Alunskifferns kemiska signatur

Källor till informationen

Äldre analyser ger främst information om alunskifferns huvudsak- liga kemiska signatur. Antalet analyser som anger halterna av innova- tionskritiska metaller och mineral är avsevärt färre. Det beror på att det först under 2000-talet funnits ett ökat intresse för att undersöka förekomsten av dessa i alunskiffern.

På senare tid har SGU mottagit analysresultat från prospektörer med avslutade undersökningstillstånd i Jämtland, Östergötland, Väster- götland och Närke. Dessutom redovisas halten av kritiska metaller i alunskiffern i ett antal vetenskapliga publikationer och rapporter2_. Samtliga har använts för en översiktlig karakterisering av alunski- fferns uppbyggnad (figur 5.3–5.7).

Sammantaget saknas det dock i dagsläget en fullständig databas med analysvärden som stöd för en statisk säker bedömning av hal- 2 _{Till exempel Nielsen & Buchardt (1993), Casserstedt (2014), Sveriges geologiska under-}

terna av de olika kemiska komponenterna. Haltintervallen som anges i hierarkidiagrammen 5.3–5.5 ska därför ses som allmängiltiga för respektive komponent och där både avvikande högre och lägre halter kan förekomma. Likaså är underlaget till de medelvärden för spår- ämnen och metaller i figurerna 5.6 och 5.7 inte fullständigt eftersom de är baserade på ett begränsat antal områden och varierande antal ana- lyser, vilket också ska beaktas. Översikten som presenteras här ger likväl en god bild av alunskifferns kemiska sammansättning i stort.

Dominerande kemiska element och komponenter

Dominerande komponenter i skiffern är silikatmineral (lermineral, fältspater, kvarts) och gips, 50–90 procent, samt kalcit och pyrit (upp till 5 procent respektive 17 procent) jämte övriga mineral (upp till 8 procent). Skiffern innehåller dessutom organiskt kol (kolväten), 5–20 procent. Halterna av de olika komponenterna varierar mellan olika lokaler beroende på sammansättningen av omgivande berggrund och åldern. Dominerande grundämnen i huvudmineralen är kisel (Si), aluminium (Al), järn (Fe) och kalium (K), svavel (S), kalcium (Ca), magnesium (Mg), natrium (Na), fosfor (P), syre (O) och kol (C). Magnesium (Mg), kalcium (Ca), natrium (Na), mangan (Mn), titan (Ti) och fosfor (P) är främst knutna till förekomsten karbonater, fosfater och tungmineral. Dessutom finns ett 40-tal övriga grundämnen i hal- ter mellan 1 och 1 000 g/ton. Flertalet av dessa ”övriga grundämnen” föreligger som salter (fosfat, sulfat) eller som sulfider eller oxider, ofta associerade med järn, men som regel inte som diskreta mineralfaser som kan frånskiljas genom flotation eller annan traditionell teknik. Medelvärdena för ett antal av de dominerande metallerna visas i figur 5.7.

Kemiska element i små mängder

Övriga kemiska element utgör mindre än en procent av alunskiffern. Dessa övriga kemiska element domineras av vanadin (V), barium (Ba) och uran (U) samt metaller som krom (Cr), koppar (Cu), nickel (Ni) och zink (Zn). En översikt av förhållandena för kemiska element i små mängder visas i hierarkidiagrammet i figur 5.5.

Vid jämförelse av resultaten från olika förekomster i Sverige framgår att skiffern har en likartad kemisk signatur för spårämnen och kri- tiska metaller. Av diagrammet i figur 5.5 framgår att 125–200 ppm av alunskiffern består av spårämnen och innovationskritiska metaller och mineral.

En sammanställning av analysdata för kritiska metaller och säll- synta jordartsmetaller (figur 5.7) visar en likartad kemisk signatur oavsett geografiskt läge. Förutom höga halter av vanadin (V) och barium (Ba) uppvisas förhöjda halter av sällsynta jordartsmetaller som skandium (Sc), yttrium (Y), lantan (La), cerium (Ce) och neo- dym (Nd) samt de kritiska metallerna niob (Nb) och gallium (Ga).

Kerogen och kolväten

Som framgår i inledningen av det här kapitlet är innehållet av orga- niskt material något som definierar svarta skiffrar och särskiljer alun- skiffer från annan svart skiffer.

Merparten av det organiska materialet i alunskiffer består av kero- gen. Kerogen definieras som en olöslig, vaxlikande organisk sub- stans. Dess komplexa kedjor av kol (C) och väte (H) bestäms av det ursprungliga materialets uppbyggnad. Kvoten mellan väte och kol (H/C) styr vilka typer av kolväten som bildas ur kerogenet.

Det finns tre typer av kerogen. Från typ I bildas bara flytande kolväten (olja). Ur typ III (huminkerogen) bildas mest gas och kol. Huminkerogen har ett ursprung från primitiva mossors cellulosa och lignin. Typ II (bitumenkerogen) kan ses som ett mellanting som ger både gas och olja. Bitumenkerogen består av proteiner, fettämnen samt oljeartade substanser från alger och plankton. Alunskifferns kerogen klassas som typ II, vilket innebär att både olja och gas kan bildas ur alunskiffern vid lämpliga tryck och temperaturer.

Alunskifferns innehåll av kritiska material (metaller och mineral) kopplat till EU:s lista över kritiska mineral

Som framgår av 3.3.2 och 3.3.3 ovan innehåller alunskiffern i varie- rande halter ett stort antal av de metaller och mineral som för när- varande är upptagna i EU:s lista över kritiska material.

Med referens till befintliga analysdata som visas i figurerna 5.6 och 5.7 framgår att flertalet av de sällsynta jordartsmetallerna påträf- fas i alunskiffern. Halterna för dessa metaller varierar från strax under 100 ppm till några få ppm. I alunskiffern påträffas även kobolt (Co), gallium (Ga), hafnium (Hf), niob (Nb), vismut (Sb), indium (In), an- timon (Sb), litium (Li) och volfram (W) i halter från några 10-tals ppm ner till under en ppm. Fosfater/fosformineral, vanadin (V), barium (Ba), titan (Ti), strontium (Sr) och magnesium (Mg) påträf- fas i halter från några 100 ppm till någon procent. För övriga listade material i EU:s lista saknas uppgifter, bland annat om alunskifferns innehåll av platinagruppens metaller.

Figur 5.5 Hierarkidiagram som ger en översiktlig bild av alunskifferns

uppbyggnad avseende övriga kemiska element. Observera att haltintervallen ger en bild av normala värden. Avvikande lägre och högre halter kan förekomma

Figur 5.6 Stapeldiagram som ger en översiktlig bild av alunskifferns uppbyggnad avseende dominerande metaller, exklusive uran, vanadin och barium

Källa: SGU. Notera att värdestaplarna baseras på medelvärden från analyser av alunskiffer från respektive område.

Figur 5.7 Översiktlig sammanställning av analysdata (medelvärden)

avseende spårämnen och kritiska metallers förekomst i alunskiffer från olika delar av landet

Källa: Erlström, M. (2016) och Nielsen A.T. med flera (1993). Notera: Det saknas analysvärden för de kritiska metallerna för flera av alunskifferområdena, bland annat Skåne.