Jern, titan og jernlegering

Jern er det nest vanligste metallet på jorda og forbrukes i store mengder. Titan brukes i stållegeringer og rustfritt stål, mens jernlegeringsmetallene gir forskjellige egenskaper til stål og støpejern.
Hematitt og båndet jernmalm fra Rana (de to til venstre), jernoksid brukt som fargestoffet falunrødt (midten bak) og hematitt fra Hamarøy (høyre) og jernpellets fra Kiruna (midten foran). Foto: Solveig Hegstad Sørensen

Jern (Fe)

Jern er et av de vanligste bergartsdannende grunnstoffene og utgjør omtrent 5 % av jordskorpa. Det er det fjerde vanligste grunnstoffet etter oksygen, silisium og aluminium. Jordas indre inneholder betydelig større mengder jern enn jordskorpa og kjernen består hovedsakelig av en legering av nikkel og jern. Jern er helt uunnværlig i den moderne sivilisasjonen og vi forbruker store mengder. Statistikk fra Mineral Information Institute forteller at hvert menneske i den vestlige verden forbruker 15 tonn jernmalm i løpet av sin levetid.

Mennesket lærte seg å bruke jern for mer enn 3000 år siden. Bruken ble derimot ikke utbredt før teknikker for herding ble allment kjent i løpet av jernalderen. Storskala drift startet da smelteovnene kom i alminnelig bruk på 1300-tallet. Det globale forbruket fortsetter å øke kraftig den dag i dag. I de seinere år er forbruket særlig drevet av positiv økonomisk vekst i asiatiske land, spesielt i Kina og India.

De første spor av jernfremstilling i Norge stammer fra omkring 500 år f. Kr., basert på myrmalm som råstoff. Gruvedrift i fast fjell har antakelig vært drevet fra rundt 800-tallet. Denne driften tok til for alvor fra midten av 1500-tallet da en rekke gruver og jernverk ble startet på Østlandet og Sørlandet. I dag (2015) produseres jernmalm i Norge fra forekomster i Rana i Nordland, Sydvaranger i Finnmark og, som biprodukt, fra Tellenes ilmenittgruve i Rogaland.

Geologiske prosesser har konsentrert en liten del av jordskorpas jern i forekomster som kan inneholde opptil 70 % jern. Jernmalmer er bergarter som det kan tas ut metallisk jern fra med økonomisk utbytte. Malmene inneholder vanligvis jernmineralene magnetitt (Fe3O4) eller hematitt (Fe2O3). Magnetitt er sterkt magnetisk, en egenskap som blant annet brukes i leting etter jernmalm.

Titan (Ti)

Grunnstoffet titan ble ikke oppdaget før på 1790-tallet og var et kostbart metall å fremstille. Rent titanmetall ble første gang laget i 1910, men først i 1946 fant man en metode som muliggjorde industriell produksjon. Det ble regnet som et strategisk element under den kalde krigen, og utvikling av nye bruksområder ble blant annet drevet fram av romfartsindustrien.

Titan brukes i stållegeringer (ferro-titan), i rustfritt stål (for å minske karboninnholdet), og legeres blant annet med aluminium, vanadium, kobber, jern, mangan, molbybden og andre metaller. Valsede produkter som plater, barrer, wirer etc., kan brukes til en rekke formål innen industri, romfart, luftfart, medisin (som implantater og til instrumenter), sportsutstyr med mer.

Titanmetall (99,2 % renhet) er nesten like sterkt som stål og omlag halvparten så tungt. Videre er titanmetall 60 % tyngre og dobbelt så sterkt som de vanligste aluminiumslegeringene. Titan har meget god motstandsevne mot korrosjon og reagerer svært sakte med vann og luft. Titanmetall brukes derfor blant annet i medisinsk utstyr og implantater, golfkøller og klokker.

Titan er alltid knyttet til andre elementer i naturen, og foruten mineralene anatas, brookitt, ilmenitt, perovskitt, rutil og titanitt finnes det også sammen med en rekke jernholdige mineraler.

I Norge finnes store forekomster av både ilmenitt og rutil. Ilmenitten som brytes i Sokndal i Rogaland går til industrimineralformål. Les mer om titan under industrimineraler.

Jernlegeringsmetaller

Jernlegeringsmetaller gir forskjellige egenskaper til stål og støpejern. De viktigste er krom (Cr), mangan (Mn) og silisium (Si), samt vanadium (V) og wolfram (W). Mangan er nødvendig i de fleste typer stål og krom gjør stålet rustfritt.

Krom (Cr)

Kromitt (mørk) i dunitt fra Leka. Enkelte lag inneholder platinagruppens elementer (PGE).
Kromitt (mørk) i dunitt fra Leka. Enkelte lag inneholder
platinagruppens elementer (PGE).

Krom er et hardt metall med et høyt smeltepunkt. Det brukes innen metallurgisk industri i legeringer, blant annet rustfritt stål, til forkromming, som grønt pigment, i boreslam, med mer.

Krom utvinnes fra kromitt (FeCr2O4). Det finnes forekomster i Norge som har vært utnyttet for kromitt, men alle kjente forekomster er for små til å være økonomisk aktuelle pr 2015.

Mangan (Mn)

Mangan er et hardt paramagnetisk metall som lett oksideres. Det er viktig i jern- og stålproduksjon, og 85-90 % av verdensproduksjonen brukes her. Mangan er en nøkkelbestanddel i billig rustfritt stål og er mye brukt i aluminiumlegeringer. Det har en rekke anvendelser innen kjemisk industri som tilsetning i blyfri bensin for å øke oktantallet og redusere motorbanking.

Mangan forekommer vanligvis i mineralet pyrolusitt (MnO2) eller i mindre grad i rhodocrositt (MnCO3). Drivverdige manganforekomster finnes ikke i Norge.

Nikkel (Ni)

Nikkel er et metall som hovedsakelig brukes i stållegeringer og i spesielle legeringer med kobber, molybden og krom. Det brukes også til fornikling for å hindre korrosjon på andre metallflater.

ikkelholdige mineraler. Pentlanditt fra Pechenga i Russland (bak til venstre). I front, en pentlanditt og til høyre en prøve som inneholder bl.a. magnetkis, kobberkis og pentlanditt. Begge er fra Flåt i Agder. Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU
Nikkelholdige mineraler. Pentlanditt fra Pechenga i
Russland (bak til venstre). I front, en pentlanditt
og til høyre en prøve som inneholder
bl.a. magnetkis, kobberkis og
pentlanditt. Begge er fra Flåt i Agder.
Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU

Nikkel-metall fremstilles fra nikkel-kobber-sulfid-konsentrater av malm fra magmatiske bergarter og fra nikkel-oksider i lateritt. Laterittforekomstene er dannet ved dypforvitring av ultramafiske bergarter i et tropisk klima.

De viktigste nikkel-kobber-sulfid-forekomst-typene er knyttet til områder med vulkansk aktivitet, større  mafiske intrusiver og, i et tilfelle, et mafisk intrusiv tilknyttet asteroidenedslag..Vulkanittene kan være forekomster i kontinentskjold (kratoner) knyttet til flombasalter og forekomster langs spredningsrygger med tholeittiske basalter, komatiitt og intrusjoner av tholeittisk magma. Forekomster knyttet til flombasalter kan også være svært rike på platinametaller.

Norge har lange tradisjoner når det gjelder forskning på og utnyttelse av nikkel-kobber-sulfid-forekomster. Pentlanditt, hovedmineralet i nikkel sulfidforekomstene, ble beskrevet først i prøver fra Espedalen i 1845 av T. Scheerer, professor i metallurgi ved Universitetet i Kristiania. Flere forekomster i Sør-Norge ble gjenstand for drift på 1800-tallet, og i perioden 1874-76 var Norge verdens viktigste produsent av nikkel. Oppdagelsen av lateritt-forekomstene, ikke minst i Ny Kaledonia, førte til en nedgang i norsk produksjon, men de største forekomstene i Sør-Norge ved Flåt og Hosanger ble, med unntak av korte perioder, drevet frem til 1945.

Det har vært flere perioder med omfattende prospektering på nikkelforekomster i Norge etter andre verdenskrig, med innsats fra både norske og utenlandske selskaper. Bruvann nikkel-kobber-forekomst i Råna-feltet i Ofoten ble drevet fra 1988 til 2002. I 2012 ble det produsert 1,89 millioner tonn nikkelmetall. Filippinene og Indonesia som er henholdsvis nr. 1 og 3 produserer fra laterittforekomster (kilder: INSG, BGS). Tre av de viktigste produsentlandene, Russland (nr. 2), Australia (nr. 4) og Kanada (nr. 5) produserer nikkel fra sulfidforekomster.

Silisium (Si)

Silisium er et halvmetall og er jordskorpens nest mest utbredte grunnstoff (28%) (etter oksygen – 47%). Det opptrer vanligvis i form av metallførende silikater eller som kvarts/silika (SiO2).

Silisium inngår i mange legeringer, og omlag 45 % av verdensproduksjonen i 2010 inngikk i aluminium-silisium-legeringer til bilindustrien. Rent silisium brukes også til å produsere ultra-ren silisium til halvledere i blant annet fotoelektriske celler og trykte kretser i mikroprosessorer, fotonikk og i Raman-lasere for å lage koherent lys, LCD-skjermer og solceller. Det er også en viktig bestanddel i visse ståltyper og brukes til støpjernsproduksjon i form av ferrosilisium, en legering mellom jern og silisium som består av 15-90 % silisium.

Omlag 40 % av verdens silisiumproduksjon går til silikon og silikon-baserte kjemikalier. Resten brukes i ulike typer glass, sement og keramikk, samt silisiumkjemikalier som inngår i en rekke produkter.

Du kan lese mer om silisium under industrimineraler og kvarts og kvartsitt.

Vanadium (V)

Vanadium er et mykt metall med god motstandsdyktighet mot korrosjon av alkalier, svovelsyre og saltsyre. 80 % av alt vanadium som produseres, brukes i ferrovanadium eller som tilsetning i blant annet rustfritt stål til bruk i kirurgiske instrumenter og verktøy og blandet med aluminium i titanlegeringer til bruk i jetmotorer. Det er en viktig karbidstabilisator i stålproduksjon og brukes i brenselsceller og batterier.

Vanadium finnes i en rekke mineraler og forekommer blant annet i titanholdig magnetitt, fosfatbergarter, uranrike sandsteiner og siltsteiner og bauxitt. Det utvinnes vanligvis som biprodukt fra raffinering av petroleum.

I Norge finnes vanadium i titanjernforekomster en rekke steder på Vestlandet og Sørlandet, samt i Bjerkreim-Sokndal-intrusjonen i Rogaland og Selvåg intrusjonen i Vesterålen.

Ordet vanadium kommer av Vanadis, et annet navn på den norrøne gudinnen Frøya.

Wolfram (W)

Wolfram er et hardt og tungt metall kjent for sine robuste fysiske egenskaper og et meget høyt smeltepunkt (3422 °C) (det høyeste blant metallene). Det brukes blant annet i hardmetall (HSS) i verktøy (for eksempel hardmetallbor) og i superlegeringer for høytemperaturformål og med høy korrosjons-/oksidasjonsmotstand. Eksempler på andre bruksområder er i komposittmaterialer, katalysatorer, glidemidler, ammunisjon som alternativ til utarmet uran i panservernsvåpen, tig-sveising, kretskort, elektronmikroskop, glødetråd i lyspærer og som bestanddel i wolframkarbid.

Glødelyspære med wolframtråd. Til høyre, en scheelitt-førende granat-diopsid-skarn fra Nordland. Foran: Wolframitt fra Rogaland. Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU
Glødelyspære med wolframtråd. Til høyre, en
scheelitt-førende granat-diopsid-skarn fra Nordland.
Foran: Wolframitt fra Rogaland.
Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU

I naturlig tilstand finnes wolfram blant annet i mineralene wolframitt og scheelitt.

Scheelitt (CaWO4) opptrer i kalksilikat-rike bergarter flere steder i Norge. Slike omfatter scheelitt-førende skarn bestående av Ca-rik granat og pyroksen som det er vanlig å finne langs kontakten av granitter spesielt i den kaledonske fjellkjede i Nordland og i Oslofeltet. Den mest kjente skarnforekomsten er Målvika på nordsiden av Tosenfjorden i Brønnøy kommune.

Wolframitt ((Fe,Mn)WO4) er tilsynelatende mindre utbredt i Norge enn scheelitt. Wolframitt finnes gjerne utfelt på kvarts og feltspat årer i toppen av granitter slik som i Drammensgranitten hvor mineralet opptrer sammen med vismutglans. Årebundet wolframitt ble under annen verdenskrig utvunnet i Ørsdalen gruve i Bjerkreim kommune i Rogaland.

Molybdenglans fra Troms og molybdenkonsentrat fra Knaben i Vest-Agder. Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU
Molybdenglans fra Troms og molybdenkonsentrat fra Knaben i Vest-Agder. Foto: Solveig Hegstad Sørensen, NGU