Moreenin raskasmineraalitutkimuksesta. Näytteenotto ja separointi

Outokumpu Oy Malminetsintä Moreenin raskasmineraalitutkimuksesta Näytteenotto ja separointi Työtapaselostus Johdanto Moreenin raskasmineraalipitoisuuden - eritoten Au:n - selvittämiseksi suoritettiin kesällä 1970 tutkimuksia Reisjärven Kangaskylässä. Näytteiden käsittely suoritettiin Outokumpu Oy:n Malminetsinnän puitteissa uudella, mutta muuten perin vanhalla menetelmällä: rännittäen. Koska Geologinen Tutkimuslaitos on käyttänyt jo joitakin vuosia k. o. välineistöä raskasmineraalitutkimuksissa, tiedusteltiin sieltä menetelmäst ä saatuja kokemuksia, ja niiden mukaan teetettiin tarvittava kalusto. Näytteenotto Geologiselta Tutkimuslaitokselta saatujen tietojen mukaan pitää näyt teen olla kiinteänä laskien vähintäin 100 litraa, jotta saataisiin paitsi oikea kuva tutkittavasta maalajista ja sen raskasmineraalipitoisuudesta, myös,keskenään vertailukelpoisia tuloksia. Irroitettuna vastaa tämä tilavuus 140-150 litraa. Koska tutkimusalueen maaperä on eritt~in tiivistä ja kovaa, tehtiin näytteenotto kaivinkoneella, joka mahdollisti myös syvempien näytteiden saannin. Käytettävänä oli useampia eri traktorikaivureita, joista kokoteloilla varustettu Valmet 861D suorareunaisine kauhoineen osoittautui tehokkaimaksi. Näytteenotto tehtiin NS-suuntaisilta linjoilta pistevälin vaihdellessa maastosta riippuen 200-500 metriin ja linjavälin taas 2 km alaspäin saaduista tuloksista riippuen. Tutkimusalueen maasto on yleensä loivapiirteistä, matalakumpareista pohjamoreenialuetta, jdqa on runsaast i soita. Näytepisteet pyr ittiin valitsemaan näinollen kumpareiden rinteen puolivälistä, missä moreeni oli yleensä välittömästi käsillä ja pohjavesiolosuhteet

3 kaivamisen kannalta edulliset. Näytteitä otettiin kumpareiden jäätikön kulkusuuntaan nähden sekä suoja- että vastasivuilta, joskin etupäässä viimemainituilta kirjallisuudessa esitettyjen käsitysten mukaan. Kussakin pisteessä ensimmäinen näyte otettiin noin 1 m syvyydestä ja seuraavat noin 1.0-1.2 m välein paitsi maalajien tai moreenipatjojen vaihdellessa, jolloin näytteenotto noudatti k.o. vaihtelua. Jotta montunkaivuu olisi ollut mahdollisimman tehokasta, nostettiin näyteaines kauhalla erilliseen kasaan montun viereen, jolloin näytteitä pussitettaessa kaivuu voi jatkua keskeytyksettä (kuva 1). Kukin näyte-erä käsitti 5 muovisäkkiä, jotka täytettiin lapiolla, numeroitiin ja suljettiin. Tehokas ja selvä numerointi osoittautui vaikeaksi. Säkkiin tehdyt merkinnät hiertyivät pilalle kuljetuksen aikana ja samoin ne aiheuttivat epäselvyyksiä säkkejä uudelleen käytettäessä. Samoin säkin suuhun sidottu numeronauha hiertyi ja katkesi herkästi. Kaksinkertainen nauhan numerointi, jolloin toinen jäi "suojaan" solmun sisään, osoittautui muttei sekään riittävän varmaksi. Näytteiden numeroin~n olislltin mahdollisessa jatkossa syytä kiinnittää huomiota. Näytteenoton yhteydessä tehtiin tarpeelliset maalajihavainnot ja suoritettiin lohkare-etsintää (kuva 2). Näyte saatiin tasasivuisella kauhalla yleensä riittävän puhtaana. Vain erittäin kosteilla paikoilla aiheutti pohjavesi montun reunojen sortumisen niin nopeasti, että se vaikeutti tai esti kokonaan näytteenoton, koska saadun materiaalin todellinen syvyys oli epävarma. Sensijaan terävä ns. ojakauha on näytteenottoon sopimaton. Kaivurista, maastosta ja kuljetusmatkojen pituudesta johtuen saatiin näytteitä päivittäin keskimäärin kolmesta tai neljästä kuopasta näytemäärän vaihdellessa 5-10. Kaivureiden vaihtuminen ja niiden vaikea saanti hidasti työntekoa kuitenkin tuntuvasti. Kuljetus Näytteet pussitettiin muovisiin käytettyihin apulantasäkkeihin, joita oli saatavilla. Pussitus oli välttämätön näytteiden kuljetuksen takia. Näytteet siirrettiin traktorikaivurin keulaan varapolttoainesäiliön paikalle rakennetulla lavalla lähimmän

4 kulkukelpoisen polun tai tien varteen, josta edelleen kuljetus tapahtui telaketjuttoman traktorin lautakoukuilla tai peräkärryillä ja satunnaisesti myös Land Roverilla. Traktorikaivur i pystyi kuljettamaan kerrallaan 25-35 s äkkiä, joista osa oli kauhassa. Tämä mahdollisti 2-3 montun näytteiden samanaikaisen siirron, joskin näytteiden kuljetus kaivurilla hidasti tuntuvasti tehollista kaivuuaikaa. Menettely osoittautui kuitenkin edullisimmaksi. sillä maaston vaikeakulkuisuuden takia ei esim. hevoskuljetus onnistunut. Kivinen ja kantoinen metsä sekä suot asettivat traktoriliekin suuret vaatimukset, telaketjut olivat välttämättömät ja samoin pohjan suojalevy. Ohjaus kuormattuna oli hankalaa kauhassa olleiden näytesäkkien takia. mutta tasapainon vuoksi se oli välttämätöntä. Varsinkin ohjauslaitteet ja olkavarret joutuivat kovalle koetukselle. Säkkikuljetuksen varjopuolina oli mm. sen aiheuttama ylimääräinen työ, etenkin kost~iden näytteiden kuljetuksen aikainen deformatio, jolloin säkit irtosivat sitei~tään tai mahdollisesti rikkoutuivat ja kuormausvaiheessa työn likaisuus. Työn alkuvaiheessa yritett~in näytteiden kuljetusta myös avoimissa tynnyreissä, mutta niiden käsittely oli erittäin hankalaa. Pesuseulonta Rännitysasemalla näytteet pesuseulottiin kolmen päällekkäisen eri seulalaatikon läpi. Työn alkuvaiheessa kokeiltiin vain yhtä kiinteää, vinoasentoista seulaverkkoa, jolta kivet valuivat suoraan sivuun (kuva -14). Tämä pyrki kuitenkin tukkiutumaan ja sen tyhjennys oli hankalaa. Samoin käytetty 3 cm ~ seula oli liian karkea. Rännitysaseman siirron yhteydessä se korvattiin 3 cm~, 1 cm ~ ja 0. 5 cm ~ päällekkäisillä irtonaisilla seulalaatikoilla (kuva 10). Pesuseulonta tapahtui käyttäen apuna juoksevaa vettä ja teräsharjaa, jolla kivien pinnat saatiin puhdistettua ja paakkuuntunut moreeniaines hajoitettua (kuva 5). ~ Pienemmät kivet puhdistettiin hiertämällä niitä seulaverkkoa vasten (kuva 3). Seulalle jääneiden 3-1 cm ~ ja yli 3 cm ~ kivien osalta tehtiin kivilaskut.

6 Kuva 5. Näytteiden pesussa käytettiin apuna teräsharjaa, jonka kärjessä olevalla teräslevyllä näytepaakut saatiin särjettyä. Kuva 6. Kukin näyte säkki pesuseulottiin erikseen, jonka jälkeen seulat tyhjennettiin. ~'~~~ Koska samoja säkkejä käytettiin useammån kerra~ pestiin jokainen säkki huolellisesti.

7 Koska samoja säkkejä käytetti in useampia kertoja, huuhdottiin ne huolellisesti jokaisen tyhjennyksen yhteydessä saastumisen estämiseksi. Seulalaatikot, jotka olivat tehdyt maa s tossa höyl äämättömäs tä raakalaudasta, aiheutti vat todennäköisesti s uurimman saastumisen. Vaikka ne huuhdottiin joka näytteen seulonnan jälkeen, ei epätasaisen pinnan tarkka puhdistaminen onnistunut ja näinollen pienet Au- hiput saattoivat joutua s euraaviin näytteisiin... Seulal aatikoiden puhdistami sta vaikeuttivat edelleen liitossaumat ja verkon kiinnitys. Näiden seikkoj en korjaamiseks~ voitaisiin seulalaatikot valmistaa peilistä. (Kt s. l i itteenä oleva ehdotus.) Ylimmä i nen seula joutui s äkkiä s iihen tyhjennettäessä varsin kovaan rasitukseen. Tämän valttämiseksi voitaisiin seulalaatikoiden viereen laittaa työpöytä, jost~ käsin säkki voitaisiin tyhjentää. \ Pesuseulonta edellyttää vahvojen k~mikäsineiden!käyttöä, koska kädet rikkoutuvat märkinä herkästi teräviin kivensärmiin. Rännitys Moreenin alle 0.5 cm ~ fraktio valui lietteenä ~eulojen läpi pellillä vuoratulle syöttöpöydälle, josta edelleen huuhdontaränniin (kuva 9). Se oli valmistettu puolikovasta alumiinipellistä ja yhteensä 6 m pituinen. Kuljetuksen ajaksi se voitiin katkaista kolmeen 2 m mittaiseen osaan, jotka liitettiin toisiinsa pulteilla. Rännin alustana oli tukeva 2 x 4' lankkuteline, jonka kaltevuus oli 8-10 0 Rännissä oli neljä metrin mittaista kulmaraudasta tehtyä helposti irroitettavaa ritilää portaikkona (kuva 7), jotka puhdistettiin jokaisen näytteen rännityksen jälkeen. Ritilät oli pyritty valmistamaan huolellisesti, mutta niiden hitsaussaumat varsinkin alapuolelta olivat siksi epätasaiset, että sinne tarttui jatkuvas ti pieniä miner aalirakeita, jotka saastuttivat toisia näytteitä. Samoin ritilät olivat alunperin vääntyneitä pituusakselinsa suhteen, eikä niitä kentäl lä onnistut tu oikaisemaan. Näinollen rännin toisella laidalla osa vedestä virtasi ritilöiden alitse (kuvat 8 A - D) ja tällöin voi osa Au-hipuista päästä karkuun. Tämän seikan välttämiseksi pidettiin suorimpia ritilöitä rännin yläpäässä. Pääosa rännin vedestä syötettiin siihen syöttölavan yläpuolelta.

8 Kuva 7. Portaikkoon jäänyt upa poistettiin kahdessa erässä nostamalla riti Iät pois rännistä. A B Kuvat 8 A - D Ritilät eivät levänneet tasaisesti rännissä, vaan useimmissa jäi rännin pohjan ja ritilän väliin rako (kuvat A - B).

9 c Ritilän maatessa tasaisesti pitkin ränniä virtasi vesi ritilän yli (kuva C). D Kun taas rännin oikeassa laidassa osa vedestä (ja mineraaleista) pääsi tilän alitse (kuva D). Rännin vieressä 1 mm ~ "karkuun" riseulahaavi. Kuva 9. Seulottu moreeniaines valui lietteenä huuhdontaränniin.

10 Kuva 10. Huuhdonnan tehostamiseksi kerättiin vettä tynnyriin, josta sitä valutettiin luukun kautta sykäyksittäin. Menetelmä oli huono mutta kuitenkin välttämätön koskeiv~t käytetyt pumput riittäneet aluksi antamaan tarvittavaa vesimäärää. Rännin vieressä seulalaatikot. Veden juoksut~ksessa käytettiin aluksi yhtä 5 hv Clinton-Kota pumppua. Sen teho on noin 90 l/min, joka vastasi Geologisen Tutkimuslaitoksen ilmoittamaa tarvetta. Samalla pumpulla tehtiin sekä pesuseulonta että huuhdonta. Jo alussa osoittautui vesimäärä täysin riittämättömäksi. Ritilät täyttyivät nopeasti eikä niiden väliin syntynyt menetelmän edellyttämää pyörrettä, joka aikaansaa lajittumisen. Geo~ogiselta Tutkimuslaitokselta saadun ohjeen mukaan hämmennettiin ritilöihin kertynyttä ainesta varovasti puutikulla huuhtoutumisen edistämiseksi (kuva 14). Tämä aikaansai kuitenkin vain materiaalin siirtymisen portaattain alaspäin eikä sanottavasti edistänyt lajittumista. Parempi tulos saatiin aiheuttamalla lastalla pyörre kunkin portaan kohdalle (kuva 11). Tämäkin menettely oli huono ja erittäin hidas, koska se jouduttiin uusimaan monta kertaa saman näytteen käsittelyn yhteydessä. Tällöin eivät myöskään tulokset olleet enää vertailukelpoisia.

1 1 Kuva 11. Huuhtoutumisen edistämiseksi aiheutettiin lastalla pyörre kunkin portaan kohdalle. Kuva 12. Rännityksen pumppuasema. Vasta 2-3 Kota-pumppua riitti antamaan tarvittavan vesimäärän. Moottoreiden pienistä tankeista johtuen siirryttiin ajan säästämiseksi käyttämään yhtä 20 1 polttoainesäiliötä.

12 Vasta vesimäärän lisääminen poisti nämä hankaluudet. Tämä saav utettiin ensin varastoimalla vettä tynnyriin, jossa olevan luukun kautta sitä juoksutettiin sykäyksittäin ~uva 10). Tämänkin menetelmän haittana oli sen hitaus ja tulosten v ertailukelpoisuuden kyseenalaisuus. "Hyökyaalto" pyrki siirtämään materiaalia liian nopeasti, joskaan se ei sanottavasti vaikuttanut varsinaisiin raskaisiin mineraaleihin., Kun yksi pumppu oli osoittautunut riittämättömäksi, hankittiin sen rinnalle toinen vastaava ja KorsnHsin työmaan loputtua saatiin sieltä vielä kolmas (kuva 12). Tämä olikin hyvin aiheellista, sillä jokin pumpuista oli yleensä aina korjattavana. Käytetyt Kota-pumput osoittautuivat tähän työhön liian pienitehoisiksi. Ne joutuivat käymään täysillä kierroksilla, mikä vuorostaan aiheutti moottoreille jatkuvia häiriöitä. Jo työn alkuvaiheessa Tervolan kaivokselta saatu pystypumppu joutui suoraan korjaamolie j a ehti työhön mukaan vasta heinäkuun loppupuolella. Tällöin tarvittava vesimäärä saatiin yhdellä pumpulla ja Kota-pumppua voitiin käyttää vain pesuseulontaan (kuva 13) 8 Kuva 13. Huuhdontaränni, johon vesi syötetään tasaisella paineella suoraan pumpusta. Pesuseulonta ja rännitys käynnissä. Rännin yli juossut aines kerättiin talteen tynnyriin ja huuhdottiin uudelleen tarkistusmielessä tietyn näytemäärän jälkeen. Rännin reunassa riippumassa 1 mm ~ seulahaavi.

13 Kuva 14. Huuhdonnan alussa hämmennettiin ritilöihin kertynyttä materiaalia varovasti puutikulla huuhtoutumisen edistämiseksi Geologiselta Tutkimuslaitokselta saadun ohjeen mukaan. Taustalla aluksi käytetty vinoasentoinen seula, jolta kivet valuivat alla olevaan tynnyriin. Rännityksessä alkuperäinen 150-170 litran suuruinen näyte pieneni 5-7 litraan. Tämä upa kertyi portaikon väleihin, josta se poistettiin kunkin näytteen rännityksen jälkeen. Ensin huuhdottiin kahden alemman ritilän keräämä teoriass a keveämpi aines ja sitten ylempi osa, jossa Au-hippujen pi t i olla. Aines otettiin eri ämpäreihin 1 mm ~ seulaverkkohaavin läpi (kuvat 7 ja 15). Täten materiaali jaettiin neljään osaan: alle 1 mm ~ ja yli 1 mm ~ raskaammat ja vastaavasti kevyemmät mineraalit. Koska menetelmä oli uusi ja sen käytännön sovellutukset varsinkin aluksi puutwelliset, näkyi se selvästi työtuloksissa. Alkuvaiheessa saatiin näytteitä rännitettyä vain keskimäärin kaksi päivässä. Sopivan välineistön ja parempien menetelmien käyttöönoton jälkeen kesti yhden näytteen rännitys 1.5-2 tuntia, jolloin päiväteho kasvoi 5-6 näytteeseen. Tätä voitaneenkin pitää käytetyn menetelmän ja välineistön tehollisena ylärajana tulos tarkkuuden huomioon ottaen.

15 Vaskaus Rännittämällä saadut neljä eri fraktiota vaskattiin kukin erikseen. Työ suoritettiin tarkoitusta varten teetetyillä vaskooleilla osittain kahden vaskaajan voimin (kuva 17). Kuva 17. Vaskaus käynnissä rännitysaseman viereisellä purolla. Vaskoolit oli teetetty Geologiselta Tutkimuslaitokselta saatujen piirustusten mukaan. Alunperin kupera pohja taottiin yhdessä vaskoolissa myöhemmin koveraksi, joka erottautuikin vaskattavan materiaalin määrän ja tasarakeisuuden huomioonottaen parannukseksi. Mahdollisesti vielä parempi tulos saavutettaisiin tasapohjaisella vaskoolil la. Kylnän veden sormia kangistava vaikutus oli pyritty eliminoimaan vaskooleihin ki1nnitettyjen kädens1jojen avulla. Ne vaikeuttivat kuitenkin työskentelyä, eivätkä vaskaajat niitä yleensä käyttäneet.

16 Rännityksen jälkeen noin 1-2 litran tilavuuksiin fraktioitu näyte vaskattiin aluksi 2-3 dl tilavuuteen. Sittemmin vaskausta jatkettiin noin 1-1. 5 dl tilavuuteen kun oli havaittu, etteivät mahdolliset Au-hiput tällöinkään ole vaarassa huuhtoutua yli. Raskaiden mineraalien rikastumista vaskoolissa voitiin seurata materiaalin tummumisen avulla (kuva 18). Tämä aiheutui alueelle tyypillisistä sarvivälkkeen, magnetiitin ja granaattien määrän suhteellisesta kasvusta. Saatu upa hienova kattiin edelleen pesuvadissa kel lonlasin avull a (kuva 19). Tällöin se pieneni noin 0.2-0.4 dl:aan. Mineraalirakeet kerättiin huolellisesti talteen ja lähetettiin tutkittavaksi Outokumpuun, jossa alle 1 mm rakeet käsiteltiin superpauner'illa ja näin saaduista raskaista mineraaleista laskettiin stereomikroskoopin avulla Au-hippujen lukumäärä. Yli 1 mm r akeet tarkasteltiin suoraan optisesti. Kuva 18. Ainesta vaskattaessa se yleensä tummui. Tämä aiheutui tummien mineraalien rikastumisesta vaskoolissa pyöri vän materiaalin "hännille", kun taas toisessa laidassa olivat suuremmat ja kevyemmät mineraalirakeet.

17 Kuva 19. Vaskaus kellonlasilla. Mineraalirakeet huuhdottiin kaatomaljaan, josta edelleen mahdollisimman huolellisesti näyteputkiloon.

18 Kuva 20 Seulahaaviin j äänyt karkeampi fraktio vaskattiin eri kseen. Tuloksista Käytetyllä menetelmällä pystyttiin erottamaan tutki tulla alueella erittäin selvä ja suhteellisen kapea alue, j ossa moreenis sa esiintyi Au-pitoisuutta. Muualla kultapitoisuus oli satunnainen j a erittäin pieni. Toisaalta sekin voi olla vain näennäinen ja j ohtua menetelmän a iheuttamasta saasteesta. Moreenin raskasmineraaleista t utkittiin vain Au. Menetelmä lienee käy ttökelpoinen myö s muiden raskaiden mineraal ien erottamiseksi. Ne ovat kuitenki n yleensä kooltaan erittäin pieniä, joten niiden etsin- tä on tehtävä samasta alle 1 mm 0 fraktiosta kuin Au :n. Karkeammassa fraktiossa ei niitä enää röntgentutkimuksessa sanottavammin todettu. Koska menetelmä oli uusi, aiheutti se tiettyjä vaikeuksia. Rännityksen ja ennen kaikkea näyt~eiden l~boratorio käsi ttely n hitaus ei sallinut kaivinkone en täystyöllisyyttä, vaan näytteenotto joudutt i~n suorittamaan tietyin väliajoin. Kaivinkoneen saan ~ ti osoittautui tällöin ajoittain yllättävän vaikeaksi muiden. edullisten työtilaisuuksien takia. Koska näytteenottoa pyrittiin kuitenkin mahdollisi mman paljon ohjaamaan j a väl ttämään "aiheettomia" monttuja, oli tulosten saanti välttämä töntä ennen kaivuun jatkamis t a. Yleensä kaivinkoneen käytössä tulisi pyrkiä mahdollisimman suureen tehokkuuteen sopien etukäteen jonkun urakoi t sijan kans sa

19 asi asta. Turhat katkot vaikeuttavat tai mahdollis esti kokonaan pysäyttävät työmaan toiminnan. Samoin näytteiden rännitystekniikassa esiintyi tietty j ä hankal uuks ia ennenkaikkea kokemattomuuden takia. Menetelmän ja välineistön jatkuva kehittäminen ovatkin ensiarvoisen tärkeitä ennenkaikkea työn tulosten keskinäistä vertailukelpoisuutta silmäll äpitäen. Outokump~ 14. 12. 1970 Martti Kokkol a

Ehdotus raskasmineraalihuuhdontarännin syöttölavan ja seulalaatikoiden rakenteeksi (Jukka Kujala) ICL.lI.~ARAur/.l l'~.sttl'rvcc:giva -'/1 _ l(~nn p..,raj,..va --...-=- ~ " joo ' t ~ -!-.J LA-A:n t.(ch I'tt;lvevÄr fjrt.h~u TO(~TE:pJf,f\ VEOE IIJi<OI:> 1::: () ~mhlbe-kb\ ',/t 1--- f- ( ~ ei ~ t ~ ~ ± :J ) s -- - J ~ ~ I(UL-I1AQ. 'P'YS «A.I<aPvo.~ rl--+-i p~j"'o..cv,< ~ ~ - 5' - 1(>" \J (/uo I,.J ~ { "=VLHl\u,,"v1? j """ 11"10<.1-<-0 (VR.T; AI..IN. L""'"t'II::.O VI..>Go... '... r ") r: ~ Y:.Ut.../LtARA,urA ÅL.uS~A~ -r-l.1 \,, " & TA \la-q ~IJ tj.{iviji- ~ «.J t -xl Y '",-------._... _--, 1 1 I I :::1.",-' J' :':) tl I I I I I I ",::, I ;,. 1 ' ~ ~ J ('P,4QI k((ajijllys_ R6(Ic:.~Å