Hanna Junttila: Kairasydänskannaus malminetsinnän ja kaivostoiminnan tukena

LIBS:llä saa helposti ja nopeasti selville esiintymän geokemian ja mineralogian

Kairasydänskannaus on hiljalleen vakiinnuttamassa paikkaansa analyysimenetelmänä muiden joukossa. Menetelmiä on useita, kuten on myös laitevalmistajia ja palveluntarjoajiakin. Suomessa ehkä parhaiten tunnettuja kairasydänten skannausmenetelmiä ovat hyperspektrikuvantaminen sekä LIBS- ja XRF-skannaus. Lähes kaikissa kaupallisissa ratkaisuissa on mineralogian ja/tai kemiallisen koostumuksen lisäksi mahdollisuus ottaa korkearesoluutioiset valokuvat kairasydämistä.

Kuva 1: LIBS toimii teoriassa kaikille alkuaineille. Lumo Analyticsin alkuaine- ja mineraalikirjasto laajenee jatkuvasti uusien referenssinäytteiden myötä.

LIBS:n (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) etuna muihin menetelmiin nähden on se, että sillä saa sekä alkuaine- että mineraalikoostumuksen samalla kertaa, mikä vähentää tarvetta laboratorioanalytiikalle, erityisesti kaivoksissa. Menetelmä perustuu fokusoidun laserin avulla muodostettuun mikroplasmaan, jonka säteily analysoidaan spektrometreillä. Jokainen alkuaine tuottaa sille ominaisen spektripiikin tietyllä valon aallonpituusalueella (200-1000nm), minkä ansiosta menetelmä soveltuu alkuainepitoisuuksien tarkkaan määrittämiseen. Yhden mittauspisteen alkuainejakauman perusteella pystytään laskennallisesti määrittämään myös mineraalit. LIBS eroaa esimerkiksi XRF:stä siten, että sen avulla voidaan luotettavasti määrittää myös kevyet alkuaineet, kuten litium (Li) [Kuva 1]. Lumo Analyticsin laite tekee jopa 1000 mittausta sekunnissa, ja tyypillinen resoluutio on noin 100 000 mittauspistettä metrille. Pienempikin resoluutio riittää luotettavaan numeeriseen tarkasteluun, mutta mittauspisteiden määrää kasvattamalla saadaan näyttäviä visualisointeja, ja vertailu muihin kemiallisiin analyysimenetelmiin helpottuu.

Lumo Analyticsin LIBS-teknologiaan perustuva kairasydänskanneri on helposti liikuteltavissa ja se voidaan integroida osaksi loggausprosessia [kuva 2]. Skannausnopeus on sellainen, että laite pysyy helposti kairakoneen tahdissa, joten sitä mukaa kuin kiviä tuodaan loggaustiloihin, ne voidaan puhdistuksen jälkeen skannata ennen loggaamista. Parhaimmillaan tällainen lähestymistapa voi johtaa jopa siihen, että kairareikä lopetetaan suunniteltua aikaisemmin ja siirretään muualle, kun mineralogian perusteella voidaan jo varhaisessa vaiheessa päätellä, ettei tulla osumaan mineralisaatioon tai mineralisaatio tuli jo lävistetyksi.

Kuva 2: Lumo Analyticsin skannerissa on luukut molemmissa päissä, jolloin se on helppo integroida loggausprosessiin. Laite mahtuu isoon pakettiautoon.

Sovelluskohteita voi olla sekä malminetsinnässä että kaivoksella

Teknologiana LIBS on yksi harvoista, ellei ainoa, jolla saa nopeasti ja luotettavasti mitatuksi litiumpitoisuuden kivestä. Sitä onkin käytetty litiumin etsinnässä menestyksekkäästi. Kun laboratoriossa tehdyt kemialliset analyysit kertovat koko kiven litiumpitoisuuden, niin kairasydämet skannaamalla saadaan helposti tietää myös se, missä mineraaleissa litium on. Mineralogian tunteminen on olennaista, kun lähdetään tekemään rikastettavuuskokeita. Varsinkin vaaleasta kivestä on kuitenkin usein hankalaa erottaa eri mineraalit toisistaan. Kun kivet on skannattu ja niistä saadaan mineraalijakaumat, voidaan nähdä, että kaikki valkoinen kivi ei olekaan helposti rikastettavaa spodumeenia, vaan jotakin muuta litiummineraalia kuten esim. montebrasiittia [kuva 3].

Kuva 3: Litiumpitoista vaaleaa kiveä. Montebrasiitti nostaa kiven Li-pitoisuutta, mutta sitä ei pystytä rikastamaan.

Sama haaste on myös hyvin tummien kivien geokemiassa ja mineralogiassa. Arvokkaiden alkuaineiden määrä voi olla suurikin, mutta ne ovat sitoutuneina sellaisiin mineraaleihin, joista ne ovat joko erittäin vaikeita tai jopa mahdottomia rikastaa. LIBS:n avulla voidaan myös erotella eri sulfidifaasit toisistaan [kuva 4]. Tämä auttaa malmin mallintamisessa. Kun eri malmityypit pystytään identifioimaan lähes reaaliaikaisesti, voidaan rikastamon syötettä optimoida myös lähes reaaliajassa, jolloin jauhatukseen menee vähemmän ei-toivottua materiaalia ja kustannuksia saadaan pienemmiksi. Lisäksi tieto mineralogiasta auttaa ennakoimaan kulutusosien kestävyyttä paremmin.

Kuva 4: Esimerkki sulfidien jakaantumisesta kivessä alkuaine- ja mineraalikarttoina

Kun kivistä tiedetään niiden alkuaine- ja mineraalikoostumus sekä raekoko, voidaan arvioida niiden louhinnasta ja rikastuksesta aiheutuvia ympäristövaikutuksia tai vaikkapa sivukiven hyötykäyttömahdollisuuksia.

LIBS on teknologiana jo yli 60 vuotta vanha, mutta vasta laskentatehon kasvaminen on mahdollistanut nopean analysoinnin. Sitä kautta käyttö on alkanut yleistyä myös kaivosteollisuudessa. Teknologian etu on myös sen edullinen hinta suhteessa muihin analysaattoreihin. Parhaimmillaan kairasydänskannaus helpottaa geologien työtä tehostamalla ja yhtenäistämällä loggausta. Lopputulemana jokainen ymmärtää esiintymää paremmin, mikä auttaa päätöksenteossa projektin eri tasoilla ja eri vaiheissa. ▲

HANNA JUNTTILABUSINESS DEVELOPMENT MANAGER & SENIOR GEOLOGIST, LUMO ANALYTICS

Lumo Analytics

Lumo Analytics on Helsingissä vuonna 2021 perustettu yhtiö, joka tarjoaa kairasydänten skannausratkaisuja palvelumallilla.

LIBS-teknologiaan perustuva kairasydänskanneri:

• Nopeat alkuaine- ja mineraalimittaukset ilman muuta näytteen esikäsittelyä kuin puhdistus.

• Kuka tahansa voi operoida laitetta lyhyen käyttökoulutuksen jälkeen.

• Voidaan käyttää normaaleissa loggaustiloissa.

• Näytteet voivat olla kokonaisia tai sahattuja kairasydämiä, mursketta tai jopa hiekkaa (kuten RC näytteitä).

• Jopa 1000 mittausta sekunnissa ja skannausaika 5-60 minuuttia per kaidasydänlaatikko resoluutiosta riippuen.

• Korkealaatuinen 3D-pistepilvi ja RGB-kuvat.