkinä. Raportoinnin jälkeen kairasydännäytteet valoku - vattiin. Noin 200 g painoinen näyte-erä kuivattiin 105 C läm - pötilassa vähintään kandeksan tuntia. Laboratoriotutkimu s 1. Kahtiointi. Kaikista näytteistä on otettu kahtiointilait - teella 70 g fraktiointiin. Lisäksi joka neljäs raakanäyte o n lähetetty XRF-, sedigraph- ja XRD-analyysiin. 2. Fraktiointi. Laskeuttamalla on erotettu alle 20 mikroni n fraktio, jossa on käytetty dispergenttinä Na-pyrofosfaati n vesiliuosta ja suodattamisessa flokkausaineena Magnafloc - flokkulanttia. 3. Vaaleus- ja keltaisuusmittaus on tehty kaikista alle 2 0 mikronin näytteistä, osa VTT :n laboratoriossa Outokummuss a Elrepholla ja osa Minolta-värimittauslaitteella GTK :ssa. Minoltalla määritetyt vaaleus- ja keltaisuusarvot on kalib - roitu KCL:n Elrepro-määrityksiä vastaaviksi. Briketit o n tehty Datacolor-puristimella. 4. XRF-silikaattianalyysit on tehty kaikista alle 20 mikronin näytteistä ja joka neljännestä raaka-näytteestä. 5. Sedigraph-raekokoanalyysit on tehty joka neljännest ä raakanäytteestä.

14 6. XRD-analyysit on tehty joka neljännestä raakanäytteest ä ja vastaavasta alle 20 mikronin näytteestä ja niistä o n määritetty semi-kvantitatiivinen mineraalikoostumus. Taulukko 2. Laboratoriotutkimukset vuosina Määritys Laboratorio Menetelmä Kpl Raekoko < 20 µm GTK, teoll. min fraktiointi 7 0 Raekoko GTK, maaperä sedigraph 5 1 Vaaleus GTK, teoll. min Minolta 7 0 Silik. anal. GTK, geokemia XRF, Leco 14 0 Min. koost. GTK, kallioperä XRD 9 2 Rikastuskokeet Kemira TUTKIMUSKOHTEEN GEOLOGIAST A 3.1. Alueen kivilaji t Tutkimusalueen lähiympäristön suprakrustiset kivilajit muo - dostavat pääpiirteissään NW-SE -suuntaisen, länteenpäin kaa - reutuvan vyöhykkeen, jota lävistävät kooltaan vaihteleva t syväkivimassiivit (liite 2). Rapautumisvyöhykkeessä maapeitteiden paksuus on m luvun kairausten ja geofysikaalisten mittausten perus - teella rapautumavyöhykkeen lähiympäristön kivilajit tunnetaa n hyvin. Tiedot kallioperän rakenteesta ovat intensiivisen j a monivaiheisen deformaation vuoksi puutteellisia. Kivilajie n liuskeisuus vaihtelee rajoissa /70-85 NE. Ukonkankaan jakson kivilajit koostuvat kiillegneissistä, diopsidigneissistä, amfiboliitista/diopsidiamfiboliitista, karbonaattikivestä, karsikivestä ja kvartsimaasälpägneissis - tä. Lisäksi rapautumisvyöhykkeessä on tavattu rapautunutt a kvartsikiveä. Syväkairauksen perusteella granodioriittia ta - vataan rapautumavyöhykkeen koillissivustalla Ukonkankaan j a Luomasen välissä. Kairaustiedon mukaan rapautumajakso rajoit - tuu sekä lounais- että koillispuoleltaan karbonaattikiveen.

15 Kairausten perusteella em. kivilajit vuorottelevat kerrosmai - sesti. Ukonkankaalla kaoliinin isäntäkivenä on kvartsimaa - sälpägneissi, kiillegneissi ja granodioriitti. Jakson rapau - tumat ovat osana laajaa, sähköisillä ja magneettisella kar - toilla näkyvää neutraalia vyöhykettä. Vyöhykkeeseen luvulla tehdyt syväkairaukset osoittavat sen koostuvan pää - asiassa epäpuhtaasta karbonaattikivestä. Taulukko 3. Ukonkankaan alueen kivilajien mineraalikoostumuksia (%). Laskettu pistelaskurilla (1000 pistettä ) KVAR PLAG KALI BIOT SERI/ MUS K KLOR SARV OPAK AKSE Granodioriitti M/52/3231/87/R387/39.6 m Ukonkanga s 2. Tonaliitti M/52/3231/87/R389/33.0 m -" - 3. Kvartsimaasälpägneissi M/52/3231/87/R384/40.5 m -" - 4. Kvartsimaasälpägneissi VRS-68/R180/45.8 m Nurkkakanga s 5. Amfiboliitti M/52/3231/87/R388/41.2 m Ukonkanga s 6. Amfiboliitti M/52/3231/87/R388/33.0 m Ukonkanga s 3.2. Kaoliini ja muut rapautuma t Kairausten perusteella rapautuma on in situ -tyyppinen. Kaoliinin on todettu vaihettuvan kvartsimaasälpägneissiks i (R384), kiillegneissiksi (R383) ja granodioriitiksi (R389). Ukonkankaan kaoliini on usein savinaista, joskus silttimäistä ja väriltään valkoista, vaaleanharmaata tai vaalean kellan - ruskeaa (kuva 3). Grafiittirikkaan kaoliinin väri vaihtelee

16 tummanharmaasta lähes mustaan (kuva 5). Rapautunut kvartsikivi esiintyy sepelimäisinä massoina, jonka välitiloj a täyttää kaoliinisavi (kuva 4). Rapautuma-nimitys käsittä ä vahvasti värilliset ja epäpuhtaat "raakku"kaoliinit ja toi - saalta kovat regoliitit. Kuva 3. (R 386). Ukonkankaan vaaleanharmaata, savimaista kaoliini a Kuva 4. Sepelimäinen kvartsikivi, jossa välissä kaoliinipät - kiä, vaihtuu vaaleaksi silttimäiseksi kaoliiniksi, huoma a runsas sydänhukka (R 385).

17 Kuva 5. Valkoista kaoliinia välikerroksina grafiittirikkaas - sa kaoliinisavessa (R 383). Kuva 6. Vaaleanvihreää rapautumaa ja ruskehtavanharmaat a kaoliinia Luomasen eteläpuolelta (R 687).

18 4. KAOLIININ OMINAISUUDET JA LAAT U 4.1 Kaoliinin yleiset laatuvaatimukse t Paperikaoliinin tärkeimmät laatuvaatimukset kohdistuvat sen vaaleuteen (ISO), keltaisuuteen, hienorakeisuuteen, viskosi - teettiin sekä kuluttavuuteen. Paperin päällysteaineena käy - tettävän kaoliinin vaaleusarvo on yleensä %, alim - millaan 81,5 %. Raekooltaan päällystekaoliini on hyvin hieno - rakeista, yleensä alle 2 mikronin osuus on % ja yl i 10 mikronin osuus 0,2-6 %. Viskositeettiarvo (Brookfield ) on mpas ja kiintoainespitoisuus yli 66 %. Päällystekaoliinin kuluttavuusarvo saa olla korkeintaan g/ m 2 (ECC :n SPS 18 g/m). Taulukko 4. Paperikaoliinin laatuvaatimukset. Viskositeett i Tuote Vaal. Kelt. <2 gm >10 µm >53 µm (Brookf.) (kiintoa.) ph (%) (%) min. max. max. mpas. % Engl. päällyst e SPS Superclay Dinkie B Täyte Grade B Grade C Grade D Filler M Grade E Amer. päällyst e Alphatex (kalsin. ) Alphagloss Alphaplate (delamin. ) Betagloss Täyteaineena käytettävän kaoliinin laatuvaatimukset ovat selvästi lievemmät. Suomessa käytetään pääasiassa englantilaista (80 %) ja amerikkalaista (15 %) kaoliinia, joten taulukoss a 4 on esitetty niiden tyypillisiä ominaisuuksia.

19 18 Keraamisen kaoliinin laatuvaatimukset ovat jonkin verra n erilaiset kuin paperikaoliinilla. Tärkeimmät laatuun vaikut - tavat ominaisuudet riippuvat : kemiallisesta koostumuksesta, mineralogiasta ja raekoosta. Parhaiden posliinikaoliinie n Fe2O3-pitoisuudet ovat 0,39-0,75 % ja Ti O2-pitoisuudet 0,02-0,03 %, alle 2 Mm :n fraktion osuus on %, mur - tolujuus 7,5-27,0 kg/c m2, kiintoainepitoisuus % j a vaaleus polton jälkeen %. 4.2 Raekokojakautum a Ukonkankaan pääasialliset kaoliinivarannot sijaitsevat esiintymän keskiosassa, johon laatutarkastelussakin keskitytään. Ukonkankaan raakakaoliinia luonnehtii hienoaineksen runsaus. Sedigraph-määritysten mukaan kaoliinisaven alle 2 Mm :n rae - koon osuus on keskimäärin 27 % (taulukko 7). Vastaavast i alle 20 Mm :n osuus on 58 % ja karkeiden, yli 62 Mm :n fraktioiden osuus noin 35 %. Ukonkankaan kaoliiniesiintymässä on runsaasti kvartsirikkaita välikerroksia, mistä johtuen esiintymään poratuissa kaira - rei'issä hienoaineksen määrän vaihtelut ovat suuret (kuva 7). Toisaalta osittain tämä vaihtelu johtuu siitä, että kairauk - sessa on ollut vaikeuksia näytteen saannissa ja osa kaoliinisavesta on menetetty huuhteluveden mukana.

20 Taulukko 7. Ukonkankaan raakakaoliinin raekokojakautuma j a kaoliinin (<20 µm) vaaleus- ja keltaisuusarvot (%). <F20p=fraktioidun alle 20 µ :n osuus, N=analysoitujen näyt - teiden kokonaispituus. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum N PITUUS <0.5, <1A <2M <6M <10A <20p <62A <F2A <F20g VAALEUS KELTAISUUS Kuva 6. Kaoliinin raekokojakautuma Ukonkankaan keskiosan kairarei'issä.

21 4.3 Vaaleus ja keltaisuu s Ukonkankaan kaoliininäytteiden vaaleusarvot alle 20 µ 7 fraktiossa ovat % (taulukko 7, kuva 7). Keskimääräi ] vaaleus on 67 %. Kuorimattomiin näytteisiin on tehty +5 p ] senttiyksikön korjaus. Kaoliininäytteiden keltaisuusarvot vaihtelevat 7 ja 48 p ] sentin välillä ollen keskimäärin 17 %. Ukonkankaan kaoliinin alhaiset vaaleus- ja korkeat kelt b suusarvot aiheutuvat pääasiassa rauta- ja titaanimineraale : ta. Vaaleuteen vaikuttaa myös grafiitin ja sulfidimineraal : esiintyminen. Kuva 7. Ukonkankaan kaoliinin vaaleushistogrammi.

22 4.4 Mineraalikoostumu s Raakakaoliin i Ukonkankaan raakakaoliinin kaoliniittipitoisuus on XRD-määri - tysten perusteella keskimäärin 44 % (taulukko 8). Kaoliniiti n määrä vaihtelee yksittäisissä näytteissä %. Sen jäl - keen eniten on kvartsia, jonka keskimääräinen osuus on 33 %. Lisäksi se sisältää muskoviittia, plagioklaasia ja kalimaa - sälpää. Satunnaisesti kaoliinissa on myös biotiittia, klo - riittia, grafiittia ja illiittiä. Kairanreikien mineraalikoostumus vaihtelu riippuu kvartsin j a maasälpien määrästä (kuva 8). Taulukko 8. Ukonkankaan raakakaoliinin mineraali- ja kemial - linen koostumus. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum N KAOL KVAR MUSK KALI PLAG BIOT MONT KLOR SIO AL2O TIO FE2O MGO CAO NA2O K2O MNO P2O SUM C S H2O

23 Kuva 8. Keskimääräiset mineraalikoostumukset eräissä kairan - rei'issä. Alle 20 mikronin frakti o Alle 20 mikronin kaoliini koostuu lähes yksiomaan kaolinii - tista (taulukko 9). Kaoliniitin määrä on keskimäärin 89 %. Kaoliinissa on lisäksi kvartsia, muskoviittia ja kalimaasäl - pää. Grafiittia ja rikkikiisua esiintyy heikkona pirotteen a rei'issä R 86, 87 ja 384. XRD-määritykset savifraktiosta (- 2 µm) raskasnesteseparoinnin jälkeen osoittavat, että titaani - mineraali on anataasia.

24 Taulukko 9. Ukonkankaan kaoliinin alle 20 mikronin raekoo n mineraalikoostumus ja kemiallinen koostumus. Variable Mean Std Dev Minimum Maximum N PITUUS KAOL KVAR MUSK KALI PLAG BIOT TALK ILL SIO AL2O TIO FE2O MGO CAO NA2O K2O MNO P2O SUM C S H2O Kemiallinen koostumu s Raakakaoliin i Ukonkankaan raakakaoliinin Al2O3-pitoisuus on noin 24 % (taulukko 8). Kun otetaan huomioon maasälpiin ja muskoviit - tiin sitoutunut alumiini (XRD-tulosten suhteessa), saadaa n kaoliniittipitoisuudeksi 54 %. Reiän 386 raakakaoliini o n lähes puhdasta kaoliniittia ja sen A l 2O3-pitoisuus kohoaa lähes 37 %. Raakakaoliinin keskimääräinen Fe2O3-pitoisuus on 1.8 % j a TiO2-pitoisuus 1.1 %. Rauta- ja titaanipitoisuudet vaihtele - vat melkoisesti riippuen ilmeniitin, anataasin ja rautasulfi - dien määristä. Runsaasti titaania sisältävät kaoliinit ovat

25 väriltään vaalean kellanruskeita ja rautarikkaat tummanhar - maita. Tummanharmaat sulfidipitoiset kaoliinit sisältävät myös runsaasti grafiittia, mikä näkyy analyyseissä rikki- j a hiilipitoisuuden kohoamisena (R 86, 87, 384). Alle 20 mikronin frakti o Alle 20 mikronin fraktio koostuu pääosin kaoliniitista ja se n A l 2O3-pitoisuus on 36 % (taulukko 9). Merkittävimmät epäpuh - taudet ovat titaani (1.0 % Ti O2 ), rauta (0.9% Fe 2O3) ja hiil i (0.26 % C). Näiden komponenttien vaikutus kaoliinin vaaleuteen havaitaan kuvasta 9 ja taulukosta 10. Kuva 9. Ukonkankaan kaoliinin eri vaaleusluokissa. (<20 µm) kemiallinen koostumu s

26 Taulukko 10. Ukonkankaan kaoliinin (<20 µm) vaaleus- ja keltai - suusarvot ja niihin vaikuttavat kemialliset komponentit. REI VAALEUS KELTAISUUS FE2O3 TIO2 C S R8 6 Mean StdD Maxi Mini N R8 7 Mean StdD Maxi Mini N R38 2 Mean StdD Maxi Mini N R38 3 Mean StdD Maxi Mini N R38 4 Mean StdD Maxi Mini N R38 5 Mean StdD Maxi Mini N R38 6 Mean StdD Maxi Mini N

27 Muut määritykset Edellä esitettyjen määritysten lisäksi Ukonkankaan kaoliinis - ta on tehty myös muita laatumäärityksiä : kuluttavuus-, vis - kositeetti-, DTA- ja TGA-määritykset sekä SEM-kuvat. Kao - liinin rikastettavuutta on tutkittu Kemira Oy :n toimest a laboratoriomittakaavassa. Laatuselvityksiä on hankaloittanu t se, että häiriintymättömiä näytteitä ei ole ollut käytettä - vissä. Kuluttavuuskokeissa Ukonkankaan kaoliinille (R86) saatii n arvoksi 11.5 g/m3, mikä on varsin hyvä päällystekaoliinill e (EEC :n SPS :n arvo on 18 g/m3 ). Ukonkankaan kaoliinin viskositeettiarvot vaihtelevat. Syyt ä siihen ei ole onnistuttu selvittämään. DTA- ja TGA-määritysten perusteella Ukonkankaan kaoliinie n hienot fraktiot ovat puhtaita muista savimineraaleista ja sen kiteisyys vastaa SPS-kaoliinia. SEM-kuvassa kaoliinin kide - muoto ei ole täydellinen ja rakeiden rosoisuus saattaa aiheutua näytteenotosta. Kemiran toimesta tehdyissä rikastuskokeissa Ukonkankaa n kaoliinin vaaleutta on onnistuttu parantamaan jopa päällystekaoliinia vastaavaksi.

28 Kuva 11. SEM-kuva (scanning electron microscope) Ukonkankaan kaoliinista (R382,<2 A). Mittatikun pituus 1 gm (10000 x suurennus). 5. KAOLIINIESIINTYMA 5.1 Esiintymän muoto ja sisäinen rakenn e Ukonkankaan rapautumavyöhyke on kokonaispituudeltaan n. 3 km (liitteet 2 ja 5). Se on lähes yhtenäinen, jossa on erillisi ä syvempiä rapautuma-altaita, jotka voidaan paikantaa gravi - metrisistä minimeistä (Rajakangas, Ukonkangas, Nurkkakangas, Luomanen, Kangasaho). Vyöhykkeen kaakkoispäässä olevan Rajakankaan kandesta mini - mistä luoteisempaan kairattiin kaksi reikää (R 680 ja 681 ) (kuva 2). Minimistä tavattiin kova, huonolaatuista rapautuma a ja mikäli siihen liittyy parempilaatuista kaoliinia se n kokonaismäärä on vähäinen.

29 2 8 Ukonkankaan painovoimaminimiin, jonka pituus on n. 700 j a leveys metriä, on kairattu viisi profiilia. Niide n mukaan maapeitteen paksuus alueella on metriä, keski - määrin 19 metriä. Kairausten perusteella kaoliinin laatu a kontrolloi alkuperäinen kivilaji ja sen rakenne. Luoteisimmalla profiililla (L = ) kaoliinirapautuman leveys o n 65 m ja maksimisyvyys 38 m (liitteet 3 ja 4). Kaoliinikerros - ten lähes pysty asento tulee parhaiten esille profiililla L = Profiilin kohdalla kaoliinialtaan leveys o n 125 metriä ja syvyys metriä, keskimäärin 26 m. Kao - liinissa on pystyasentoisena välikerroksena kaoliinia sisäl - tävää kvartsikiveä (leveys 15 m) ja grafiittirikasta kaolii - nia (leveys 12 m). Profiililla L = kaoliinikerrokse n leveys on 50 m ja syvyys n. 10 metriä. Vaalea kaoliini saat - taa jatkua edelleen kaakkoon kartalla rapautumaksi merkityll e alueelle. Ukonkankaan eteläosassa (profiilit L = , L = j a L = ) rapautuman leveys on 130 metriä ja syvyys noin 3 0 metriä. Vaalean kaoliinin osuus on vähäinen ja vallitsevin a ovat kvartsikivi ja grafiittirikas kaoliini (liitteet 3 j a 4). Ukonkankaan ja Luomasen välille on kairattu viisi profiili a 200 ja 300 m profiilivälein. Lisäksi alueelle on tehty muuta - mia matalia tunnustelureikiä (R 89-93) (liite 5). Reiässä 62 6 on kuusi metriä vaaleaa kaoliinia ja lisäksi tehtiin muutama n metrin pituisia kaoliinilävistyksiä profiileilla L = ja , joissa vallitsevina ovat tumman harmaat grafii t- tiset ja vihreät kloriitti-montmorilloniittirapautumat. Nurkkakankaan painovoimaminimissä lävistettiin tummaa, osaksi rapautunutta kiisua sisältävää rapautumaa (R 624 ja R 625). Kangasahon minimissä on tummaa, mandollisesti kiille - gneissin tai amfiboliitin rapautumistuotetta (liitteet 5, kuva 2).

30 Kaoliinivarantoarvi o Kaoliiniarvio on tehty leikkausmenetelmän lineaarisell a laskutavalla. Kairausprofiililta määritetyn lohkon vaikutus - alue ulottuu seuraavan profiilin puoliväliin saakka. Kairaus - profiilien välit vaihtelevat 90 :stä 150 metriin. Kairauksiss a lävistetyt kaoliinikerrokset on projisoitu rapautuman pintaa n olettaen kerroksen kaadesuunnaksi 70 astetta koilliseen. Kaoliinivarantoarvio perustuu lohkojen määrityksen osalt a kairauksiin. Gravimetrisia mittaustuloksia on käytetty ker - rosten jatkuvuuden ja rapautuman paksuuden arvioimisessa. Ne vastaavat hyvin kairaustuloksia. Arviossa on käytetty tuoreen kaoliininäytteen tiheyttä 1. 9 g/cm3, mikä perustuu petrofysikaalisten mittausten keskiar - voon. Todennäköisesti Ukonkankaan esiintymässä on vaaleaa kaoliini a 0.80 Mt, kaoliinipitoista kvartsikiveä 1.17 Mt ja grafiitti - pitoista kaoliinia 1.81 Mt (liite 6). 6. KARBONAATTIKIVE T Kairaustiedon perusteella rapautumavyöhykkeen lounais- j a koillispuolella on karbonaattikiveä, jossa on karsiutuneit a kvartsikivi-, kvartsimaasälpäkivi-, amfiboliitti- ja kiille - gneissivälikerroksia (liitteet 2 ja 3). Reikä 654 lävistä ä karbonaattikiveä noin 35 metriä edeten sen jälkeen rapautuma n sisäosiin luvulla kairatut reiät, R 1 ja R 2, sijoittu - vat vyöhykkeen koillisreunalle, kiillegneissin ja karbonaa t- tikiven kontaktiin (liite 3). Ukonkankaalla rapautuma-aluee n lounaisreunan karbonaattikivestä on kaksi havaintoa (reiä t 611 ja 684). Karbonaattikiven jatkuminen luoteeseen Luomase n alueelle perustuu 1960-luvun kairauksiin (Pekkala, 1970). Karbonaattikiven kontaktit kivilajikartalla on piirrett y käyttäen hyväksi em. kairaustietojen lisäksi gravimetrisia, magneettisia ja sähkömagneettisia karttoja.

31 3 0 Ukonkankaan karbonaattikivi on väriltään vaaleanharmaata ta i harmaata/vihertävää (oliviinin serpentiitiytymisaste) j a asultaan usein rikkonaista. Se muuttuu rapautuneen aluee n kontaktia kohden rikkonaisemmaksi (R 654) ja kivessä on ha - vaittavissa karbonaattisen aineksen syöpymistä/liukenemista. Kemialliselta koostumukseltaan karbonaattikivi on dolomiitti - valtainen (dolo/kals -suhde noin 3.0) ja sen liukenemattoma n aineksen osuus on keskimäärin 25 %. Dolomiitin ja kalsiiti n lisäksi esiintyy ainakin oliviinia, serpentiiniä ja diopsi - dia. Silikaattimineraaleina tavataan myös mm. kvartsia, flogopiittia ja tremoliittia. Karbonaattikiven ja sitä ympäröivän kiillegneissin raja o n vedetty geofysikaalisen aineiston perusteella eikä site n yksityiskohdiltaan kairaamalla todettu. Karbonaattikiven määrän tarkka arvioiminen onkin ilman lisäkairauksia mando - tonta. 7. AIHEEN ARVIOINT I Ukonkankaan kaoliiniesiintymässä todennäköiset kaoliinivarannot ovat 0.8 Mt vaaleaa kaoliinia. Raakakaoliinin kaoliniit - tipitoisuus on 44 % ja siinä on alle 2 mikronin raekokoa 2 7 %. Kaoliinin (-20 gm) vaaleus on 67 %. Alustavien rikastus - kokeiden perusteella kaoliinista saadaan paperikaoliini n vaaleuskriteerit täyttävää tuotetta. Lisäksi esiintymässä on 1.2 Mt kaoliinia sisältävää kvartsi - kiveä. Kvartsikiven sisältämän kaoliinin määrää ei ol e runsaan sydänhukan vuoksi pystytty arvioimaan, mutta laadul - taan se on vaaleaa. Grafiittirikkaan kaoliinin todennäköine n määrä on 1.8 Mt ja se saattaa soveltua tiilisaveksi. Kaoliiniesiintymän läheisyydessä on runsaasti dolomiittist a karbonaattikiveä, jonka käyttö voisi tulla kysymykseen maatalouskalkkina.

32 3 1 Ukonkankaan esiintymä sijaitsee muutaman kilometrin pääss ä Litmasen ja Vuorijoen esiintymistä, joten se on potentiaa - linen kaoliinin louhintakohde, mikäli Virtasalmen kaoliinej a ryhdytään hyödyntämään. Espoossa 31. päivänä joulukuuta Geologi v,,.... Tapio Kuivasaar i Geofyysikko Jukka Lehtimäk i Tutkimusassistentti kka Reinikaine n Geologi 011i Sa pää

33 3 2 KIRJALLISUUTT A Hyvärinen, Lauri, On the geology of the copper or e field in the Virtasalmi area, eastern Finland. Bull. Comm. geol. Finlande 240, 82 p. Hyvärinen, Lauri, Selostus Juvan-Virtasalmen aluee n malmitutkimuksista v I x= pohjoispuoli. 42 s. M 19/3232/70/1/1. Lehtimäki, Jukka, Työraportti seismisistä luotauksist a Virtasalmella. 4 s. Q 19/3231/84/1/23. Pekkala, Yrjö & Sarapää, 011i, Kaolin exploration i n Finland. Current Research 1988, ed. by Sini Autio, Geol. Surv. Finl., Special Paper 10 : Pekkala, Yrjö, Kuivasaari, Tapio, Lehtimäki, Jukka & Sarapää, 011i, Virtasalmen Litmasen kaolii - niesiintymän tutkimukset vuosina M 19/3231/-89/1/82. Pekkala, Yrjö, Kuivasaari, Tapio, Lehtimäki, Jukka & Sarapää, 011i, Virtasalmen Vuorijoen kaolii - niesiintymän tutkimukset vuosina M 19/3231/-89/2/82. Pekkarinen, Jouni, Selostus Juvan tutkimusprojekti n malmitutkimuksista vuosina (x= eteläpuoli). 48 s. M 19/3231/72/1/10. Pekkarinen, Lauri J. & Hyvärinen, Lauri, Haukivuori. Suomen geologinen kartta 1 : : kallioperäkartta (Geological map of Finland : pre-quartern a rocks Sarapää, 011i, Raportti kaoliinista ja Etelä- ja Keski - Suomen kaoliinipotentiaalisista alueista. 65 s., M82/1987/1.

34 3 3 Sarapää, 011i & Nissinen, Ahti, Väliraportti Virtasal - men kaoliinitutkimuksista. 16 s. M 19/3231/87/1/82. Sarapää, 011i & Kuivasaari, Tapio, Yhteenveto Virtasal - men kaoliinitutkimuksista vuosina s. M 19/3231/88/1/82. Siikarla, Toivo, Selostus geofysikaalisista tutkimuk - sista Karsikummussa Virtasalmen pitäjässä. 9 s. M17/Vrs-66/2. Siikarla, Toivo, Selostus geodeettisista mittauksist a Karsi kummun alueella Virtasalmella. 6 s. M17/Vrs-66/3. Siikarla, Toivo, On the geophysical investigation i n the Virtasalmi area. Bull. Comm. geol. Finlande 233, 85 p. Siikarla, Toivo, Selostus geofysikaalisista tutkimuk - sista Virtasalmen-Juvan tutkimusalueen pohjois - osassa vuosina s. M 19/3232/70/3/10.

35 LIITTYY (Säilytetään GTK :n arkistossa ) Kairausraportit M19/52/3231/-87/R M19/52/3231/-87/R M19/52/3231/ -89/R M19/52/3231/ -90/R 65 4 M19/52/3231/ -90/R 667, 66 8 M19/52/3231/ -90/R Kairausprofiilit M 52.7/3231/-90/R 84, R M 52.7/3231/-90/R 85, R M 52.7/3231/-90/R 86-88, 386, 387 M 52.7/3231/-90/R M 52.7/3231/-90/R 92, 9 3 M 52.7/3231/-90/R , 654 M 52.7/3231/-90/R M 52.7/3231/-90/R M 52.7/3231/-90/R M 52.7/3231/-90/R 624, 62 5 M 52.7/3231/-90/R 626, 627, 68 5 M 52.7/3231/-90/R 667, 66 8 M 52.7/3231/-90/R 680, 68 1 M 52.7/3231/-90/R Geofysikaaliset mittaukse t IP-G Q28.42/323109C/198 7 SL Q c/198 7 VLF Q24.31/323109C/198 8 VLF-R Q24.32/323109C/198 8 SAMPO Q24.15/323109C/1989/ 1 SAMPO Q24.15/323109C/1989/ 2 SAMPO Q24.16/323109C/1989/ 5 SAMPO Q24.16/323109C/1989/6

36 LIITTEE T 1. Ukonkankaan valtausaluekartt a 2. Hällinmäen kivilajikartt a 3. Ukonkankaan kaoliiniesiintymän kartta, 1 : Kairausprofiilit, 1 : 50 0 M 52.7/3231/-90/R 84, R M 52.7/3231/-90/R M 52.7/3231/-90/R 85, R M 52.7/3231/-90/R , 65 4 M 52.7/3231/-90/R 86-88, 386, Kairareikien sijaintikartta 1 : Kaoliinivarantokartta, 1 : Tutkimuskustannukse t

37

38

39

40

41

42 Liite 4

43

44

45

46

47

48

49