26. januar 2018

Avdekker sjeldne mineraler i dypet


Borer Kjell Johansen plukker ut kjerner etter at nye tre meter med berg er hentet opp fra cirka 800 meters dyp.
FEN: Fargerike spetter i kjerneprøvene antyder et variert innhold av sjeldne jordartsmetaller. De dype boringene i bergarten rauhaugitt i Fensfeltet i Telemark forsetter utover vinteren.

- Vi undersøker ressurspotensialet og leter etter mineraler som kan inngå i moderne og framtidig elektronikk, som smarttelefoner, el- og hybridbiler, vindmøller, PC-er og batterier, sier forsker og lagleder Henrik Schiellerup ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

Forskerne Jan Steinar Rønning og Henrik Schiellerup ser på kjerneprøver som nylig er hentet opp fra Fensfeltet.

Vulkansk aktivitet

Verden tar i bruk stadig flere elementer i det periodiske system. Sjeldne jordartsmetaller inngår i de fleste produkter som er nødvendige for det grønne skiftet. Etterspørselen øker, men så langt har Kina hatt tilnærmet monopol på utvinning og produksjon av de 17 metallene som regnes i denne klassen.

Forekomstene av sjeldne jordartsmetaller finnes først og fremst i fast fjell, men det forekommer også uttak fra løsmasser, såkalte placer-forekomster. De viktigste forekomstene i dag finnes imidlertid i karbonatitter – en gruppe bergarter som mest består av det myke mineralet kalsiumkarbonat. De representerer gamle tilførselsrør fra jordens mantel til vulkaner på jordoverflaten

Og det er akkurat inn i et sånt vulkansk rør selskapet GeoDrilling i vinter borer to 1000 meter dype hull. Arbeidet i det fem kvadratkilometer store Fensfeltet i Nome kommune i Telemark, blir gjort på oppdrag fra NGU og Regionsgeologen for Buskerud, Telemark og Vestfold. Bergartene i Fensfeltet ble presset opp i jordskorpa under vulkansk aktivitet for omtrent 580 millioner år siden.

Boringene skjer ved den nå nedlagte Fen skole og øst for den videregående skolen på Søve ved Ulefoss. Her er borer Kjell Johansen (t.v.) og hjelpemann Leif Anders Grue ved riggen.

13 tonn med kjerner

Borer Kjell Johansen øker turtallet og presser den roterende borestrengen nye meter nedover i fjellet. Hullet som borekrona etterlater seg er vel 7,5 centimeter i diameter. Kjernene som blir trukket opp måler 5,6 centimeter i diameter og har en lengde på tre meter. Til sammen handler det om fem måneders boring i 12 timer hver dag. Resultatet blir 13 tonn med kjernemateriale og 12 tonn med boreslam.

- Hver kjerne blir inspisert og geologisk beskrevet på stedet. Senere blir alle kjernene sendt til et finsk selskap for fotografering i en såkalt hyperspektral skanning. Tilbake på NGU i Trondheim skal bergarts- og mineralsammensetningen undersøkes og beskrives. Til sammen vil vi få et bilde på om forekomsten av sjeldne jordartsmetaller i Fensfeltet er egnet til framtidig drift, forteller Henrik Schiellerup.

Hans kollega, prosjektleder Jan Steinar Rønning, forteller at det også skal gjennomføres en rekke målinger i borehullene, blant annet en kontinuerlig logging av konsentrasjonene av de naturlig radioaktive elementene uran, thorium og kalium.

- I tillegg skal vi modellere temperatur, varmeproduksjon og variasjoner i varmstrømmen i fjellet. Når vi først borer så mye, skal vi undersøke det vi kan, sier han.

Her i disse containerne blir boreslammet samlet opp før det deponeres i et anlegg ved Hamar.

Omfattende kartlegging

Det var i fjor vår at regjeringen bevilget åtte millioner kroner til undersøkelser av det som kan være en av Europas største forekomster av sjeldne jordartsmetaller i Fensfeltet. Pengene ble bevilget på bakgrunn av omfattende kartleggingsarbeid på overflaten ledet av Regiongeologen og støttet av NGU, og etter en iherdig politisk innsats fra regionale og lokale politikere i Telemark.

Området har hatt gruvedrift siden 1650-årene. Her ble det utvunnet jernmalm fram til det ble økonomisk ulønnsomt på 1920-tallet. Senere ble grunnstoffet niob utvunnet, et stoff som blant annet blir brukt i stållegeringer for å gjøre stålprodukter smidige, støpbare og tåle høye temperaturer. Denne virksomheten ble nedlagt på 1960-tallet.

Forsker Jan Steinar Rønning viser fram en kjerneprøve med fargerike innslag av sjeldne jordartsmetaller.

Deponering av boreslam

Berggrunnen i Fensfeltet inneholder også naturlig radioaktive elementer, noe som gjør at boringene som pågår blir utført med nødvendige miljøtiltak, som oppfanging og deponering av boreslam, og filtrering av borevann.

- Vi har målt det radioaktive innholdet både i lufta, i kjernekassene og i boreslammet. Ingenting tyder på at arbeidet innebærer noen helse- eller miljørisiko, sier Jan Steinar Rønning.

Kan disse dype kjerneprøvene vise at Fensfeltet inneholder drivverdige forekomster av sjeldne jordartsmetaller?
Eksempler på bruk av sjeldne jordartsmetaller
  • Yttrium: I lasere, TV- og dataskjermer
  • Lanthan: I batterier til hybridbiler
  • Promethium: I selvlysende maling
  • Europium: Gjør euro-sedlene fluoriserende
  • Samarium: Fanger nøytroner i atomreaktorer
  • Gadolinium: I kontrastvæske for MR-røntgen
  • Neodym: I supermagneter til vindmøller
  • Cerium: I katalysatorer
  • Dysprosium: Gjør at supermagneter kan tåle varme