Hi-tech-metallien merkitys ja potentiaali Olli Sarapää GTK Oulu Mining School Maan alla ja päällä seminaari 24.2.2011. Oulun yliopisto 1
Taustaa Hi-tech metallit (litium, titaani, koboltti, gallium, germanium, indium, antimoni, niobi, tantaali, harvinaiset maametallit ja platinametallit) kuuluvat strategisiin metalleihin Niiden käyttö uusissa energiaratkaisuissa, i i auto- ja lentokoneteollisuudessa, t lli tietotekniikassa ja viihde-elektroniikassa kasvaa voimakkaasti. Eu:lla ei ole juuri lainkaan hi-tech-metallien tuotantoa Kierrätys on vähäistä eikä korvaavia juurikaan ole Eniten kysyntää on harvinaisista maametalleista (REE), joista tuotetaan 97 % Kiinassa, maan oma tarve on johtanut vientirajoituksiin ja hintojen rajuun kasvuun Uusia REE-kaivosprojekteja on käynnissä yli 100 ympäri maailmaa, varantoja on, mutta kuinka nopeasti ne saadaan tuotantoon Fennoskandian kilpialue on otollinen hi-tech-metallien löytymiselle yy GTK tutkii Suomen kallioperän hi-tech-potentiaalia, panostaen erityisesti REE- ja Li-malmien etsintään 2
Mt 1000 Yhdyskuntarakentaminen Raskas teollisuus Autoteollisuus 100 10 Infrastruktuuri Kodinkoneet Viihdeelektroniikka Lentotekniikka ITC Uudet energiaratkaisut Rautametallit Cr, Mn, jne. Perusmetallit Al, Cu, Zn, Sn Teknologiametallit Li, Co, In, Ga, Ge, Ta, Ti, Mg, REE Kehittyvät maat (BRIC, öljyvaltiot) Kehittyneet maat (USA, Japani, EU) BKT 3
Hi-tech-metallien tärkeimmät tuottajamaat USA U.S.A Molybdeeni 34% Brasilia Niobi 90 % Chile Litium 60% Kongo Koboltti 36% Etelä-Afrikka Rodium 79% Platina 77% Vanadiini 45% Kromi 41% Venäjä Palladium 45% Kiina Lantanidit 95% Antimoni 87% Wolframi 84% Australia Tantaali 60% Titaani 42% 4
FENNOSKANDIAN KILPIALUE HYVÄ POTENTIAALI Prekambrista kilpeä, kuten Kanada, Australia ja Etelä-Afrikka Kaivosperinne vankka Alitutkittu alue Perusmetalleja, kultaa, platinaa, hi-tech metalleja, U ja Th, teollissuusmineraaleja ja timantteja löytyy 5
Kriittiset metallit + + +++ + ++ ++ + + ++ + +++ +++ ++ +++ + +++ + +++ Suomessa: +++ kaivoksia ++ kaivoshankkeita + esiintymiä Öko-Institut e.v. Matthias Buchert ym 2009 6
Hi-tech-metallit -hanke GTK:n valtakunnallinen nelivuotinen tutkimushanke vuosina 2009-2012 Hankkeen päämääränä on kartoittaa ja tutkia hi-tech-metallien potentiaali Suomen kallioperässä: litium, koboltti, indium, gallium, germanium, niobi, tantaali, titaani, harvinaiset maametallit. 2009 esiselvitys: kirjallisuus (tarve,tuotanto,hinnat), tuotanto tietokannat, vanhat näytteet, mineralogiset tutkimukset: alustava potentiaalisten alueiden rajaaminen, tutkimusmenetelmien kehittämistä (RM,MMI, MLA) ja alustavia maastotutkimuksia tttki 2010-2012,kohteellisia maastotutkimuksia, etsintämenetelmien kehittäminen, tunnettujen ja uusien alueiden potentiaaliarviot Painopisteenä harvinaiset maametallit Pohjois-Suomessa REE-kairauksia tehty n. 5 km: Vanttaus, Lehmikari, Suhuvaara,Tanabelt ja Pyhäntä 7
Harvinaiset maametallit (REE) eli lantanidit+y ja Sc Prof Johan Gadolium 1794 löysi yttriumin, i mineraali sai nimekseen gadoliniitti. Olavi Erämetsä löysi 1964 pieniä määriä prometiumin luonnosta. Oulun Typpi Oy:ssa tuotettiin lantanideja 1960-luvun alussa ainoana maailmassa. Raaka-aineina aineina Kuolan apatiitti ja Korsnäsin REErikaste REEt jaetaan: kevyisiin LREE (La-Sm) ja raskaisiin HREE (Eu-Lu) Erityisesti HREE:stä terbiumista, dysposiumista ja yttriumista tulee olemaan pulaa, ellei uusia esiintymiä saada tuotantoon. Tällä hetkellä neodyymi kysytyin REE REEt eivät ole kovin harvinaisia mutta rikastuvat harvoin malmeiksi ja niiden erottaminen toisistaan on kallista. Harvinaisten maametallien (REE) vuositarve on 124000 tpa (REO) kasvaa yli 200000 tonniin vuoteen 2014 mennessä (IM 2009) 8
Harvinaisten maametallien käyttö Käyttö Alkuaine Kasvuennuste* Katalyytti 20% Ce 3-6% Magneetit 19% Nd, Sm, Pr, Dy, Tb 8-12% Seosmetallit 16% La, ym 5-7% Kiillotus 13% Ce, 8-12% Lasi 12% Ce, La, Y, Gd, Er, Nd, Pm 3-5% Loisteaineet 8% YEuTb Y, Eu, Tb, La, Ce 3-5% Keramiikka 5% Y 4-8% Muut 7% 4-8% China Minmetals Non-ferrous Meals Co. Ltd. (2009) ennuste 9
Tärkeimmät REE-esiintymät maailmassa liittyvät karbonatiitteihin ja ioniadsorptiosaviin Watanabe 2009 10
Ion-adsorptio esiintymät REE-rikkaiden graniittien rapautumia REEt vapautuivat ja adsorboituivat savimineraaleihin Alhainen REE-pitoisuus (<0.05-0.2%), mutta, jotkut HREE-rikkaita Eivät sisällä radioaktiivisia alkuaineita Helppo erottaa, ympäristöhaittoja Tuotetaan vain Etelä-Kiinassa Surface soil REE concentration layer Watanabe 2009 REO grade (%) 11
Tärkeimmät REE-malmimineraalit, Roskill (2007) Mineraali Kemismi RE2O3 % Tuotanto Esiintymä Bastnäsiitti (REE)(CO3)F 74.81 64% Karbonatiitti (Bayan Obo) Monatsiitti (REE)PO4 69.73 9% Karbonatiitti, hydroterminen, alkalikivi, placer Ksenotiimi YPO4 61.40 Placer Fergusoniitti (REE)(Nb,Ti)O4 47 Alkalikivi, residuaali Lopariitti (Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)O Ca)(Ti Nb)O ~ 30 2% Alkalikivi 3 (Lovozero) Apatiitti Ca4(PO4)3(F,Cl,OH 19 Karbonatiitti, ) hydroterminen, alkalikivi Kaoliniitti Al2Si2O5(OH)4 <1 25% Ioni-adsorptiosavi 12
Geokemiallinen REE-POTENTIAALIKARTTA Y=HREE, La ja Ce=LREE vain anomaliset näytteet >mean+std 13
Aerogeofysikaalinen torium and alueellisen geokemian lantaani Torium Lantaani 15.3.2011 14
Tunnetut REE-esiintymät Suomessa Korsnäs 3.86%P, 0.83% REO, karbonatiitti Soklin karbonatiitti P-Nb-Zr-Ta, REE, rapautumat ja feniittikehä Katajakangas, Otanmäki Nb-Ta-REE alkaligneissi Rosendahl graniittinen pegmatiitti Li-Nb-Ta,REE,Sn, Zr Kietyömäki ja Pyörönmaa pegmatiittigraniitit Li-Nb-Ta-REE Potentiaalisia Suomessa ovat: karbonatiitit, alkalikivet, peralkaliset graniitit, appiniitit, pegmatiitit, kaoliinirapautumat ja hydrotermiset muuttumisvyöhykkeet y suurissa rakenteissa sekä rautaoksidi-kulta-kupariesiintymät 15
Toriumkartta Soklista Jammi 16
Jammin feniittiä, jossa myöhäisen vaiheen karbonatiitti-juonia 1-2 % REO; monaziitti, bastnasiitti, ankyliitti etc 17
Alkalikivet ja karbonatiitit suurin potentiaali Alkalikivet SiO 2-alikylläisiä magmakiviä Ijoliitti Nefeliniitti Nefeliini-syeniitti phonoliitti Lamprofyyri kimberliitti Karbonatiitti magmakivi modaalikoostumuksesta >50% primäärejä karbonaattimineraaleja Hightech-metallit Alkalikiviä karakterisoi rikastuminen P, Ba, Sr, Rb, Th, U, Nb, Ta, Zr, Ga, Be, Li REE Erityisesti kevyet lantanidit (LREE): La Sm Olli Akseli Sarapää Torppa 24.2.2011 ja Heidi Laxström 18
Postorogeeniset P-REE-rikkaat appiniitit 19
Kaoliinirapautumien REE-potentiaali (ioni- adsorptio?) Itä-Suomen ja Lapin Tana-beltin kaoliinirapautumat i t potentiaalisia ti i Esim. Virtasalmi kaoliiniesiintymissä (koko noin 30 milj. tonnia), REEt ovat rikastuneet kaoliinirapautuman pohjaosaan kaoliniittiin ja osin monatsiittiin: 0,05-0,2 %REO 20
Suomen RE-Pegmatiitit (Alviola) Kallio- ja moreenigeokemian Litium-Niobitantaalianomaliat Nb-Y-F Li-Ce-Ta 21
Litium Pegmatiittien spodumeeni, petaliitti, lepidoliitti (25,4 %) ja suolajärvien suolavedet (58,4 %) lähteinä Maapallon Li-varat 13 Mt (USGS2010) Vuonna 2008 litiumia tuotettiin 25000t Chile, Australia, Argentiina, Kiina, USA Käytetään akkuihin, paristoihin, keramiikkaan, lääkkeisiin Kysynnän kasvu riippuu sähkö- ja hybridiautojen määrän ä kasvusta Spodumeenin hinta 650-720 $/t 7,25% LiO2 ( IM 01.Mar 2010) Petaliitti 165-260 4,25 Litium karbonaatin hinta 2,4 $ per lb Angerer 2009 22
Kaustinen-Ullava (Li, Be, Nb) Spodumeenipegmatiitteja Keliber Oy: Länttä, Emmes, Jänislampi, Outovesi uusi esiintymä Outovesi GTK: Syväjärvi (Ruohojärvet): > 1 Mt, n1%lio n. 2 Leviäkangas (Vintturi): > 1 Mt n. < 1 % Li 2 O Hikik Heikinkangas-Päiväneva: ä > 1 Mt n. 1 % Li 2 O Myynnissä Syväjärvi ja Leviäjärvi ij i 23
Leviäkankaan Li-esiintymä Mineraalivarannot -Juoni 500 m pitkä, 1-20 m leveä -Spodumeenia keskimäärin 10 % -Li2O 0,74 %, Ta2O5 72 ppm, Nb2O5 87 ppm (Mn- kolumbiitti) -Myyntiraportti luovutettiin TEM:lle 14.10.2010 -Kansainvälinen tarjouskilpailu päättyy 28.2.2011 24
Syväjärven Li-esiintymä Mineraalivarannot -Juonisto n. 500 m pitkä, 1-22 m leveä -SPOD keskimäärin 13 % -Li2O 1,00 %, Ta2O5 26 ppm, Nb2O5 36 ppm (Fe- tai Mn-tantaliitti) -Myyntiraportti luovutettiin TEM:lle 14.10.2010 -Kansainvälinen tarjouskilpailu päättyy 28.2.2011 25
Titaani Mineraalit ilmeniitti ja rutiili Rantahiekoista ja gabroista 95 % käytetään TiO2-pigmenttinä, loput himetallina. TiO2 on hi-tech pigmentti. Suomeen Porin pigmenttitehtaille tuodaan ilmeniittiä n. 400000t/v pääosin Norjasta, josta valmistetaan titaanidioksidia Otanmäen ilmeniitin iiti tuotanto t t loppui 1985, Fe-Ti-V-malmia jäi paljon maan alle Kälviän ilmeniittiesiintymillä kaivoshanke Kauhajoen alueella suuret Fe-P-Ti-varannot Kehitteillä Ti-magnetiitin hyödyntäminen: tuotteina V, harkkorauta ja Ti-kuona (Mustavaara a projekti) Angelin anortosiitti tutkimaton Porissa Kemira tuottaa noin 120000t/v TiO2-pigmenttiä. pg TiO2:n hinta 3000 Eu/t, nousussa Silaskaira Karhujupukka Mustavaara Hautakangas Titaani-rautaesiintymät gabroissa 26
Yhteenveto Tana-belt osoittautunut potentiaaliseksi REE-Au-kohteeksi, hydroterminen muuttumisvyöhyke, suurrakenne Karbonatiitit ja alkalikivet,,ja niiden feniittiytyneet y sivukivet ovat potentiaalisia harvinaisten metallien suhteen: Soklin alue, Kornäs, Otanmäki Kaoliinirapatumien pohjaosissa REE-rikastumia Itä- ja Pohjois-Suomessa Lapin appiniittien P-REE-potentiaalia tutkitaan: Vanttaus, Lehmikari ja Suhuvaara kairattu. Hämeen pegmatiiteissa ja rapakivialueiden graniiteissa REE-potentiaalia Geokemialliset menetelmät, geofysiikka raskasmineraalitutkimus toimivia erityisesti i ti REE-potentiaalisten ti t alueiden tunnistamisessa t i Lapissa. Säteilymittaus toimii joidenkin RE-mineralisaatioiden paikannuksessa. Litium-, niobi-tantaali ja titaanipotentiaali Suomessa erinomainen In, Ga, Ge liittyvät tina-sinkkimalmeihin, i ihi niiden osalta rapakivigraniitteja i ii tutkitaan 27