EXAMENSARBETE
Kartläggning och modellering av restmalm vid LKAB:s gruva i Malmberget
Emma Falksund 2016
Teknologie kandidatexamen Naturresursteknik
Luleå tekniska universitet
Avdelningen för samhällsbyggnad och naturresurser
Luleå tekniska universitet Naturresursteknik
Avdelningen för Samhällsbyggnad och Naturresurser
Kartläggning och modellering av restmalm vid LKAB:s gruva i Malmberget
L0017K Examensarbete 15hp
Datum 2016-01-14
Teknolog:
Emma Falksund Handledare vid LKAB:
Jyri Meriläinen Handledare vid LTU:
Christina Wanhainen
I | S i d a
Förord
Detta examensarbete utgör en del av examen från Naturresursteknik med inriktning mot malmgeologi och miljögeokemi. Arbetet utgör 15 hp. av totalt 180 hp. Under vintern 2012 fick jag förslaget om restmalmsundersökning presenterat och påbörjade mitt arbete i LKAB:s regi våren 2012. Projektets indirekta syfte där hushållning av naturresurser ligger i fokus samt den eventuella lönsamheten för gruvbolaget gjorde att mitt intresse väcktes. Tiden för projektet har varit väldigt spännande och lärorik.
Jag vill rikta ett tack till min handledare på Luleå tekniska universitet, Christina Wanhainen, för den tid hon lagt ner på detta arbete. Jag vill tacka LKAB och min handledare Jyri Meriläinen som introducerade idén för detta projekt samt den tid han avsatt för mig och mitt arbete. Jag vill också tacka LKAB:s driftsbergmekaniker och Joel Andersson, strukturgeolog, som varit till min hjälp när jag behövde vägledning under jord, samt karteringspersonalen på LKAB som lät mig följa med i dess arbete samt svarade på mina frågor. Även annan berörd personal vid LKAB som funnits där med hjälpande händer, ingen nämnd ingen glömd. Tack!
II | S i d a
Sammanfattning
Detta examensarbete utgör 15 hp av totalt 180 hp och ingår i utbildningen Naturresursteknik på Luleå tekniska universitet. Arbetet utförs åt LKAB i Malmberget. Huvudsyftet är att studera möjligheten för eventuell restmalmsutbrytning i en av LKAB:s malmkroppar i Malmbergets underjordsgruva.
LKAB är en statligt ägd mineralkoncern med huvudkontoret i Luleå. LKAB:s gruvor i Malmberget, Svappavaara och Kiruna står för cirka 90 % av Europas järnmalmsproduktion. 2014 levererades 25.7 miljoner ton järnmalmsprodukter, varav 23.2 miljoner ton var pellets (LKAB:s årsredovisning, 2014).
Fyndigheterna är av typen apatitjärnmalm. Tingvallskulle bröts från sent 1800-tal till sent 1900-tal och är en av de största malmkropparna i Malmbergets malmområde. Eftersom järnpriset stigit de senaste åren och brytningstekniken hela tiden gått framåt så kanske dåtidens olönsamma malm kan vara lönsam idag.
När man utvinner mineral ur marken kan man tala om tre huvudsteg: Brytning Förädling Transport. Dessa tre steg kan i sin tur delas ned i ett antal delprocesser. Brytningsmetoden som används inom LKAB kallas för skivrasbrytning. Metoden utnyttjar gravitationsflödet för att tillgängliggöra sprängd malm för utlastning. När man bryter malmen är det via liggväggen som detta inledningsvis sker. Genom att driva en ort genom malmkroppen kan man med borrning och sprängning lossgöra all malm mellan två nivåer. Malmkroppens hängvägg blockas därefter stegvis upp när spänningen i berget förändras och följer med i gravitationsflödet.
För att kunna utreda hur mycket malm som finns kvar har information från tidigare utförda arbeten genomsökts. Informationen gäller borrhål, gamla gruvkartor över olika nivåer i den aktuella malmkroppen samt utlastningsgränser. Detta digitaliserades och fördes in i LKAB:s databas Giron.
Informationen gällande borrhålen importerades in i programvaran Microstation för att vidare kunna skapa en översiktlig tredimensionell modell av malmkroppen. Modellen kan nu ge information gällande halt samt hur stort tonnage det eventuellt kan röra sig om. Underjordskartering är ett nödvändigt komplement till modelleringen, främst för att bekräfta och säkerställa den tidigare informationen om obruten malm. En annan viktig anledning till undersökningar på plats i gruvan är kartläggning gällande hur mycket malm som självanrikats och kan finnas tillgänglig för utlastning i rasen.
Resultatet från karteringen kan bekräfta den geologiska karteringen som tidigare gjorts. Den malmslira som enligt tidigare kartering kartlagts i fältorterna är till stor del fortfarande obruten på
III | S i d a alla karterade nivåer. Resultatet av modellen över restmalmen utifrån en ekonomisk aspekt blir en antagen mineralresurs på totalt 927,2 kTon magnetitmalm med en Fe-halt i medeltal på 55.48 %.
Trots ett positivt resultat kan dock lönsamheten begränsas av bergets till synes dåliga hållfasthet.
Även om förstärkningsåtgärder vidtas skulle risken för ras vara överhängande och eventuella förstärkningsåtgärder kan eliminera den lönsamhet som finns att hämta från Tingvallskulle.
III | S i d a
Innehåll
Förord... I Sammanfattning ... II
Introduktion ... 1
Regional geologi ... 3
Lokal geologi ... 5
Fyndighetsbeskrivning ... 7
Apatitjärnmalm-ursprung ... 7
Fyndighetsgeologi ... 8
Processbeskrivning LKAB ... 9
Skivrasbrytning ... 10
Metod... 12
Datainsamling och digitalisering ... 12
Kartering... 12
Modellering ... 14
Resultat ... 15
Diskussion/ och slutsats ... 16
Referenser ... 18
Bilagor ... 20
Bilaga A: ... 20
1 | S i d a
Introduktion
LKAB - Luossavaara, Kiirunavaara Aktiebolag, är en statligt ägd mineralkoncern med säte i Luleå. I nuläget har bolaget cirka 4000 anställda i 15 länder. Redan under 1660-talet omnämndes malmfyndigheten i Malmberget för första gången i skrift. Första inmutningen gjordes 1734, men det var inte förrän år 1890 som bolaget LKAB startades och idag är det en av världens ledande aktörer på förädling och världens näst största producent av järnmalmspellets. Malmberget är Sveriges näst största järnmalmsgruva (efter Kiirunavaara). LKAB producerar inte bara järnmalm utan säljer också industrimineral (www.lkab.com). 2014 levererades 25.7 miljoner ton järnmalmsprodukter, varav 23.2 miljoner ton var pellets (LKAB:s årsredovisning, 2014).
LKAB:s gruva är belägen i Malmberget som ligger i de norra delarna av Sverige i Norrbottens län.
Den ligger ca 2,5 mil norr om kopparfyndigheten Aitik och ca 12 mil söder om LKAB:s andra underjordsgruva i Kiruna (Figur 1.).
Sedan bolagsstarten har LKAB i Malmberget brutit järnmalm från ett 20-tal malmkroppar. Idag uppgår produktionen till 13 av dessa malmkroppar (Meriläinen J., LKAB, 2015). När det här examensarbetet utfördes rådde en stor efterfrågan på järnmalm runt om i världen och LKAB:s ambition var att tillgodose behovet efter bästa förmåga. I det här arbetet undersöks därav möjligheten att ta tillvara på malm som lämnats kvar efter tidigare utbrytningar. Till följd av att vår kunskap om både brytning och förstärkning ökar samt att malmpriserna varierar kan sådan malm som tidigare inte varit brytvärd vara det i nutid.
Det huvudsakliga syftet med examensarbetet är att undersöka om det finns någon brytvärd malm kvar av malmkroppen Tingvallskulle och samtidigt överskådligt besikta möjligheten att lasta ur rasmassor från tidigare produktionsorter. Den eventuella malmen ska studeras och bedömas utifrån kvalité, det vill säga både Fe-halt och volym. Även bergskvalitén ska utvärderas vilket kan avgöra möjligheten till brytning. Ett större fokus har lagts på en malmslira som sträcker sig genom fältorterna. Den tidigare kartläggningen av Tingvallskulle ska också granskas och jämföras med de resultat som karteringen i detta projekt ger. Detta ska göras för att kunna bedöma hur väl den tidigare karteringen stämmer överens med dagens kartering. Slutligen skall gränserna för vad som redan är utbrutet säkerställas.
Tingvallskulle är en av de största malmkropparna som funnits i Malmberget. Malmen var av god kvalité med en järnhalt på ca 62 procent. En eventuell restmalm skulle kunna vara tidseffektiv att
2 | S i d a utvinna samt av god ekonomisk lönsamhet för LKAB, detta eftersom det redan finns drivna orter samt att malmkroppen logistiskt sett är fördelaktigt placerad.
Figur 1. Geologisk karta över Norrbotten. Malmberget längst ner i bild (modifierad från Bergman S. et al., 2001).
3 | S i d a
Regional geologi
I norra Sverige ligger Palaeoproterozoiska bergarter diskordant på en grund av deformerade Arkäiska bergarter (c. 2.83 Ga). Dessa Palaeoproterozoiska bergarter representeras av några få starkt deformerade ultramafiska-mafiska kroppar (c. 2.44 Ga), Karelska (c. 2.4 – 1.96 Ga) och Svecofenniska (c. 1.96 – 1.85 Ga) bergarter (Bergman S. et al 2001).
Den Karelska enheten är uppbyggd av en undre och övre sektion. Dessa är rift-relaterade. Den undre, Kovo-gruppen består av klastiska metasedimentära bergarter så som konglomerat och kvartsit tillsammans med en sekvens av tholeiitisk metabasalt och kalk-alkalina metavulkaniklastiska bergarter (Martinsson O., 1997). Den övre sektionen som kallas Kiruna grönstensgrupp förekommer på flera platser. Den utgörs i sin tur av en sektion bestående av ytliga metabasalter samt mindre intrusiva kroppar av samma metabasaltiska sammansättning. Det förekommer även tuffiter och kemiska sediment, i huvudsak i de yngre delarna av grönstenssekvensen (Bergman S. et al 2001).
De Karelska stenarna är överlagda av de Svekofenniska suprakrustala bergarterna som utgörs av Porfyrit-, och porfyrgruppen samt den yngre meta-sedimentära bergarten kallad Haukkikvartsiten.
Porfyritgruppen består av metaandesiter, basalter samt mindre mängder av felsiska tuffer och tuffiter. Generellt sett innehåller porfyritgruppens bergarter låga halter titan och zirkon. Basalterna och andesiterna har ofta fenokryster av plagioklas med ett biotitrikt matrix. Porfyrgruppen består av metabasalter, trachyandesiter samt ryodacit-ryoliter. Porfyrgruppens bergarter är generellt hög på titanium och zirkonium. I denna enhet är de stora järnmalmerna i Norrbotten avsatta. I den svekofenniska berggrunden kan man också urskilja olika intrusiva bergartssviter. Dessa består av:
Haparandasviten som utgörs av granit, granodiorit, kvartsdiorit, diorit och gabbro.
Pertitmonzonitsviten som utgörs av gabbro, syenit och granit. Även Linagranit och pegmatiter c.
1,81-1,78 Ga samt andra intrusiva granitoider c. 1,86-1,84 Ga, intruderande gabbro, metagabbro och diabas <1,8 Ga förekommer (Figur 1 & 2.) (Bergman S. et al 2001).
4 | S i d a
Figur 2. Stratigrafisk illustration av huvudsekvenser och händelser i Norrbottens berggrund (Bergman S. et al., 2001).
5 | S i d a
Lokal geologi
Malmområdet avgränsas mot söder av en lagrad basisk intrusion, Dundret, samt av en intrusion bestående av Linagranit i norr och väster. Malmberget ligger mitt emellan två stora deformationszoner: Nautanen deformationszon, NDZ och Karesuando deformationszon, KDZ.
Malmfältet är 4.5 km i Ö-V riktning samt 2.5 km i N-S riktning och består av flera olika malmkroppar. I de N-NV delarna av fältet förekommer malmkropparna som linsformer i ett undulerande bälte och består mestadels av magnetit men det förekommer även kroppar av hematit samt en blandning av hematit och magnetit, dessa kan ofta vara bandade med apatit. Kropparna i de södra delarna är emellertid betydligt mer komplicerade med en mer invecklad veckad struktur. De enskilda kropparna består av magnetit och innehåller generellt en mindre mängd apatit än malmen i de NV delarna (Berman S. et al., 2001). Malmen omges av omkristalliserade felsiska till mafiska metavulkaniter av trachyandesitisk-ryolitisk sammansättning. Dessa benämns historiskt, och till viss del än idag, som leptiter (Figur 3.) (P. Geijer,1930). Förekomsten av texturer som amygduler samt fältspat- och kvartsfenokryster tros påvisa ett extrusivt ursprung. Detta förekommer, om än på ett fåtal ställen, på liknande sätt som i Kiirunavaaras värdbergarter, Kiruna-porfyrerna (Bergman S. et al 2001).
De mafiska bergarterna föreslås ha både ett intrusivt och ett extrusivt ursprung där vissa tros förekomma som gångar och sillar samt andra som extrusiva bergarter där man också kan se spår av plagioklasfenokryster samt amygduler. Dessa mafiska bergarter är ofta rika på biotit och är ibland skapolitomvandlade. I liggväggen förekommer gnejs innehållande sillimanit, muskovit och kvarts (Geijer P., 1930).
Granitiska gångar av både aplit och pegmatit förkommer i såväl malmen som sidoberget. Med pegmatiten följer ibland grovkornig apatit, hematit samt titanit (Geijer P., 1930, Martinsson et al., 2013). Även låg-kalkiga skarnmineral, främst hornblände, återfinns.
Flera typer av omvandlingar förekommer i de vulkaniska bergarterna samt i de deformerade intrusiva bergarterna. Dock har man inte funnit spår av omvandling i de odeformerade bergarterna.
K-fältspat är det mest utbredda omvandlingsmineralet och förekommer antingen som albit eller k- fältspat. Mineral som amfiboler och pyroxen förekommer och kan påträffas disseminerat eller som ådror men även stora massiva volymer definierat som skarn. Med denna skarnomvandling följer ofta en varierande mängd av magnetit, titanit samt pyrit och kopparkis om än mer sällsynt. Skapolit är
6 | S i d a ytterligare karakteristiskt för området men kan delvis vara fältspater eller andra sekundära komponenter (Martinsson O. et al., 2013).
Malmfältet är generellt påverkat av deformation samt metamorfos av låg amfibolitfacies där det lokalt i de västra delarna förekommit högre metamorfosgrad. Den högre metamorfosgraden är relaterad till en stor intrusion av Linagranit som intruderat norr om malmfältet. Man kan uttyda en ökande kornstorlek ju närmare intrusionen som bergarten ligger, vilket visar på en omkristallisering av omgivande berg. Malmområdet är starkt deformerat (Geijer P., 1930). Deformationen är i huvudsak plastisk och bergrunden är veckad, man kan urskilja väl utvecklade linjära strukturer.
Malmkropparnas utseende är resultatet av en utsträckning i 40 till 50 grader mot SSV (Martinsson O.
et al., 2004). Förekomsten av boudinage är relativt vanligt och förekommer i fältstupningsriktningen.
Även aplit- och pegmatitgångar ses ha liknande deformationsstrukturer (Geijer P., 1930). Malmens spricksystem domineras av två riktningar, den ena är parallell med lagringen och den andra är ungefär vinkelrät lagringen. Fältets struktur tyder på att området veckats i minst två omgångar (Bergman S. et al., 2001).
Figur 3. Geologisk karta över Malmbergets järnmalmsområde (modifierad från S. Bergman et al., 2001).
7 | S i d a
Fyndighetsbeskrivning
Apatitjärnmalm-ursprung
Apatitjärnmalm finns på ett fåtal platser i världen (Figur 4.). LKAB:s gruva Kiirunavaara var den första mineraliseringen att beskrivas vilket gjordes av Geijer 1910. Malmtypen kom att kallas för apatitjärnmalm av Kirunatyp (Lund C., 2013).
Figur 4. Apatitjärnmalmer i världen (Lund C., 2010).
Bildningssättet för apatitjärnmalm är ett omdiskuterat ämne och det finns ingen entydig teori. De två ursprungen som omdiskuteras är dels ett magmatiskt (Geijer, 1910, Park, 1961, Frietsch, 1984, Nyström & Henriquez, 1994, Henríques et al. (2003) och dels ett hydrotermalt ursprung (Parak, 1973, Hitzman et al. 1992, Sillitoe & Burrows, 2002.). Eftersom malmtypens olika egenskaper är svårförklarade för enbart ett ursprung har det senare framkommit en teori där en kombinerad process av magmatiskt och hydrotermalt bildningssätt förespråkas (Barton och Johnson, 1996, Martinsson, 2004, Naslund et al., 2002 ).
8 | S i d a
Tabell 1. De generella karaktärsdragen för apatitjärnmalm (Edfelt Å. 2007 )
Apatite-iron deposit (Kiruna type)
Age Paleoproterozoic to Pliocene-Pleistocene
Tectonic setting Intracratonic settings to subduction zones, emplacement related to regional fault zones
Host rock Calk-alkaline to alkaline volcanic rocks (andesite
to rhyolite)
Morphology Large disk-like bodies, vein systems,
impregnations, lava flows, pyroclastic material
Ore mineralogy (gangue) Magnetite-hematite-apatite (calcite, actionolite, diopsid)
Alterations Intensively altered, sodic-potassic-hydrolytic
Ore genesis Hydrothermal (magmatic or non-magmatic) in
some cases with evaporites as source for ligands
Fyndighetsgeologi
Flera olika malmtyper finns representerade i området. Dels finns det massiv malm, dels apatitrik malm men också breccierad malm. Malmmineralen består av magnetit men även hematit som endast förekommer i de västra delarna av malmfältet. Apatitbandning är vanligt förekommande i malmen och kropparna i den västra delen av fältet har i regel högre halt av apatit. Brecciering av malmen uppträder i sidoberget och i synnerhet runt malmkropparna i östra delen av malmfältet.
Magnetit, apatit och amfibol är de vanligaste mineralen i breccian. (Bergman S. et al., 2001).
Breccian kan vara tillplattad av deformation och övergår ibland till bandad malm (Geijer P., 1930).
Hematit finns i mindre mängd i jämförelse med magnetit och den uppträder både i form av egna malmkroppar men även som delar av kroppar tillsammans med magnetit. Malmbergsmalmen är i
9 | S i d a regel mycket rik på järn. Järnhalten varierar från malmkropp till malmkropp och är cirka 62% i de rikaste och cirka 49% i de fattigaste kropparna. Magnetiten består av enkelt konturerade korn med viss långsträckt form och med samma riktning som dess sidoberg. Strukturen är sekundär och uppkommen genom omkristallation. Kornstorleken är varierande och mestadels mellan 0,5–2 millimeter men porfyroblaster av magnetit kan förekomma i hematiten. Den relativt grova kornstorleken gör malmen lättanrikad. (LKAB, opubl.)
Tingvallskullemalmen är en massiv malmkropp som numera kan betraktas som ett samlingsnamn där flera olika namn är sammanslagna. Lars-, Sofia- och Vulkanmalmen har tillsammans fått namnet Tingvallskullemalmen efter Löjtnant Karl Thingvall. Densamme fick den första mutsedeln redan år 1735 (Nilsson G., 1999). Tingvallskulle började brytas i dagbrott kring sent 1800-tal och bröts ned till 720 m avvägning innan den ansågs som färdigutbruten under sent 1900-tal. (LKAB, opubl)
Processbeskrivning LKAB
När man utvinner mineral ur marken kan man tala om tre huvudsteg: Brytning Förädling Transport. Dessa tre steg kan i sin tur delas ned i ett antal delprocesser. För att kunna bryta malm måste vi i berget förbereda och bygga transportvägar och tunnlar, så kallade orter. Detta steg kallas tillredning.
När tillredningen är klar är det dags för rasborrning. Detta syftar till att borra hål igenom malmkroppen som sedan ska laddas med sprängämne. Borrningen sker i solfjäderformade kransar där åtta hål borras i taket på varje ort. När sedan hela orten är färdigborrad laddas dessa hål med sprängämne och sedan spränger man lös malmkroppen ur berget. Malmen rasar ned i det gravitationsflöde som bildas och rasmassor samlas vid varje ortsöppning. Därifrån kan malmen lastas ut och tippas ned i vertikala schakt för att genomgå krossning innan det slutligen skippas upp med hissar till markytan (Figur 5.).
Produkten som skippas upp har krossats till cirka 10 centimeters bitar och består mestadels av malm men även en del gråberg följer med från brytningsprocessen. För att slutligen få fram en produkt med hög järnhalt går all malm genom tre förädlingssteg: Sovring AnrikningPelletisering
Sovringsprocessen består av att separera malm från gråberg, sikta genom den krossade malmen för att endast en viss fraktion ska kunna gå igenom till nästa steg i förädlingskedjan. Vid för grov
10 | S i d a fraktion går detta material i retur för att ytterligare krossas en gång. Vid denna process höjs malmens järnhalt från ett ungefärligt värde av 45% Fe till cirka 62% Fe.
Nu är det sovrade godset färdigt för anrikning. Detta är en våt process där vatten tillsätts och bildar det som kallas för slurry. I detta steg går godset igenom malning och ytterligare magnetseparering för att slutligen få ut ett högt järnkoncentrat renat från oönskade ämnen som finns inuti malmen. Dessa ämnen gäller främst kisel, natrium, kalium och fosfor. Innan det slutliga koncentratet går vidare mot pelletisering tillsätts vissa kemiska ämnen för att slutpelletsen ska få de rätta egenskaperna (www.lkab.com).
Figur 5. LKAB:s produktionsprocess steg för steg. Skivrasbrytningens funktion illusteras i första bilden. Malmkroppen är det blå området på bilden (LKAB).
Skivrasbrytning
Skivrasbrytning är en brytningsmetod som utnyttjar gravitationsflödet för att tillgängliggöra sprängd malm för utlastning. När man bryter malmen är det via liggväggen som detta inledningsvis sker. Genom att driva en ort genom själva malmkroppen kan man med borrning och sprängning lossgöra all malm mellan två nivåer. Malmkroppens hängvägg blockas därefter stegvis upp när spänningen i berget förändras och följer med i gravitationsflödet (Figur 5.). Med den anledningen är
11 | S i d a det på liggväggsidan all infrastruktur som vägar, ventilation, schakt och liknande är placerad.
På engelska heter metoden Sub Level Caving. Metoden härstammar från USA där den första gången tillämpades i början av 1900-talet. Då borrades inte hela malmskivan mellan två nivåer upp utan den fick rasa in med hjälp av gravitationen. Med dagens borrningsteknik borras och sprängs hela skivan vilket innebär att dagens skivrasbrytning inte helt överensstämmer med den ursprungliga
innebörden även fast namnet delvis än är relevant.
Denna brytningsmetod lämpar sig bäst på relativt stora malmkroppar som är hårda, hållfasta och brant stupande. I malmberget stupar kropparna mellan 40-80 grader och omgivande sidoberg har gynnsamma egenskaper som lämpar sig för uppblockning. Kropparnas storlek gör dock att det i vissa
fall inte är en självklarhet att använda denna metod.
Det finns fler fördelar med metoden än det finns nackdelar. En av de största nackdelarna är gråbergsinblandningen där de ovanliggande gråbergsmassorna späder ut malmen med 10-35%
(Falksund H., LKAB, 2014 (opubl)).
Tabell 2 Skivrasbrytningens nackdelar respektive fördelar. (H.Falksund, LKAB, 2014 (opubl))
Fördelar Nackdelar
Flexibilitet – Metoden kan hantera förändringar i malmkonstruktionen allt eftersom undersökning pågår.
Medel till hög gråbergsinblandning.
Säker arbetsmiljö – Den största delen av arbetet sker under väl förstärkta förhållanden. Inga permanenta stora öppna rum.
Utlastningskritisk – Utlastningen anses påverka resultatet i relativt stor omfattning
Relativt kostnadseffektiv Stor omgivningspåverkan – deformationer vid markytan
Hög produktivitet – Storskalig brytning. Fler operationer på olika nivåer av samma kropp kan pågå parallellt.
Relativt högt utbyte (70-90%) – Inga pelare lämnas kvar.
12 | S i d a
Metod
För att kunna utreda hur mycket malm som eventuellt finns kvar är det nödvändigt att gå igenom information från tidigare utförda arbeten. Informationen gäller borrhål, gamla gruvkartor över olika nivåer i den aktuella malmkroppen samt utlastningsgränser. Detta ska sedan digitaliseras och föras in i LKAB:s databas Giron. Informationen gällande borrhålen kan då importeras in i programvaran Microstation för att vidare kunna skapa en översiktlig tredimensionell modell av malmkroppen.
Modellen kan ge information gällande halt samt hur stort tonnage det eventuellt kan röra sig om.
Underjordskartering är ett nödvändigt komplement till modelleringen, främst för att bekräfta och säkerställa den tidigare informationen om ej utbruten malm. En annan viktig anledning till undersökningar på plats i gruvan är kartläggning gällande hur mycket malm som självanrikats och kan finnas tillgänglig för utlastning i rasen.
Datainsamling och digitalisering
Projektet inleddes med att genomsöka äldre horisontella kartor över malmkroppens olika nivåer med syfte att lokalisera borrade diamantborrhål. Totalt genomsöktes 24 kartor från 350 meters nivå ned till 680 meters nivå. Varje borrhål var namngivna med ett identifikationsnummer, ett så kallat borrhålsnummer. Dessa identifikationsnummer återletades i arkiverade pärmar där borrhålen var sorterade i nummerordning. Pärmarna innehöll information om borrhålens litologi, analyser över Fe- och P-halt samt påhuggsdata med dess x-, y-, z-koordinater, borriktningen, borrningsvinkel samt djupen på de borrade hålen (Bilaga A). Informationen om varje borrhål digitaliserades och lades in i LKAB:s databas Giron för att sedan kunna hämta informationen till Microstation där modellen konstruerades. Många av borrhålen saknade information och vissa borrhål fanns redan digitaliserade. Av totalt cirka 450 borrhål digitaliserades 120 stycken.
Kartering
För att kunna bedöma om eller hur mycket av malmen som egentligen finns kvar utfördes en visuell kartering nere i gruvan. Det är både produktionsorter, fältorter och rasen i fältorter som är aktuella för karteringen. Hjälpmedel som användes var gruvkartor, avståndsmätaren Leica DISTOTM X310 (Figur 7.), samt magnet. Systematiskt karterades och kartlades varje huvudnivå.
13 | S i d a Med hjälp av gruvkartor som visar en layout över fält- och produktionsorter lokaliserades de tidigare utmärkta malmgränserna och varje fältorts ras bedömdes. En lasermätare användes för att lokalisera placeringen över de verkliga malmgränserna i förhållande till orternas placering. Vad gäller karteringen av rasen bedömdes raset utifrån mängden magnetit. Bedömningen gjordes utifrån tre klasser där raset antingen till största del består av magnetit, gråberg eller är blandat. Denna information kartlades och kunde därefter jämföras med den gamla karteringen som gjorts. De tillgängliga nivåer som undersökts och karterats är 512, 525, 540, 550, 581, 620, 640, 660, 680.
Figur 6. Layout över Tingvallskulle på 600m nivå (LKAB).
Figur 7. En fältort aktuell för undersökning. Samt bild på avståndsmätaren som användes.
Utbrutet område Den aktuella malmsliran för undersökning
14 | S i d a Modellering
En tredimensionell modell av den kvarvarande malmen skapades i Microstation för att lättare studera och avgöra tänkbara ekonomiska aspekter (Figur 8)
För att kunna redogöra den eventuella malmens ekonomiska fördelar behövs information om volym och halt. Detta arbete möjliggörs genom att digitalt bygga en tredimensionell bild över den eventuella malmen genom att koppla samman malmgränserna.
Först importerades alla aktuella borrhål som fanns borrade inom Tingvallskullemalmen. Information med påhuggskoordinat, borrhålets riktning och lutning, litologi samt analyser på Fe- och P-halt kan nu visualiseras i programmet. Inledningsvis kopplades de litologiska malmgränserna där magnetit med Fe-halter överstigande 50 procent ihop och bildade olika former, så kallade shapes. Därefter användes modelleringsmetoden triangulering för att sammankoppla dessa shapes. Trianguleringen skapar automatiskt en mängd trianglar av olika storlekar som tillsammans genererar en tredimensionell form. Modellen gav en ungefärlig indikation på hur stor malmkroppen är samt dess Fe-halt i medeltal nivå för nivå.
Figur 8. Figur över Tingvallskullemalmen. Markerat är den modellerade kroppen som skapats i detta projekt samt layoutnivå för 600 meters nivån och utbruten malm (flerfärgade).
15 | S i d a
Resultat
Resultatet från karteringen kan bekräfta den geologiska karteringen som tidigare gjorts. Den malmslira som enligt tidigare kartering kartlagts i fältorterna är till stor del fortfarande obruten på alla karterade nivåer. På nivåerna från 512 ner till 540 är produktionsorterna färdigutbrutna och endast något enstaka ras innehåller magnetit eller blandad magnetit och gråberg. På nivåerna 581 ner till 680 kan vi se blandad magnetit och gråberg i näst intill alla karterade ras. Den tidigare malmsliran löper både genom fältorterna samt produktionsorterna där den i båda fall fortfarande är obruten.
Den tredimensionella modelleringen av den kvarvarande malmen i Tingvallskulle skapades i mjukvaran Microstation (Figur 9). Resultatet från modellen utifrån den ekonomiska aspekten blir en antagen mineralresurs på totalt 927,2 kTon magnetitmalm med en Fe-halt i medeltal på 55,48%
(Tabell 3).
Tabell 3 Tonnage över den modellerade restmalmen nivå för nivå.
Nivå [m] Figur Tonnage [kTon] Fe-halt [%]
565-600 A 160,8 65,47
513-617 B 357,2 57,85
581-659 C 233,9 57,96
513-600 D 275,3 45,32
Total 927,2 55,48
16 | S i d a
Figur 9. Bild över de olika modellerade nivåerna.
Diskussion/ och slutsats
Malmmodellen som är skapad är inte byggd på en naturligt formad malmkropp utan formad av de rester som finns kvar efter utbrytning. Den skapade restmalmen vid Tingvallskulle visade på ett positivt resultat där ett tonnage av någorlunda betydande volym kunde bekräftas.
Trots detta så finns det en del tveksamheter som inte gör en brytning helt självklar. Min största avgränsning under projektets gång var inrasade skivor där jag på de flesta nivåer möttes av ett ras.
Bergets struktur var delvis folierat och någon typ av strukturtrend kunde uttydas genomgående på de olika nivåerna och tidigare pelare som gjutits för att öka stabiliteten vittnar om att bergkvaliten inte är av god hållfasthet. Det ostabila berget ökar mot djupet där berget lider av större strukturpåverkan. De inrasade skivorna begränsade till stor del mitt undersökningsområde och jag kunde inte få tillgång att undersöka allt det jag hade önskat. Det är kanske troligt att Tingvallskullemalmen delvis lämnats på grund av just dålig bergskvalitet. Vid nära alla nivåer är orterna synligt påverkade av spänningar med små ras från orttak och väggar som följd. Det gråberg som omger malmen är av låg hållfasthet och strukturen är synbart ”skivig”. Den bergmekaniska undersökningen som gjordes i samråd med LKAB:s bergmekaniker visar att en eventuell utbrytning
17 | S i d a blir problematisk om ens möjlig. Om man åter börjar bryta i malmkroppen är det mycket troligt att dessa gamla strukturer aktiveras och stora förstärkningsåtgärder skulle bli nödvändiga. Även om förstärkningsåtgärder vidtas bedöms risken för ras vara överhängande och en eventuell lönsamhet riskerar ett elimineras.
Projekt av denna typ leder inte alltid till positivt resultat men är ändå nödvändiga att göra för att kunna utesluta en eventuellt lönsam malm. En annan viktig aspekt tycker jag är tanken på hushållning av de naturresurser vi har. Det finns många gruvor som har varit i drift under många år och det faktum att brytningsteknik, anrikningsteknik och de flesta processer kontinuerligt ökar i effektivitet allt eftersom vi utvecklar nya tekniker och driver framgångsrik forskning gör projekt av denna typ relevanta.
Tingvallskulle är en del i ett större projekt inom LKAB där fler lämpliga malmkroppar ämnas kontrolleras. Jag rekommenderar att detta skall fullföljas och fortsättningsvis bör LKAB undersöka dessa äldre utbrutna malmkroppar och tillhörande rasmassor både med tanke på de ekonomiska aspekterna där malmen potentiellt blir väldigt lönsam samt ur ett miljömässigt perspektiv med avseende på hushållning av naturresurser.
18 | S i d a
Referenser
Bergman, S., Kübler, L., and Martinsson, O., (2001), “Description of regional geological and geophysical maps of northern Norrbotten county.”, Geological Survey of Sweden, Ba 56 Debras, C., (2010), ”Petrology, geochemistry and structure of the host rock for the Printzsköld ore body in the Malmberget deposit.”, Division of Geosciences and Environmental Engineering, Luleå University of Technology, 971 87 Luleå, Sweden.
Edfelt, Å., (2007), “The Tjårrojåkka Apatite-Iron and Cu (-Au) Deposits, Northern Sweden”
Division of Ore Geology and Applied Geophysics, Luleå University of Technology SE-971 87 Luleå, Sweden.
Falksund H., (2014), ”Processbeskrivning Skivrasbrytning”, LKAB, opubl.
Geijer, P., (1930), “Gällivare malmfält – Geologisk beskrivning.”, Geological survey of Sweden, Series: Ca, N:o 22.
LKAB, (2014), “Årsredovisning och hållbarhetsredovisning, 2014”, LKAB.
Lund, C., (2013), “Mineralogical, Chemical and Textural Characterisation of the Malmberget Iron Ore Deposit for a Geometallurgical Model”, Division of Geosciences and Environmental Engineering, Luleå University of Technology, 971 87 Luleå, Sweden.
Martinsson, O., Lund, C., Andersson, J., Debras, C., (2013), “Character and origin of the host rock to the Malmberget apatite iron ore, northern Sweden.”, In Lund, C: “Mineralogical, Chemical and Textural Characterisation of the Malmberget Iron Ore Deposit for a
Geometallurgical Model”, Division of Geosciences and Environmental Engineering, Luleå University of Technology, 971 87 Luleå, Sweden.
Martinsson, O. (2004), “Geology and Metallogeny of the Northern Norrbotten Fe-Cu-Au Province.”,
Society of Economic Geologists, Guidebook Series, Volume 33,
Martinsson, O., & Virkkunen, R. (2004). Apatite iron ores in the Gällivare, Svappavaara and Jukkasjärvi areas: day six field guide. In R. Allen, O. Martinsson, & P. Weihed (Eds.),
Svecofennian Ore-Forming Environments Field Trip Volcanic-associated Zn-Cu-Au-Ag and magnetite-apatite, sediment-hosted Pb-Zn, and intrusion-associated Cu-Au deposits in northern Sweden. (pp. 167-). Littleton, Colorado: Society of Economic Geologists. (Society of Economic Geologists Guidebook Series; No. 33).
Martinsson, O., (1997), “Paleoproterozoic greenstones at Kiruna in northern Sweden: a product of continental rifting and associated mafic-ultramafic volcanism.” In O. Martinsson:
Tectonic setting and metallogeny of the Kiruna Greenstones. Ph. D. Thesis 1997:19, Paper I,
49 p, Luleå University of Technology.
19 | S i d a
Nilsson, G., (1999), ”Idel Ädel Adel bakom namnen på Malmbergets malmer och utmål.”, Tryckparken AB Gällivare, ISBN 91-630-9056-2.
LKAB, http://www.lkab.com/sv/om-oss/Koncernoversikt/Foradling/, 2015/10 LKAB, http://www.lkab.com/sv/om-oss/Korta-fakta/, 2015/10
LKAB, http://www.lkab.com/sv/om-oss/Historia/, 2015/10
20 | S i d a
Bilagor
Bilaga A:
Ett exempel av borrprotokollen som digitaliserats.
21 | S i d a
22 | S i d a
