OUTOKU M PU Oy E Hänninen/PAL 22.09.1976 1 (23) MALMIMINERALOGlAA RlKASTAJILLE Sisällysluettelo Mineralogisten tietojen hyväksikäyttö rikastuksessa Johdanto Esiintymän sisältämät arvometallit sekä niiden kantajamineraalit Arvomineraalien paljoussuhteet sekä niiden vaihtelu malmin eri osissa Arvomineraalien raekoko Arvometallien saanti Arvomineraalien kemiallinen koostumus Malmimineralogiaa Yleisiä käsitteitä Malmimineraalien ominaisuuksia Heijastuskyky Väri Kovuus Pleokroismi Anisotropia Sisäiset refleksit Mineraalien esiintymistapa ja Jrakenne Kiteiden muoto Kiteiden vyöhykkeellisyys Kaksostus Deformaatiorakenteet Suotaumat Lamellirakenteet Syrjäytykset Parageneesi ja mineraaliseurueet Malmimineraalien kemismistä Stökiömetria Isomorfiset seokset Ionin korvautuminen toisella ionilla kidehilassa
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 2 Outokummun malmi Malmimineralisaatiot Esiintymän muoto, koko ja laatu Malmin isäntäkivi Malmityypit Malmimineraalien esiintyminen Malmin rakenteesta Outokummun malmimineraaleista Kuparikiisu Rikkikiisu Magneettikiisu Sinkkivälke Kobolttipentlandiitti Kubaniitti Mackinawiitti Magnetiitti,.
22.09.1976 3 Mineralogisten tietojen hyväksikäyttö rikastuksessa Johdanto Useimpien rikastusmenetelmien avulla pyritään erottamaan malmikivestä arvometallien kantajamineraalit arvottomista mineraaleista ja edelleen usein eri arvometallien kantajamineraalit toisistaan. Näin on ymmärrettävää, että malmikivien komponenttien, mineraalien tuntemus on tärkeää,, toteutettaessa rikastusprosessin eri vaiheita. Tässä yhteydessä tarkastelemme asiaa nimenomaan vaahdotukseen perustuvan rikastusmenetelmän kannalta. Esiintymän sisältämät arvometallit sekä niiden kantajamineraalit: Malmiesiintymän louhittavat alueet määräytyvät yleensä tarkoituksenmukaisuuden rajoissa malmin sisältämien arvometallien pitoisuuksien perusteella. Nämä selvitetään kemiallisten analyysien avulla. Kullekin malmiesiintymälle parasta ja tarkoituksenmukaisinta rikastusmenetelmää valittaessa on välttämätöntä tietää, mitä mineraaleja esiintymä sisältää ja mitä mineraaleja malmista rikastetaan, perustuvathan useimmat rikastusmenetelmät mineraalien eroavaisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin, vaahdotpksessa lähinnä mineraalien pintaominaisuuksien eroihin. Näistä seikoista saadaan tietoja jo malmin tutkimusvaiheessa, suoritetaan kemiallisia sekä mineralogisia analyysejä syväkairausnäytteistä sekä rikastuskokeita koelouhinnasta saadusta materiaalista. Arvomineraalien paljoussuhteet sekä niiden määrällinen vaihtelu malmin eri osissa Maankuoressa sijaitsevat malmiesiintymät ovat käyneet historiansa aikana läpi hyvin moninaisia fysikaalisia ja
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 4 kemiallisia prosesseja. Siksi ne ovat usein ominaisuuksiltaan kovin heterogeenisia. Niiden kemiallinen ja mineraloginen koostumus sekä rakenteelliset piirteet saattavat vaihdella suuresti. Tämä edellyttää useinkin rikastusmekanismin laajaa joustavuutta. Tilanteen ennaltatunteminen, minkälaista malmia kulloinkin rikastamoon syötetään, edesauttaisi rikastarnon hienosäädön onnistunutta asennusta. On kuitenkin ymmärrettävä ä, että suurissa yksiköissä louhittu ja rikastamon murskaamoon kuljetettu kiviaines on sangen heterogeenista. Tässä vaiheessa on hankalaa, ellei käytännössä mahdotonta, tehdä materiaalista rikastamoa palvelevaa mineralogista analyysiä. Ainoa keino ennakoida kunkin rikastamoon saapuvan kivierän mineraloginen koostumus ja rakenne olisi malmin tarkka tuntemus syväkairausja louhosnäytteiden perusteella. Tämän lisäksi olisi louhosja lastauspaikat vielä valittava siten, että rikastamo saisi vastaanottaa mineralogialtaan mahdollisimman homogeenisia malmieriä. Tämä ei liene käytännössä mahdollista. Arvomineraalien raekoko Arvomineraalien raekoon tunteminen malmissa on luonnollisesti tärkeätä etsittäessä optimaalista jauhatusastetta. Koska tämä vaihtelee malmin eri osissa, vaatisi tämä jatkuvaa mikroskooppista tarkkailua. Vaahdotuksen tapahduttua nähdään tuotteiden kemiallisista analyyseistä, kuin proses~i on onnistunut. Sattuu tilanteita, jolloin prosessi ei olekaan mennyt odotusten mukaisesti. Yhdeksi syyksi voidaan mainita jauhatuksen epätarkoituksenmukaisuus kyseessäolevalle malmierälie. Katsomalla prosessin eri vaiheista otettuja näytteitä mikroskoopissa nähdään tilanteen mineraloginen tausta. Syitä voi olla monia: liian karkea jauhatu~, jolloin arvomineraalit eivät ole erottautuneet arvottomista tai toisistaan. ylijauhautuminen, jolloin tapahtuu flokkuloitumista, eikä liian hieno aines enää käyttäydy vaahdotuksessa odotetusti.
22.09.1976 5 mineralogiset piirteet malmissa, jotka ovat niin epäedullisia, ettei niille voida mitään. Esimerkiksi alle 5 mikronin kuparikiisusulkeumat sinkkivälkkeessä, sinkkivälkesulkeumat kuparikii$ussa sekä pienet kololttipentlandiittisuotautumat magneettikiisussa. Arvometallien saanti Rikastusprosessissa pyritään tarkoituksenmukaisuuden puitteissa parhaaseen mahdolliseen tulokseen arvometallien talteenotossa kivestä. Sataprosenttiseen tulokseen ei kuitenkaan koskaan päästä. Syynä tähän voidaan mainita ensisijaisesti mineralogiset seikat, kiven arvometallit ovat kivessä siten, että niiden täydellinen talteenotto on mahdotonta: liian hienorakeiset pirotteet sivukivessä liian. hienot ~rvomineraalisulkeumat toisissa arvomineraaleissa arvometallien piileminen toisten arvomineraalien hilassa (esim. sinkkivälkkeen ja kuparikiisun sisältämä koboltti) arvometallien piileminen arvottomien mineraalien hilassa (esim. serpentiinin sisältämä nikkeli) I Toisaalta lienee myös rikastusprosessin hienosäädön täydellinen optimointi mahdotonta, tähänkin voidaan tavallaan antaa mineraloginen selitys: kennossa olevat rakeet ovat niin heterogeenisia, ettei niiden täydellinen hallinta tule koskaan kysymykseen. Ehkä tämä onnistuisi täysin samankokoisten " itsenäisten mineraalirakeiden suhteen, mutta tämän toteuttaminen on käytännössä mahdotonta. Arvomineraalien kemiallinen koostumus Tärkeitä parametrejä rikas teiden jatkokäsittelyä ajatellen metallisulatoissa ovat rikasteiden arvometallipitoisuudet. Eri rikasteiden suhteen sulattojen vaatimukset vaihtelevat kovasti. Varsinaisen arvometallipitoisuuden lisäksi kiinnitetään - h uomiota s u~~.~ to j~~... _~!:I:_o l_t_~...?1~(ös.._~~~ _all in j a los tus pros e s s i s s a
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 6 haitallisten aineiden määrään kyseessä olevassa rikasteessa. Rikasteen arvometallipitoisuuden määrää ensisijaisesti se, mitä mineraaleja rikastetaan ja mikä on näiden arvometallipitoisuudet. Tärkeätä on siis tietää mineraalien kemiallinen koostumus, minkälaisten kemiallisten yhdisteiden kanssa ollaan tekemisissä. Teoreettisia esimerkkejä: Kuparirikasteen Cu-pitoisuus saattaa yllättäen laskea, vaikka prosessimekanismissa ja saannissa ei ole tapahtunut muutosta. Mahdollinen syy: rikastamoon on tullut erä kubaniittirikasta malmia, jonka kuparinkantajana on kuparikiisun lisäksi poikkeuksellisesti kubaniitti. Kuparikiisun kaava on CuFeS 2 eli Cupitoisuus painoprosenteissa 34.64, kubaniitin CuFe 2 S 3 ja Cu-pitoisuus 23.42 %. Sinkkirikasteen Zn-pitoisuus ei nouse yli 55 prosentin, vaikka rikaste olisi puhdasta sinkkivälkettä, jonka teoreettinen Zn-pitoisuus on n. 67 %. Syy: sinkkivälkkeessä on rautaa korvaamassa sinkkiä joskus jopa yli 20 prosenttia. Malmimineralogiaa Yleisiä käsitteitä Malmi: Sellainen alkuaine tai mineraalikonsentraatio maankuoressa, joka on taloudellisesti ja teknillisesti hyväksikäytettävissä. Malmimineraali: Sellainen mineraali, joka sisältää hyötyaineita tai joka sellaisenaan käytetään hyödyksi.
OUTOKU M PU Oy MALMIN ETSINTÄ 22.09.1976 7 Malmimineralogia: Tieteenhaara, joka tutkii malmimineraaleja. Malmimikroskopia: Eräs malmimineralogisista tutkimusmenetelmistä. Muita esim. kiderakennetutkimukset, kemiallisten koostumus t en määritykset ym. Malmimineraalien ominaisuuksia Useimmat malmimineraalit ovat läpinäkymättömiä. Si ksi niitä tutkitaan heijastuvassa valossa kiillotetun kiven pinnalta ns. pintahieestä. Ns. kivimineraalit, kuten esim. kvartsi, diopsidi, tremoliitti, serpentiini, dolomiitti ym. ovat taas valoa läpipäästäviä mineraaleja, joiden tutkiminen suoritetaan polarisaatiomikroskoopilla ohuthieestä. Malmimineraalien mikroskooppisessa tunnistamisessa voidaan käyttää hyväksi mineraaleille spesifisiä erilaisia ominaisuuksia, joista tärkeimmät esitellään seuraavassa. Mineraalien heijastuskyvyllä ymmärretään mineraalista heijastuvan valon intensiteetin suhdetta siihen kohdistuvan valon intensiteettiin. Tämä ilmoitetaan yleensä prosentteina, ja siis jos mineraaliin kohdistettu valo heijastuu yhtä voimakkaana takaisin, on heijastuskyky 100 %. Luonnossa esiintyvistä mineraaleista on korkein heijastuskyky natiivilla hopealla, jolle on mitattu niinkin korkea heijastuskyky kuin 95 %. Heijastuskykyarvo~a: Rikkikiisu 54.5 % Kuparikiisu 42.0-46.1 % Sinkkivälke 17.5 %
OUTOK UMPU Oy 22.09.1976 8 Magnetiitti 21.1 % Magneettikiisu 38.0-45.2 % Pentlandiitti 52.0 % Kubaniitti 40.0-42.5 % Nämä mittaukset on tehty erikoisilla, hienoilla laitteilla, mutta myös silmällä voidaan mikroskoopissa selvästi havaita mineraalien heij astuskykyeroj a. Voimakkai'mmin heij astava t mineraalit ovat malmimikroskoopin näkökentässä valkoisia. Mentäessä heijastuskykyarvoissa alaspäin näkee silmä mineraalit tummempina ja heijastuskyvyn ollessa lähellä nollaa eli mineraali päästää lähes kaiken valon lävitse (esim. silikaatti) nähdään se mikroskoopissa mustana. Väri Malmineraalien värisävyt pintahieessä riippuvat osittain mineraalien heijastuskyvystä; mitä heikompi heijastuskyky, sen tummemmat väriefektit. Lisäksi on useilla malmimineraaleilla omat spesifiset värivivahteensa, jotka yleensä ovat hyvin heikkoja, kysymyksessä on useimmiten vain pienistä vivahdeeroista. Näiden oppimiseen ei ole muuta keinoa kuin runsas mikroskopointi. Monomineraalisessa näytteessä on värisävyyn perustuva identifiointi usein vaikeaa, jos taas näytteessä on useampi mineraali, voidaan värisävyjä vertailemalla helpottaa miner,aalien tunnistamista. Kovuus Mineraalien kovuus, lähinnä tämän eroavaisuudet eri mineraaleilla on ominaisuus, jota voidaan käyttää hyväksi niiden identifioimisessa. Kovuus ilmoitetaan yleensä arvoina, jotka on saatu mittaamalla maksimivoima, millä mineraalia voidaan sitä särkemättä puristaa. Tämä ns. Vickers-kovuusluku ilmoitetaan kg/mm 2.
22.09.1976 9 Vickersin kovuuslukuja: Rikkikiis'U 1027-1240 kg/mm 2 Kuparikiisu 174-219 kg/mm 2 Sinkkivälke 128-276 kg/mm 2 Magnetiitti 530-599 kg/mm 2 Magneettikiisu 230-390 kg/mm 2 Pentlandiitti 245-363 kg/mm 2 Kubaniitti 150-264 kg/mm 2 Pintahieessä voidaan myös nähdä kovuuseroja. Nämä ovat ns. hiontakovuuseroja, mikä ei ole aivan sama asia kuin Vickerskovuuden ilmoittama absoluuttinen kovuus, mutta käytännössä voidaan todeta, että suuremman Vickers-kovuuden omaava mineraali kuluu hionnassa vähemmän kuin pehmeämpi mineraali. Tämä havaitaan hieen pintaa tarkasteltaessa kovemman mineraalin jäämisenä koholle verrattuna pehmeämpään. Tämä nähdään parhaiten tutkittaessa näiden kahden mineraalin rajapintaa hieman vinossa valaistuksessa. (kuva 1). Hieen pintaan jää huolellisessakin hionnassa naarmuja. Näitä naarmuja aiheuttavat hiomalaikan ja näytteen väliin jääneet hiukkaset. Tarkastelemalla tällaista naarmua, joka kulkee useamman eri mineraalirakeen poikki voidaan sen leveydestä tehdä vertailevia päätelmiä eri mineraalien kovuudesta. Naarmu on luonnollisesti levein pehmeimmän mineraalin kohdalla ja kapein kovimmassa mineraalissa. (kuva 2). Poikkileikkaus hieestä Hieen pinta, < <",<, «\\\('("\"Z, \,,,'" \\\"\\\"," <\\, \ \ < pehrnyt kova mineraali mineraali pehrnyt kova --+--------j---- n a a rm u mineraali Kuva 1. Kuva 2.
22.09.1976 10 Pleokroismi Valtaosa mineraaleista on kiteisiä. Kiteitä on hyvin monenlaisia, mutta kaikilla on tietty säännöllinen geometrinen järjestys, mikä johtuu kiteitä muodostavien atomien ja molekyylien tarkasta järjestyksestä kiteessä. Symmetriansa perusteella voidaan kiteet jakaa kuuteen eri järjestelmään: kuutiollinen järjestelmä tetragoninen järjestelmä rombinen järjestelmä heksagoninen järjestelmä monokliininen järjestelmä trikliininen järjestelmä Malmimikroskopian kannalta tarkoituksenmukaista on tehdä vielä karkeampi jako: kuutiolliset ja ei-kuutiolliset mineraalit. Kuutiollisten mineraalien fysikaaliset ominaisuudet ovat kiteen kaikissa suunnissa yleensä samat, ei-kuutiollisilla ne voivat vaihdella paljonkin. Malmimikroskoopissa voidaan joskus nähdä ei-kuutiollisten mineraalien värin ja heijastuskyvyn vaihtelua, kun näytettä pyöritetään näkökentässä. Tätä ilmiötä kutsutaan pleokroismiksi. Kiteen valonheijastusominaisuudet vaihtelevat, kun sitä tarkastellaan eri suunnista. Kuutiollisilla mineraaleilla ei pleokroismi-ilmiötä tavata. Ilmiö perustuu suurin piirtein samaan kuin pleokroisrnikin, se nähdään vain huomattavasti voimakkaampana. Efekti saadaan näkyviin, kun laitetaan mikroskoopin optisessa systeemissä olevat analysaattori ja polarisaattori päälle eli nikolit ristiin. Näytettä pyöritettäessä nähdään anisotrooppisissa mineraaleissa kullekin spesifisiä ilmiöitä, joita ovat värin ja heijastuskyvyn vaihtelut. Nämä riippuvat paljolti siitä, missä kristallograafisessa asemassa kiteet hieen pinnassa
22.09.1976 11 ovat. Kuutiolliset mineraalit pysyvät ristinikolitarkastelussa neutraaleina, niiden heijastuskyky ja väri eivät vaihtele. Sisäiset refleksit Mineraaleja heijastuvassa valossa nikolit ristissä tutkittaessa havaitaan voimakkaita värillisiä heijastuksia, jotka aiheutuvat siitä, että valo tunkeutuu näytteen pintaa syvemmälle. Näitä heijastuksia aiheuttavat etupäässä valoa läpipäästävät mineraalit (esim. silikaatit), mutta on myös joitakin malmimineraaleja, joilla nämä ns. sisäiset refleksit ovat erinomainen identifioimiskeino. Nämä mineraalit ovat tavallaan välimuotoja malmija kivimineraalien välillä. Ne päästävät suuren osan niihin kohdistetusta valosta läpi, joten niiden heijastuskyky on suhteellisen alhainen. Näistä sisäisiä refleksejä omaavista mineraaleista mainittakoon oksideista hematiitti ja rutiili sekä sulfideista sinkkivälke. Sisäiset refleksit ovat parhaiten nähtävissä pienten mineraalirakeiden reunoilla ja lohkoraoissa. Mineraalien es~intymistapa ja rakenne - Mineraalien fysikaalisten ominaisuuksien lisäksi voidaan niiden identifioinnissa käyttää hyväksi eroavaisuuksia, joita nähdään niiden esiintymistavassa ja rakenteessa. Kiteiden muoto On mineraaleja, jotka usein esiintyvät kauniin omanmuotoisiksi kiteytyneinä ja toisaalta mineraaleja, joissa hyvin harvoin nähdään ehjiä kidepintoja. Nämä eroavaisuudet johtuvat eri mineraalien erilaisesta muotoenergiasta, toiset muodostavat ihanteellisia kiteitä paljon helpommin kuin toiset. Rikkikiisu esiintyy usein omanmuotoisina kiteinä, kuparikiisu ja magneettikiisu vain hyvin harvoin. Kiteessä saattaa joskus esiintyä vyöhykkeellistä koostumus-
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 12 vaihtelua, joka voi olla nähtävissä myös optisesti esimerkiksi värin vaihteluna eri vyöhykkeissä. Kromiitissa tämä on usein nähtävissä. Kaksostus Muutamilla mineraaleilla, kuten kuparikiisulla, on taipumusta ns. kaksostukseen, joka nähdään selvästi tarkasteltaessa mineraalia nikolit ristissä. Tämä ilmiö voi johtua joko kiteen asteittaisesta kasvamisesta tai sen joutumisesta mekaaniseen rasitukseen. Deformaatiorakenteet Kuten äskeisestä kävi ilmi, voi kaksostuminen tapahtua deformaation vaikutuksesta. Lisäksi tavataan muodoltaan epämääräisiä deformaatiorakenteita, jotka esimerkiksi magneettikiisulla ovat sangen yleisiä. Suotautumat Kivien ja mineraalien syntyhistoriaa tarkasteltaessa voidaan todeta, että systeemi on saattanut olla joskus niin korkeissa lämpötiloissa, ettei niissä nykyisin tavattavat mineraalit ole vielä olleet pysyviä. Esimerkiksi sinkkivälkkeessä on saattanut olla liuenneena jonkin verran kuparikiisua tai päinvastoin. Systeemin jäähtyessä on esimerkiksi sinkkivälkkeen kiteytyessä siihen jäänyt pieniä kuparikiisusuotautumia. Samoin tavataan kuparikiisussa sinkkivälkesuotautumia. Hyvin yleisiä ovat myös kobolttipentlandiittisuotautumat magneettikiisussa. Näitä suotautumailmiöitä edesauttamassa ovat olleet tietynlaiset lämpötila- ja paineolosuhteet. Lamellirakenteet Kuparikiisussa tavataan geometrisesti säännöllisiä, lamellimaisia kubaniittiosueita. Tämä lamellimaisuus on erittäin hyvä tuntomerkki kubaniitille.
OUTOKU MPU Oy MALMIN ETSINTÄ 22.09.1976 13 l Syrjäytyksellä y~märretään sitä, että toinen mineraali joko täydellisesti tai osittain joko kemiallisen tai mekaanisen prosessin kautta ottaa kivessä toisen mineraalin paikan. Eri mineraaleilla on erilaiset taipumukset tähän syrjäytysilmiöön. Mackinawiitti syrjäyttää usein kobblttipentlandiittia, mutta päinvastoin sitä ei tapahdu. Syrjäytyksen yhteydessä voidaan mainita myös ne muuttumisilmiöt, joita useimmiten tapahtuu pinnallisissa olosuhteissa. Kun magneettikiisu rapautuu, syntyy sekundääristä rikkikiisua, markasiittia, raudan oksideja ja hydroksideja ja edelleen ns. vesikiisua. Parageneesi ja mineraaliseurueet Kiven ja siinä esiintyvien mineraalien syntyä säätelevät kemialliset ja fysikaaliset tekijät, jotka määräävät, minkälaiseksi kiven mineraalikoostumus muodostuu. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi kiteytymisen aikana vallinneet paine- ja lämpötilaolosuhteet sekä sen materiaalin kemiallinen koostumus, mistä kivi syntyy. Nämä tekijät vaihtelevat laajasti luonnossa, joten on ymmärrettävää, että tavataan hyvin erilaisia mineralisaatioita. Tietyissä olosuhteissa syntyy tietynlaisia mineraaliseurueita eli parageneeseja. Malmimikroskopiassa tästä on on usein välillistä apua: tutuista malmeista voimme jo etukäteen odottaa tapaavamme joukon tiettyjä mineraaleja. Outokummun malmissa tavataan muutamia mineraaliparageneeseja, jotka poikkeavat hieman koostumukseltaan toisistaan, joten todennäköisesti myös syntyolosuhteltaan. Näistä muutama esimerkki: rikkikiisu-kuparikiisu-sinkkivälke -seurue rikkikiisu-magneettikiisu-kuparikiisu-sinkkivälkekobolttipentlandiitti -seurue magneettikiisu-kuparikiisu-sinkkivälke-kobolttipentlandiitti -seurue magneettikiisu-kuparikiisu-kubaniitti-sinkkivälkekobolttipentlandiitti -seurue
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 14 Malmimineraalien kemismistä 1 Stökiömetria Malmimineraalit ovat yleensä kemiallisia yhdisteitä, joissa kationina on jokin tai joitakin a~vometalleja ja anionina rikki, arseeni, antimoni, seleeni, telluuri, vismutti tai happi. Nämä voivat muodostaa hyvinkin kompleksisia yhdisteitä. Myös pelkkiä met.alleja ja metalliseoksia kuuluu malmimineraaleihin. Näistä esimerkkinä luonnossa esiintyvät kulta ja hopea. Malmimineraalien kemismiä tarkasteltaessa on kiinnitettävä huomiota kolmeen eri seikkaan: Kemiasta tuttu termi stökiömetrinen tarkoittaa sitä, että tietyssä kemiallisessa yhdisteessä sen alkuaineet esiintyvät yhdisteen kemiallisen kaavan mukaisessa tarkassa määräsuhteessa. Luonnon mineraaleissa tämä ei useinkaan pidä täysin paikkaansa eli mineraalit eivät ole stökiömetrisiä. Kidefysikaalisista syistä johtuen voi mineraalin hilassa esiintyä miehittämättömiä paikkoja, jolloin mineraali on joko kationi- tai anionivajaa. Toisaalta voi hilassa olla ylimääräisiä atomeja, joten mineraalissa on kationi- tai anioniylimäärä. Nämä näkyvät luonnollisesti mineraalin kemiallisen koostumuksen vaihteluna. Hyvänä esimerkkinä voidaan mainita magneettikiisu. Stökiömetrinen FeS esiintyy luonnossa mineraalina, jonka nimi on troiliitti. Varsinaisen magneettikiisun kaava kirjoitetaan muotoon Fel_xS, jossa x vaihtelee välillä 0.10-0.143. Mineraalin hila on siis kationivajaa. 2 Isomorfiset seokset Termi "isomorfinen" tarkoittaa rakenteen samankaltaisuutta. Tavataan mineraaleja, joilla on keskenään samanlainen kiderakenne, mutta erilainen kemiallinen koostumus. Tällaiset mineraalit voivat muodostaa isomorfisia seoksia, sekakiteitä,
22.09.1976 15 l. l joissa on tavallaan mukana kahta tai useampaa mineraalia. Näitä seossarjoja on sekä jatkuvia, joissa kemiallinen koostumus voi vaihdella rajattomasti päätejäsenestä toiseen että epäjatkuvia, jolloin seossarjassa on aukko tai aukkoja, tietyllä kemiallisen koostumuksen alueella ei isomorfinen seos ole mahdollinen. Esimerkkinä isomorfisesta seoksesta mainittakoon pentlandiittikobolttipentlandiittisysteemi. Päätejäsenet, jotka voidaan kirjoittaa esimerkiksi muotoon (Ni,Fe)9SS ja (Co,Fe)9SS ovat kiderakenteeltaan samanlaiset. Näistä kiteytyy olosuhteista riippuen kemialliselta koostumukseltaan hyvin erilaisia yhdisteitä, joiden yleiseksi kaavaksi voidaan kirjoittaa (Ni,Co,Fe)9sS. Outokummussa vaihtelee pentlandiitin kobolttipitoisuus parista prosentista lähes 50 prosenttiin nikkelija rautapitoisuuden luonnollisesti vaihdellessa tämän mukaisesti. 3 lonin korvautuminen toisella ionilla ~idehilassa Analysoitaessa luonnon mineraalien kemiallista koostumusta tavataan niissä lähes aina jossakin määrln kemiallisia komponentteja, jotka eivät näy mineraalin kemiallisessa kaavassa. Näitä esiintyy yleensä niin vähän, että niitä sanotaan mineraalin hivenkomponenteiksi. Kidefysikaalisesti tarkasteltuna huomataan, että suurin piirtein samankokoiset ja yleisimmin saman valenssin omaavat ionit voivat korvata toista ionia kidehilassa; ne valtaavat toisen paikan. Tästä selittyvät monet epäpuhtaudet mineraaleissa. Sinkkivälkkeessä saattaa rautapitoisuus nousta jopa yli kahdenkymmenen prosentin. Fe-ioni korvaa sinkkivälkkeen hilassa Zn-ionia.
22.09.1976 16 Outokummun malmi Malmimineralisaatiot Outokummun malmimineralisaatiot jaetaan kahteen ryhmään: kupari-kobolttimalmit nikkelimineralisaatiot Tässä yhteydessä käsitellään vain kupari-kobolttimalmia eli varsinaista Outokummun malmia. Esiintymän muoto, koko ja laatu Malmi esiintyy noin 4 km pitkänä, enintään 400 m leveänä ja yleensä alle 10 m paksuna kappaleena, vaikkakin paksuus paikka paikoin saattaa nousta 40 metriin. Siirrokset ovat katkoneet alunperin ilmeisesti yhtenäisen kappaleen kolmeen osaan: Kaasilamalmioon, Kumpumalmioon ja Lietukkamalmioon. Lisäksi tavataan kaksi pientä satelliittimalmiota: Poikanen ja Turunen. Malmi on monimetallinen sulfidiesiintymä. Keskimäärin siinä on 3.5-4.0 % kuparia, noin 28 % rautaa, hieman alle 25 % rikkiä sekä noin 1.0 % sinkkiä. Nikkeliä on 0.02-0.50 % sekä kobolttia yleensä 0.20-0.40 %. Myös hieman hopeaa, kultaa ja seleeniä tavataan. Alkuperäiset malmivarat olivat noin 28 miljoonaa tonnia. Malmin isäntäkivi Isäntäkivi on pääasiassa kvartsiittia. Sulfidirikkaat osat ovat itse asiassa kvartsin tai kvartsiittifragmenttien ja sulfidien seosta. Diopsidi ja tremoliitti saattavat esiintyä kvartsiitissa vähäisempinä mineraalikomponentteina. Kontaktien ja malmin kaakkoispään karsikivet ovat myös paikoitellen mineralisoituneet. Malmin luoteispäässä sekä Poikasen ja Turusen malmiossa esiintyy malmikerroksia musta- sekä kiilleliuskeissa.
22.09.1976 17 Malmityypit 1. Petrografisesti voidaan eritellä kaksi malmi tyyppiä: rikkikiisuvaltainen malmi ja magneettikiisuvaltainen malmi. Rikkikiisuvaltaista malmia, mikä esiintyy muodostuman keskiosassa, ympäröi magneettikiisuvaltainen malmi. Magneettikiisuvaltaisen reunuksen paksuus vaihtelee nollasta useampaan metriin. Malmin molemmat päät ovat koostuneet magneettikiisuvaltaisesta tyypistä samoin kuin malmin luoteispään katto-osa. Karsikivissä on malmi aina magneettikiisuvaltaista. Nämä kaksi malmityyppiä vaihettuvat aivan lyhyellä matkalla, mikä vaihtelee muutamista senteistä useampiin kymmeniin sentteihin. Vaikkakin malmimineraalit näissä kahdessa tyypissä ovat suurin piirtein samat, on tyyppien välillä kuitenkin huomattavia eroja. Pa~jolti tämä näkyy rikkikiisun ja magneettiki~sun suhteellisten määrien eroavaisuuksina, mikä käy ilmi jo malmi tyypin. nimessä. Tyypit voidaan erottaa myös rikkikiisun esiintymistavan ja rakenteen perusteella. Malmimineraalien esiintyminen Rikkikiisuvaltaisessa malmityypissä esiintyy rikkikiisu omanmuotoisina, kauniisti kiteytyneinä rakeina tai raekasaumina. Raekoko vaihtelee 0.01 millistä useampiin milleihin. Massiivisessa malmissa saattaa rikkikiisun määrä kivessä nousta 40 prosenttiin. Magneettikiisuvaltaisesta malmista saattaa rikkikiisu puuttua kokonaan, mutta sitä voi myös esiintyä paikoitellen, etenkin malmin luoteispäässä. Tässä malmityypissä rikkikiisu esiintyy kookkaina, kuutiollisina kiteinä, joiden halkaisija saattaa olla jopa 30 senttiä. Kiteet ovat särkyneitä, ja yleensä tavataan niiden raoissa kupari- ja magneettikiisumikrc juonia ja joskus myös sinkkivälkettä ja kvartsia. Rikkikiisukiteitä ympäröi paikoitellen sinkkivälke- tai kuparikiisukehä. Rikkikiisu sisältää kobolttia muutamasta kymmenesosaprosentista useampaan prosenttiin.
22.09.1976 18 Magneettikiisu esiintyy pieninä, suurimmillaan muutaman millimetrin kokoisina rakeina tai raeryhminä. Paikoitellen siinä tavataan deformaatiolamelleja sekä myös troiliittia liekkimäisinä suotautumina. Sen määrä rikkikiisuvaltaisessa tyypissä on 10-20 %. Massiivisessa magneettikiisuvaltaisessa malmissa saattaa magneettikiisun määrä nousta 50 prosenttiin. Kuparikiisun esiintymistapa on suurin piirtein samanlainen kuin magneettikiisun, minkä kanssa se on paikoitellen intiimisti yhteenkasvettunut. Sinkkivälke esiintyy yleensä kuparikiisun yhteydessä, usein myös tähtimäisinä suotautumina kuparikiisussa. Paikoitellen, etenkin malmin kaakkoispäässä, tavataan runsaasti kubaniittia kuparikiisurikkaassa, magneettikiisuval taisessa malmissa. Kubanii ttia esiintyy harvernmin rikkikiisuvaltaisessa malmityypissä. Kobolttipentlandiittia tavataan yleisesti, mutta määrällisesti vähäisenä magneettikiisun yhteydessä. Se esiintyy sekä omina rakeinaan että suotautumina magneettikiisussa. Hopeapentlandiitti on myös tärkeä harvinaisuus, onhan se hopean kantajamineraali. Se esiintyy miltei poikkeuksetta kuparikiisussa sulkeumina. Paikoitellen on malmissa myös magnetiittirikkaita osueita. Malmissa tavataan myös suuri joukko aksessoreja mineraaleja. Niistä mainittakoon mackinawiitti, tinakiisu, lyijyhohde ja kulta. Malmin rakenteesta Petrografisten malmi tyyppien lisäksi voidaan malmi jakaa myös rakenteellisten piirteiden mukaan eri ryhmiin:
22.09.1976 19 kerroksellinen pirotteinen malmi massiivinen malmi breksiamalmi Outokummun malmimineraaleista l Ku~rikiisu eu 34.64 % Fe 30.42 % S 34.94 % tetragoninen Kuparikiisu on malmin pääkuparinkantaja eli ekonomisesti tärkeinmineraali. Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anistotropia: Sisäiset refleksit: Muita tuntomerkkejä: Esiintyminen: vaaleankellertävä 42.0-46.1 %, hieman korkeampi kuin magnee ttikiisun, heikompi kuin rikkikiisun. 174-219 kg/mm 2, suhteellisen alhainen, huomattavasti pehmeämpi kuin rikkikiisu, hieman pehmeämpi kuin magneettikiisu. heikko, joskus havaittavissa aika heikko, mutta havaittava, värit vaihtelevat siniharmaasta kellanvihreään. sisäinen kaksostus on hyvin yleistä kuparikiisu esiintyy kookkainakin osueina ilman omaa kidemuotoa muiden sulfidien kanssa sekä myös pirotteena harmeessa. Usein sitä tavataan kapeina nauhasina särkyneiden rikkikiisurakeiden raoissa. Kuparikiisua tavataan myös pieninä sulkeumina sinkkivälkkeessä sekä rikkikiisussa. Kubaniitti esiintyy kuparikiisussa lamellaarisina suotautumina. Siinä tavataan myös pieniä tähtimäisiäsinkkivälkesuotautumia sekä liekkimäisiä mackinawiittisuotautumia. Pieniä tinakiisurakeita esiintyy suhteellisen yleisesti sulkeumina kuparikii- Sussa.
OUTOKU MPU Oy 22.09.1976 20 Rikkikiisu Fe n. 40-46 % S 53.45% Co n. 0-6 % kuutiollinen Rikkikiisu on myös arvomineraali sisältämänsä koboltin takia. Se on malmin yleisin sulfidi. Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: Sisäiset refleksit: Muita tuntomerkkejä: Esiintyminen: valkea, kobolttipentlandiitti aavistuksen verran kellertävä. 54.5 %, korkeampi kuin kupari- ja magneettikiisun, likimain sama kuin kobolttipentlandiitin. 1027-1240 kg/mm 2, kovin malmin sulfideista. Hieman pehmeämpi kuin kvartsi ja kromiitti. isotrooppinen, saattaa joskus vaikuttaa hieman anisotrooppiselta. Qmanmuotoisuus kerroksellisessa rikkikiisuvaltaisessa malmissa esiintyy rikkikiisu suhteellisen pieninä, usein miltei omanmuotoisina kiteinä. Magneettikiisuvaltaisessa malmissa tavataan jopa 30 senttiä suuria rikkikiisurakeita. Nämä ovat useimmiten särkyneitä. Magneettikiisu Fe l S -x Fe 57-61 % S 43-39 % heksagoninen tai monokliininen Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: vaaleanruskehtava 38.0-45.2 % 230-390 kg/mm 2, suurempi kuin kuparikiisun, huomattavasti pienempi kuin rikkikiisun. usein voimakas voimakas, kellanharmaa, vihertävän tai sinertävän harmaa. Värien vaihtelu riippuu kiteiden asennosta hieleikkeessä.
22.09.1976 21 Sisäiset refleksit: Muita tuntomerkkejä: Esiintyminen: rakennedeformaatio yleinen magneettikiisua esiintyy malmissa lähes kaikkialla, se on pirotteena rikkikiisuvaltaisessa malmissa ja päämineraalina magneettikiisu-kuparikiisumalmissa. Esiintyy epämääräisinä osueina, harvemmin omanmuotoisina rakeinaja sulkeumina joskus sinkkivälkkeessä ja kuparikiisussa. Magneettikiisua tavataan malmissa useampana eri faasina, joista heksagoninen Fel_xS lienee yleisin. Siinä tavataan paikoitellen troiliittiliekkejä, jotka ovat tuoreessa hieessä hieman vaaleampia, muutaman kuukauden vanhassa tai lämmitetyssä (140 o C) hieessä tummempia kuin magneettikiisu. Sinkkivälke (Zn,Fe)S Zn n. 57 % kuutiollinen Fe n. 10 % S n. 33 % Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: Sisäiset refleksit: Esiintyminen: siniharmaa 17.5 %, alhaisin malmin sulfideista 128-276 kg/mm 2, likimain sama kuin kuparikiisun aina havaittavissa, väri vaihtelee rautapitoisuuden mukaisesti, rautarikkaissa sinkkivälkkeissä ovat sisäiset refleksit punaiset tai punaruskeat, rautaköyhissä kellanruskeat. Sinkkivälke on malmissa yleinen, joskaan ei kovin runsaasti esiintyvä mineraali. Se esiintyy useimmiten kuparikiisun
OUTOK UMPU Oy 22.09.1976 22 l Kobolttipentlandiitti yhteydessä osittain kookkaampina osueina mutta myös tähtimäisinä suotautumina. Sinkkivälkettä tavataan myös sulkeumina magneettikiisussa. Siinä tavataan joskus pieniä kupari-, magneetti- jatinakiisusulkeumia. (Co,Fe,Ni)9S8 kuutiollinen kemiallinen koostumus vaihtelee hyvin paljon 'Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: Sisäiset refleksit: Esiintymistapa: valkea, hieman kellertävä verrattuna rikkikiisuun n. 55 %, lähes sama kuin rikkikiisulla 245-363 kg/rnrn 2 ei ha'vai ttavissa tavataan magneettikiisuvaltaisessa malmissa yleisesti, mutta vähäisissä määrin. esiintyy magneettikiisun joko pieninä, jonkin verran omanrnuotoisina rakeina tai liekkimäisinä ja höyhenrnäisinä suotaumina. syrjäyttää sitä paikoitellen. Se Mackinawiitti Kubaniitti Cu 23.42 % Fe 41.15 % S 35.43 % rombinen Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: vaaleanruskehtava, magneettikiisuun verrattuna hieman keilanvihreä. 40.0-42.5 % 150-264 kg/mm 2, hieman kovempi kuin kuparikiisu, pehmeämpi kuin magneettikiisu. kohtalainen, vaaleanharmaa, ruskehtavan harmaa.
22.09.1976 2.3 Anisotropia: Sisäiset refleksit: Esiintyminen: voimakas, hieman heikompi kuin magneettikiisun, punertavan ruskea, siniharmaa. yleensä suotautumalamelleina kuparikiisussa. ( r Mackinawiitti Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: Sisäiset refleksit: Esiintyminen: (Fe,Ni,Co)l+xS sisältää muutaman prosentin nikkeliä ja kobolttia tetragoninen vaihtelee kovasti kiteen asennosta riippuen, vaalea, ruskeanharmaa, tietyissä asennoissa kiillottuu huonosti ja jää repaleisen näköiseksi. 21.0-47.5 % 52-181 kg/mm 2 erittäin voimakas erittäin voimakas pääasiassa liekkimäisinä suotautumina kuparikiisussa. Tavataan myös kobolttipentlandiittia syrjäyttävänä. Magnetiitti kuutiollinen Väri: Heijastuskyky: Kovuus: Pleokroismi: Anisotropia: Sisäiset refleksit: Esiintyminen: harmaa, vaaleampi kuin sinkkivälke, sinertävä sävy puuttuu 21.1 % 530-599 kg/mm 2, huomattavasti kovempi kuin sinkkivälke suhteellisen omanmuotoisina' rakeina muutamissa malmin osissa.