EPATAVALLINEN MALMIMINERAALISEURUE TROILIITTI-PENTLANDIITTI-

Transkriptio

1 E. Hänninen 070/ C/EH EPATAVALLINEN MALMIMINERAALISEURUE TROILIITTI-PENTLANDIITTI- MACKII\IAWIITTI-METALLINEN KUPARI LEPPAVIRRAN PETÄJAJARVEN ULTRAMAFIITISSA JOHDANTO Petäjäjärven kairauks$ssa on tavattu pjtkälle serpentiniittiytynyttä ultramafista kiveä, jossa esiintyy paikoitellen heikkoa troiliitti-pentlandiitti-mackinawiitti-kuparipirotetta- Mineraaliseurue on koostumukseltaan jokseenkin harvinainen, jopa niin, ettei pintapuolisesti tarkastellen ole kirjallisuudesta kuvausta vastaavanlaisesta löytynyt. Ensisijaisena erikoisuutena on metallisen kuparin esiintyminen Fe-Nisulfidien yhteydesslä,, -yleensahän on kuparimineraaleina vastaavan kaltaisissa,esiintymissa joko kuparikiisu tai kubaniitti tai molemmat, Kovin tavalli-sta ei ole myöskään troiliitin esiintyminen ilman heksagonista magneettikiisua, joskin tästä löytyy io3taki.n mainintoja kirjallisuudessa (rm. Hituran välimaqsa). Mineralisaation ~haxvinaislaatuisuuden inspiroimana otettiin?tätä edustava näyte LEP/PE@i193/ tarkemrnan mikroskooppisen ja m.~rpanalysaa-ktori~tkimuksen kohteeksi. Kysymyksessä i i varmaankaan ole mikäzn malminetsinnällisesti merkittävä ilmiö, vaan paikallisten, hyvin poikkeuksellisten ~losuhteiden muavaama kuriositeetti. Vahaiset sulfidit esiintyvät entisten oliviiriirakeiden välitiloissa mieluummin intergranulaarisena, kuin pisara- maisena pirotteena (kuva 1). Intercumulusfaa-6iin kuuluvat. sulfidien lisäksi k,oriittiutunut Fe-rikas pyroksceni? ja m$äraltään vä\'', aisenä esiintyvä, harsoniainen kromispinelli (kuva 2). Kloriitin lohkorako~ja tayttavät sekundäariset

2 Q 0 K MALMINETSINTa rnagnetiittikalvot. Verkkomaisen serpentiinin sisällä esiintyy myös sekundaarista magnetiittinauhastoa. Troiliitti on dominoiva sulfidi. Esiintymistavan perusteella on erotettavissa kaksi erilaista troiliittia: -9roiliitti 1 esiintyy karkeampikiteisena si.saltaen hyvin vähän tai ei ollenkaan metallista kuparia (kuvat 3 ja 4). -9roiliitti 2 on pienikiteistä mosaiikkia muodostaen kuparin kanssa hyvinkin intiimejä yhteenkasvettumia aina erittäin hienojakoisiin myrmekiittimäisiin tekstuureihin asti (kuvat 5 ja 6). Metallinen kupari esiintyy epämääräisen muotoisina, lonkeromaisina osueina, pienempina laikkuina ja myrmekiittimäisina yhteenkasvettumina troiliitissa. Troiliittirakeiden pinnoilla tavataan usein kuparikalvoja. Myös pentlandiitin lohkoraoissa on paikoitellen ohuita kuparinauhoja. Pentlandiitti esiintyy pieninä, omanmuotoisina kiteina troiliitin yhteydessä, joskus reunoiltaan magnetiitin.syrjayttamänä. Lohkorakoja täytt3vat säännöllisesti magnetiittikalvot. Mackinawiitti esiintyy pentlandiittia syrjayttaneenä mineraalina epämääräisen muotoisina laikkuina etenkin miljöössä, jossa on runsaasti metallista kuparia. Merkille pantavaa on, että naytteessä ei ole tavattu jalkeakaan kuparisulfideista. SULFIDIFAASIN KEMISMI JA MINERAALIPITOISUUS Seuraavassa on esitetty typpihappoliuotuksesta AAS:lla tehdyt kemialliset analyysit kahdesta mineralisoituneesta naytteesta: keskiarvo Q

3 8 0 K MALMINETSINTA Seuraavat laskelmat on tehty edellä esitettyjen keskiarvo- pitoisuuksien perusteella. Ottaen huomioon taulukossa 1 esitetyt mikroanalysoidut sulfidien kemialliset koostumukset voidaan kemiallisten analyysien perusteella laskea näytteen mineraalipitoisuudet: met. Cu(%) NIP(%) TRL+MAC ( % ) SUMMA ( % ) Kun mineraalipitoisuuksista lasketaan kaanteisesti sulfidifaasin kemiallinen koostumus (kupari on laskettu mukaan, vaikka metallinen kupari ei luonnollisestikaan kuulu sulfidifaasiin), saadaan seuraavat pitoisuudet (alla vertailun vuoksi vastaavat keckimaäräiset pitoisuudet Laukunkankaan peridotiiteissa pitoisuusalueella Ni %): Cusf-% Nisf-% Cosf -% Fesf-% Ssf-% Petä ja järvi Laukunkanyas Sulfidifaasin kupari- ja kobolttipitoisuudet ovat korkeita, nikkelipitoisuus normaali ja rikkipitoisuus alhainen verrat- tuna "normaalisti" mineralisoituneeseen ultramafiittiin. MINERAALIEN KEMIALLISET KOOSTUMUKSET Sulfideista tehdyt mikroanalysaattorimaäritykset on esitetty taulukossa 1. Metallisen kuparin koostumuksesta tehtiin myös kaksi mäaritysta:

4 0 0 -K MA:MINETSINTA Metalli on likimain puhdasta kuparia. Summan vajauksen syytä ei ole selvitetty. Onko syynä analyyttiset hankaluudet vai jonkin määrittämättömän alkuaineen sisältyminen mineraa- liin? Kuparin yhteydessä esiintyvä troiliitti 2 (pisteet 1 ja 3) on hyvin-lähellä stökiömetristä FeS-faasia: Fe0.gg7St jossa näyttäisi olevan hivenkomponenttina hieman kuparia. Troi-" ':. liitti 1 (piste 2) on lievästi kationivajaa: Fe0.977 S, kupa- riton ja sisältää hieman nikkeliä. Pentlandiitti on anomaalisen nikkeliköyhä ja vastaavasti rautarikas (kts. Fig. 6). Kobolttipitoisuus on hyvin normaali nikkelimineralisaatioiden pentlandiitille. Kationi-anionisuhde on lähellä stökiömetristä MgS8: (F~,N~,CO)~.~~S~. k2-tä.--l--:!---i:---l L L. - - L - - L I j S jzrvi tr-cw- pn. ir-pn -- tr- hpo-pn' hpo-pn hpo- n~po-pn i I nipo-pn nipo-py-pn - hpo-nipo-py-pn PY -pn py-nil-pnf-vl 1 : ml-pn nil-!iz- pn l-g s 1 hz-pn h z - ~ w - ~ n.. ow-pn - -*.l,, r ' Ai. per cent Ni, Fic. 6. ~oinpositiu1:5 oi n;i:ural ~~ciiil.i~i~litrs nichcl siil5ilc asscinl,la~rs. Data 3rc irciin all solirccs; ~,iiii!;iiidi:r.s wiilt I nivrc tl:an 10 at. :l. Cn arc nut ir:clu<!c4; ~o:iiposiiioi~~l d:ita are iiot aï.ii!ahlc for piit!aii<!itcs iii a~wnihla~c;!r-a\r-pn. ii;~o-, pn, ni!-1:ri. atid hr-a\v-pii i m.,l ~0- Mackinawiitin koostumus on hyvin 1-ahellä stökiömetristä Pe-monosulfidia, hivenaineina nikkeli, koboltti ja kupari: (Fe,Ni,Co,Cu) S. Mackinawiitin on kuitenkin todettu

5 Q 0 K MALMINETSINTA yleensä olevan lievästi anionivajauksinen: "Naturally occuring ma~kinaw~tes frequently c0ntaj.n substantiäl amounts of other tranzition metals (510% of Cr, Cu and 520% Co, Ni; Clark, 1969; Vaughan, 1969a) and are reportedly non-stoichiometric e.. compositions of Fe S for Ylöjärvi mackinawites reported by Clark & Clark.1968). The non-stoichimetry results from sulphur deficiency ra.ther than excess of metal atoms in the structure, i.e. the formula should be written FeSL -, (Taylor & Finger, 1970)." (Vaughan & Craig, 1978)' "Mackj-nawite in some sulphide deposits in Norway shows compositional variation S, where M represents t0 M1.08 Fe, Ni, Co and Cu). The metal to sulphur ratio is observed to be always greater than unity."(mukherjee, 1976). Petäjäjärven ultramafiitin omalaatuisesta malmimineraaliseu- rueesta voidaan tämän tutkimuksen tiedoin painottaa seuraavia seikkoja : - Kyseessä on viime kädessä hyvin alhaisen lämpötilan mineraaliseurue; troiliitin ja mackinawiitin ylin stabilisuuslämpötila on huomattavasti alle ~ (troiliitilla ~ tämä on 0 1 atm paineessa n. 140 C, jota lisääntyvä paine laskee, macki- nawiitin suhteen on esiintynyt hienan ristiriitaisia käsityk- siä, mutta hyvin alhaisen lämpötilan mineraali se joka tapauksessa on). - Tekstuureiden perusteella on pääteltävissä, että alhaisen lämpötilan uudelleenkiteytyminen on tapahtunut likimain in situ, tekstuurit ovat jäänteinä alkuperaisen intercumulus- sulfidiaineksen esiintymistavasta. - Arvoituksellinen seikka on sulfidifaasin poikkeuksellinen rikkiniukkuus. Mitään selviä merkkejä ei'ole nähtävissä siitä, että'sulfideja olisi esim. hydrautumisen aikana liuotettu pois, kuten mm. Hiturassa, ja täten viety rikkiä systeemistä ulos.

6 Q 0 K MALMINETSINTA - Käydyissä keskusteluissa (PEH-EH) on tullut esiin mahdollisuus, että kysymys olisikin. hydrautumisen aikana vapautuneen raudan ylimäarasta (primäarisula ja-kivi ilmeisen rautarikas), joka olisi jonkin eriskummallisen hydrotermisen prosessin kautta muokannut mineralisaation nykyiseen koostumukseen ja asuun. Tämä selittäisi sen, että normaalin magneettikiisun tilalla on troiliitti, ja että pentlandiitin koostumus on, mikä on. - Primaarin kuparikiisun pelkistyminen metalliseksi kupariksi on mahdollisesti tapahtunut seuraavan metallurgiasta tutun prosessin kautta (Hakli) : 1. Cui?eS FeO + CuO + S02 - Kuparikiisu hapettuu rauta- ja kuparioksideiksi, rikkidioksidi poistuu systeemista, FeO hapettuu magnetiitiksi. 2. CuO + FeS 3 CuS + FeO - Kuparioksidi reagoi troiliitin tai magneettikiisun kanssa, jolloin syntyy kuparisulfidia ja rautaoksidia, joka hapettuu magnetiitiksi. 3. cus + 2cuo + 3cu + so2 - Instabiili pari CuS-CuO reagoi muodostaen metailista kuparia ja rikkidioksidia, joka poistuu systeemista. Edellä esitetyn kaltainen prosessi vaatinee hyvinkin tarkasti saadetyt olosuhteet,jotta se kokonaisuudessaan toteutuisi. Hapen osapaineen on oltava sopiva kuparikiisun hapettamiseksi; normaalistihan tämä jaa keskeneräiseksi, jolloin syntyy erilaisia Fe-köyhiä kuparisulfideja tai kuparioksideja ja näitäkin yleensä vain aivan erilaisessa miljöössä, kuin mistä nyt on kysymys. Kuparisulfidia ja kuparioksidia on täytynyt syntyä likimain ekvivalentit määrät, koska prosessi on mennyt aivan loppuun; metallinen kupari on kiven ainoa kuparimineraalj relikteja prosessin välivaiheista ei ole nähtävissä.

7 Q 0 K MALFAINETSINTA - Erinomaisen mielenkiintoista olisi katsoa tienoota vähan laajemmin. Ilmestyykö lähistöllä mineralisaatioon kuvaan mukaan kuparisulfideja ja onko mahdollisten kuparisulfidi- pitoisten ja metallista kuparia sisältävien kivien välillä jonkinlaista vaihettumisvyöhykettä? Jos näin onnekkaasti olisi, voisi lisätutkimuksin mahdollisesti löytyä jokunen pieni tiedonjyvä lisää. LAINAUKSET Misra & Fleet: The chemical compositions of synthetic and natural pentlandite assemblages. Econ. Geol. vol , pp Mukherjee: Compositional variation of naturzllly occuring mackinawite. N. Jb. Miner. Mh., 1.976, H. 2, Vaughan & Craig: Mineral chemistry of metal sulphides. Kirja, s.,53. Esko Hänninen

8 TAULUKKO 1. SULFIDIEN KEMIALLISIA KOOSTUMUKSIA NAYTTEESSA LEP/PET-193/ T R O I L I I T T I KESKIARVOT Kationien summa Anionien summa P E N T L A N D I I T T I P- % at-% P- % at-% Fe Co Ni Cu S SUMMA Kationien summa Anionien summa KESKIARVOT M A C K I N A W I I T T I KESKIARVOT Pe Co Ni Cu S SUMMA Kationien summa Anionien summa 1.000

9

10

11