GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS M19/3733/-90/1/82 Pohjois-Suomen aluetoimisto Malmitutkimus Risto Vartiainen 21.12.1990 KAOLIINITUTKIMUKSET SAVUKOSKEN NILAKAISESSA 1989
2 SISÄLLYSLUETTELO YHTEENVETO 1. JOHDANTO 4 1.1. Tausta ja aikaisemmat tutkimukset 4 1.2. Tutkimusalueen sijainti 5 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 7 2.1. Iskuporaus 7 2.2. Laboratoriomääritykset 7 2.2.1. Kaoliinin laatuvaatimuksista 9 2.2.2. Raekokojakauma 9 2.2.3. Vaaleus ja keltaisuus 10 2.2.4. Mineraalikoostumus 10 2.2.5. Kemiallinen koostumus 14 4. AIHEEN ARVIOINTI 16 KIRJALLISUUTTA 17 LIITTEET
3 YHTEENVETO Vuoden 1989 syksyllä Savukosken Nilakaisessa toteutettiin yhteensä 6 reiän iskuporanäytteenotto, yhteensä 126 m. Suoritettu tarkistusnäytteenotto on osa v. 1987 Nilakaisessa käynnistynyttä kaoliinitutkimusta. Laboratoriomääritykset osoittavat, että saadut rapaumanäytteet eivät esim. vaaleusarvojen ja mineralogisen koostumuksen osalta täytä paperin valmistuksessa käytettävän päällystetai täytekaoliinin laatuvaatimuksia. Alustavat arviot aikaisempien vuosien tutkimustuloksista ovat samansuuntaisia. Näytemateriaali edustaa hyvin pientä otosta Nilakaisessa vuosina 1987-89 kairatusta näytemateriaalista eikä koko esiintymän arviointia voida sen perusteella tehdä. Vaatimattomien tulosten vuoksi esiintymän maastotutkimuksia ei ole kuitenkaan syytä jatkaa ennen kuin koko näytemateriaaliin perustuva arvio Nilakaisen esiintymästä on tehty.
4 1. JOHDANTO 1.1. Tausta ja aikaisemmat tutkimukset Nilakaisen kaoliiniesiintymä on otettu yhdeksi tutkimuskohteeksi v. 1986 käynnistyneessä valtakunnallisessa kaoliiniprojektissa. Esiintymä on ollut tunnettu jo entuudestaan, sillä jo v. 1941 ilmestyneessä E. Mikkolan karttalehtiselostuksessa on maininta Kemijoen rantapenkereessä esiintyvästä vaaleasta - punertavasta kaoliinisavesta. Nilakaisen kaoliiniesiintymän varsinaiset maastotutkimukset kaoliiniprojektin puitteissa alkoivat v. 1987. Vuonna 1987 alueella otettiin näytteitä Terrikalustolla, yhteensä 58 reikää. Näistä kymmenessä reiässä tavattiin varmuudella kaoliinia. Edelleen otettiin näytteitä A-sondikalustolla sellaisista paikoista, joissa maapeitteitä ei kyetty lävistämään Terrikalustolla (Murtovaara 1988 a). Nilakaisen alueen tutkimuksia jatkettiin kevättalvella 1988, jolloin alueella toteutettiin mm. 6 neliökilometrin laajuinen geofysikaalinen mittaus, johon kuului magneettinen, gravimetrinen ja korkeataajuusslingrammittaus. Painovoimamittauksissa paljastui voimakas kaksihaarainen minimi, jonka läntisempi pohjois-eteläsuuntainen haara sattui samaan ruhjeeseen, missä Kemijoki virtaa. Kesäaikana toteutettiin 24 reiän iskuporausohjelma, yhteensä 663,70 m. Kalustona oli Telakarhun alustalle rakennettu iskuporausyksikkö. Samaan laitteeseen vaihdettavalla timanttikairauskalustolla kairattiin lisäksi kaksi reikää, yhteensä 68,80 m. Gravimetristen mittausten perusteella rapauma on monin paikoin yli 100 m paksu eikä sen pohjaa ole varmuudella tavoitettu yhdessäkään reiässä.
5 Laboratoriomääritysten perusteella näytteissä oli runsaasti kalimaasälpää samoin kuin kvartsi- ja/tai kvartsiittifragmentteja. Kaoliniitin määrä oli raakanäytteissä yleensä vähäinen. Joissakin rei issä illiittiä oli -20 mikrometrin fraktiossa runsaasti, mikä osoittaa, ettei rapautuminen ole edennyt tarpeeksi pitkälle kaoliniitin syntyä ajatellen. Keltaisuusprosentit olivat kauttaaltaan korkeita ja vaaleusprosentit parhaimmillaan 67 % (Murtovaara 1988 b). Tämä raportti käsittelee Nilakaisessa tehtyjä tutkimuksia v. 1989. Nilakaisen tutkimuksista on vastannut v. 1987-88 tutk. ass. P. Murtovaara ja v. -89 allekirjoittanut. Vuosina 87-88 tehtyjä tutkimuksia ei ole vielä lopullisesti raportoitu. 1.2 Tutkimusalueen sijainti Tutkimusalue sijaitsee Savukosken kunnassa n. 5 km Savukosken kirkonkylältä lounaaseen, Kemijoen molemmin puolin. Alueelle on hyvät kulkuyhteydet, niin joen itä- kuin länsipuolellekin. Tutkimusalueen sijainti peruskarttalehdellä 3733 01 selviää kuvasta 1.
6
7 2. SUORITETUT TUTKIMUKSET 2.1. Iskuporaus V. 1989 suoritettu tarkistusnäytteenotto toteutettiin iskuporanäytteenottona (Iller). Näytteenotto käsitti yhteensä 6 reikää, joiden sijainti näkyy kuvasta 2. Kuvan pohjakarttana olevalla peruskartalla näkyvät myös painovoima-anomalian sama-arvokäyrät. Reikien syvyys vaihteli 6,0-35,7 metriin keskisyvyyden ollessa 21 metriä. Kairauksen yhteismetrimäärä oli 126 m. Rei'istä otettiin näytteet 1-4 metrin välein. 10-100 cm pitkiä näytteitä kertyi yhteensä 27 kpl, joista 22 toimitettiin laboratoriomäärityksiin Espooseen. Reikä R 25 osui suureen lohkareeseen/kallioon eikä siitä saatu näytteitä lainkaan. Iskuporaus ulotettiin kullakin reiällä niin syvälle kuin se käytetyllä kalustolla oli mahdollista. Kalliota ei varmuudella saavutettu yhdessäkään reiässä. Tarkistusnäytteenotto oli alunperin tarkoitus toteuttaa laajempana, mutta talven tulo keskeytti työt eikä niitä ole sen jälkeen jatkettu. Näytteenottoa vaikeutti, kuten edellisinäkin vuosina, rapauman päällä oleva kivinen ja tiukka moreeni. Maapeitteiden paksuus oli keskimäärin n. 10 metriä. Kairausraportit ovat tämän raportin liitteenä (liitteet 1/1-1/6). 2.2. Laboratoriomääritykset Jatkotutkimuksiin toimitetuista näytteistä tehtiin GTK:n separointilaboratoriossa Espoossa seuraavat määritykset: - raekokojakauma (Sedigraph) - vaaleus- ja keltaisuusmittaukset (Minolta) alle 20 um fraktiosta
8 - mineraalikoostumus (XRD) raakanäytteestä ja alle 20 um fraktiosta - kemiallinen koostumus (XRF) raakanäytteestä ja alle 20 um fraktiosta Kuva 2. Iskuporausreikien sijainti. Kuvassa näkyvät myös painovoima-anomalian samaarvokäyrät. Osa peruskartasta 3733 01, mittakaava n. 1:15 000.
9 2.2.1. Kaoliinin laatuvaatimuksista Kaoliinille on asetettu erilaisia laatuvaatimuksia käyttötarkoituksesta riippuen. Suurin huomio kiinnitetään kaoliinin vaaleuteen, keltaisuuteen, hienorakeisuuteen, viskositeettiin ja kuluttavuuteen. Kahta viimemainittua ominaisuutta ei Nilakaisen kaoliininäytteistä ole määritetty. Paperin päällysteaineena käytettävän kaoliinin vaaleusarvo on yleensä 85-86 %, pienimmillään 81,5 %. Raekoko on hyvin pieni, sillä alle 2 mikrometrin osuus on parhaimmillaan 60-80 % ja yli 10 mikrometrin osuus vain 0,2-6 %. Paperin täyteaineena käytettävän kaoliinin laatuvaatimukset ovat alhaisemmat. Raakanäytteen kaoliniittipitoisuus tulisi hyvälaatuisessa kaoliinissa olla vähintään 10-15 % ja alle 20 um fraktiossa kaoliniitin tulisi olla vallitseva mineraali. Alle 20 um f- raktiossa kvartsin ja maasälvän määrät eivät saisi olla kovin suuria, koska varsinkin kvartsin määrä vaikuttaa ratkaisevasti kaoliinin kuluttavuuteen. Keraamisiin tarkoituksiin käytettävän kaoliinin laatuvaatimukset ovat erilaiset kuin paperikaoliinilla. Tärkeimpiä ominaisuuksia ovat mm. vaaleus polton jälkeen, raekoko ja lujuus sekä valu- ja poltto-ominaisuudet. 2.2.2 Raekokojakauma Nilakaisen raakakaoliinin (rapauman) raekokojakauma on esitetty taulukossa 1. Alle 62 um osuus on keskimäärin 44 %. Alle 20 um osuus on 39 %, alle 2 um osuus 22 % ja alle 0,5 um osuus 14 %.
10 2.2.3. Vaaleus ja keltaisuus Vaaleus- ja keltaisuusarvot on määritetty -20 um fraktiosta (taulukko 1). Keskimääräinen vaaleusarvo on 49 ja keltaisuusarvo 23. Parhaimmissa näytteissä vaaleusarvo 67 ja keltaisuusarvo 13. Arvot on määritetty ns. Minolta-arvoina, kun ne yleensä ilmoitetaan ISOarvoina. ISO-arvoina ilmoitettuna näytteiden vaaleusarvot ovat hieman edellä ilmoitettuja pienempiä ja keltaisuusarvot vastaavasti suurempia. Analysoitujen näytteiden vaaleus- ja keltaisuusarvot ovat varsin vaatimattomia. Tämä ei ollut mikään yllätys, sillä - raakanäytteet olivat useimmiten voimakkaan värillisiä. 2.2.4. Mineraalikoostumus Näytteistä määritettiin mineraalikoostumus XRD:llä sekä raakanäytteestä että -20 um fraktiosta. Raakanäytteiden mineraalikoostumus on esitetty taulukossa 2. Raakanäytteiden kaoliniittipitoisuus on varsin vaatimaton, keskimäärin 5 %. Raakanäytteissä on runsaasti kvartsia (43 %) samoin kuin kalimaasälpää (21 %). Myös kiilteiden määrä on suuri. Alle 20 um fraktiossa (taulukko 3) kaoliniitin määrä on parhaimmillaan 90 %, keskimäärin kuitenkin vain 36 %. Kvartsin määrä on edelleen varsin suuri, keskimäärin 16 %. Kiilteiden ja smektiitin määrät ovat myös suuria. Osassa reiän R 26 näytteistä mineraalien suhteellista määrää ei ole pystytty arvioimaan smektiitin ja Fe-mineraalien runsauden vuoksi.
11 Taulukko 1. Raakanäytteiden raekokojakaumat ja niiden keskiarvot. Vaaleus- ja keltaisuusarvot on määritetty alle 20 um fraktiosta; arvot ovat Minolta-arvoja.
12 Taulukko 2. Raakanäytteiden mineraalikoostumus (XRD). Kaol= kaoliniitti (+ dickiitti, nakriitti) Kvar= kvartsi Di-ki= dioktaedrinen kiille (pääasiassa biotiittia) Kmaa= kalimaasälpä Plag= plagioklaasi Tri-ki= trioktaedrinen kiille (pääasiassa muskoviittia) Smek= smektiitti (pääasiassa montmorilloniittia) Klor= kloriitti Hema= hematiitti
13 Taulukko 3. Alle 20 um fraktion mineraalikoostumus (XRD). 1) näytteiden sisältämien mineraalien suhteellista määrää mahdotonta arvioida smektiitin ja Fe-mineraalien runsauden vuoksi 2.2.5. Kemiallinen koostumus Raakanäytteiden kemiallinen koostumus on esitetty taulukossa 4 ja alle 20 um fraktion koostumus taulukossa 5. Tuloksissa kiinnittää huomiota mm. korkea rautapitoisuus, joka
14 on -20 um fraktiossa vielä suurempi (6,2 %) kuin raakanäytteissä (4,7 %). Samalla tavalla käyttäytyy myös MgO-pitoisuus. K2O-pitoisuus on suuri sekä raakanäytteessä että -20 um fraktiossa, mikä johtuu kalimaasälvän ja kiilteiden runsaudesta. Al2O3-pitoisuus on raakanäytteissä selvästi pienempi kuin -20 um fraktiossa, koska fraktioitu näyte sisältää suhteellisesti paljon enemmän kaoliniittia. SiO2-pitoisuus on puolestaan raakanäytteissä kvartsin runsaudesta johtuen suurempi. Taulukko 4. Raakanäytteiden kemiallinen koostumus (XRF).
15 Taulukko 5. Alle 20 um fraktion kemiallinen koostumus (XRF).
16 4. AIHEEN ARVIOINTI Analysoitujen rapakallionäytteiden perusteella Nilakaisen esiintymää ei voida pitää mitenkään toiveita herättävänä. Kaoliinin vaaleus- ja keltaisuusarvot samoin kuin mineraloginen koostumuskin ovat vielä melko kaukana niistä vaatimuksista, joita paperiteollisuuden tarvitsemalle päällyste- ja täytekaoliinille asetetaan. Kaoliniitin määrä on sekä raakanäytteissä että alle 20 um fraktiossa pieni, sen sijaan kvartsin, kalimaasälvän, kiilteiden ja smektiitin määrät ovat suuria. Esiintymän soveltuvuutta muihin, esimerkiksi keraamisiin tarkoituksiin ei ole tutkittu. Vuonna 1989 kerätty näytemateriaali edustaa hyvin pientä otosta koko Nilakaisen esiintymästä. Sen vuoksi koko esiintymän arviointi tämän raportin aineiston perusteella ei ole mahdollista. Koko esiintymän arviointi tuleekin tehdä kaiken vuosina 1987-89 kerätyn näyte- ja analyysimateriaalin perusteella. P. Murtovaaralta saatujen suullisten tietojen ja alustavan raportoinnin mukaan aikaisempien vuosien tulokset eivät ole olennaisesti parempia kuin vuoden 1989 tuloksetkaan, joten esiintymän maastotutkimuksia ei ainakaan ennen lopullista raporttia ole syytä jatkaa. Tällä hetkellä kaoliinitutkimuksiin varattu kapasiteetti on Pohjois-Suomessa varsin pieni ja voimavarat lienee viisainta suunnata uusien ja lupaavampien esiintymien paikantamiseen. Mikäli jatkotutkimukset katsotaan myöhemmin aiheellisiksi, tulisi rapauman paksuus ja sen laatu syvemmällä selvittää timanttikairauksella. Geologi Risto Vartiainen
17 KIRJALLISUUTTA Murtovaara, P., 1988 a. Raportti vuoden 1987 kaoliinitutkimuksista. Murtovaara, P., 1988. Raportti vuoden 1988 kaoliinitutkimuksista. Mikkola, E., 1941. Suomen geologinen yleiskartta 1:400 000. Kivilajikartan selitys B7-C7- D7, Muonio Sodankylä - Tuntsajoki. LIITTEET Kairausraportit (liitteet 1/1-1/6)