Malm och mineraler

 

Island blir 4 cm bredare varje år. Samtidigt pressas Indien ned under Himalaya och kommer så småningom att försvinna. Det är vår jordskorpa som konstant ombildas och förbrukas. På de ställen på jordklotet där detta sker är det vanligt med vulkaner och jordbävningar. En vulkan kan vara explosiv och spy ut gaser, aska och trögflytande lava. Den kan också ha ett lugnare utbrott med lättflytande lava. Det beror på om lavan kommer från en del av jordskorpan som innehåller mycket eller lite av atomslaget kisel (Si).

Jordskorpan består till största delen av syre (O), kisel (Si), aluminium (Al), järn (Fe), kalcium (Ca), natrium (Na), kalium (K) och magnesium (Mg) och därför är dessa också våra vanligaste atomslag. Jordskorpan innehåller också små mängder av basmetallerna koppar (Cu), zink (Zn) och bly (Pb). Basmetaller är sådana som används mycket i samhället. Dessutom finns mycket små mängder av metaller som kobolt (Co) och neodym (Nd). Dessa kallas sällsynta eller kritiska metaller. Det är just dessa metaller som behövs till våra mobiltelefoner, läsplattor, vindkraftverk och solcellspaneler. De sällsynta metallerna ligger i berggrunden som nålar i en höstack. Det gäller alltså att hitta och plocka ut dem.

Jordens kemiska byggstenar kallas mineral

Endast 12 atomslag förekommer i jordskorpan i koncentrationer högre än 0,1 viktprocent. Dessa 12 atomslag utgör 99 % av jordskorpans massa och ingår i de 30 vanligaste mineralen.

Ett mineral är ett oorganiskt fast material. Det har en specifik kemisk sammansättning och kristallstruktur och är naturligt bildat. Det har dessutom bestämda egenskaper, till exempel densitet. Ungefär 5000 mineral har hittills hittats i världen. De flesta mineral är föreningar som innehåller fler än ett atomslag, men det finns också mineral som är rena grundämnen, till exempel diamant och grafit som båda består av atomslaget kol.

Många av egenskaperna hos mineral beror på dess kristallstruktur och kemiska sammansättning. Mineral med jonbindningar och kovalenta bindningar är starka och hårda. Diamant är ett av de hårdaste mineral vi känner till. Mineral med svagare bindningar är betydligt mjukare. Talk består av tunna skikt som hålls ihop av svaga bindningar. Det är ett av de mjukaste mineral som finns. Det kan enkelt repas med nageln.

En bergart består av många olika mineral. Bergarten granit består till exempel av mineralen kvarts, kalifältspat och biotit.

syre 46,1 %
kisel 28,2 %
aluminium 8,2 %
järn 6,3 %
kalcium 4,1 %
natrium 2,4 %
magnesium 2,3 %
kalium 2,1 %
titan 0,6 %
väte 0,1 %
fosfor 0,1 %
mangan 0,1 %
En koncentration av metaller i berggrunden kan bilda en malm – eller inte

Mineral som innehåller värdefulla metaller kallas malmmineral. Med malm menas då metalliska mineral som vi hittar koncentrerade till sådana halter att de kan brytas ekonomiskt. Termen malm är alltså definierad från ett ekonomiskt perspektiv. Om det är en malm eller inte beror alltså inte bara på hur mycket det finns av metallen. Det beror också på hur dyrt den går att sälja och hur kostsamt det är att utvinna den.

För att vara en guldmalm måste halten i dagsläget ligga kring 1-2 gram per ton berg.

 

Mineral kan också bestå av värdefulla icke-metalliska beståndsdelar och kallas då industrimineral eller ballast. Grus och makadam som används vid byggen är exempel på ballast.

Sverige är en av Europas största metallproducenter, framför allt när det gäller järn (Fe) och zink (Zn). Dessa metaller kommer främst från de stora järnmalmsgruvorna i Norrbotten och från ett flertal gruvor i Västerbotten och Bergslagen.

 

Malm bryts antingen i dagbrott eller under jord. Vid gruvbrytning borras hål i malmen som fylls med flytande dynamit. Sedan sprängs malmen i mindre bitar.  Den brutna malmen krossas, mals och anrikas. Vid anrikningen separeras malmmineralen från det oekonomiska ”gråberget”. Detta kan göras till exempel genom att använda starka magneter för järnmalm, skakbord för guldmalm eller flotation för koppar-, zink- och blymalm. Flotation är en kemisk process där de värdefulla mineralen görs hydrofoba och fångas upp av luftbubblor. Därmed separeras de från de hydrofila gråbergsmineralen. Slutligen förädlas mineralen till ren metall, till exempel i ett smältverk.

Det finns många metaller och mineral i ditt vardagsliv

Kanske känner du igen namnen på några av våra vanligaste mineral? Till exempel kvarts och fältspat. Kvarts (SiO2) används för att tillverka glas. Fältspat (KAlSi3O8) används för att tillverka porslin. Mineralet baryt (BaSO4) används vid papperstillverkning och granat (Mn3Al2Si3O12) används till sandpapper. Halit (NaCl) använder vi som bordssalt och apatit som gödsel eftersom det innehåller fosfor som växter behöver. Detta är exempel på typiska industrimineral.

Koppar kan vi utvinna ur mineralet kopparkis (CuFeS2), zink ur zinkblände (ZnS) och järn ur magnetit (Fe2O3). Koppar hittar du till exempel i elkablar. Metallen zink används som rostskydd. Järn används för stålkonstruktioner. Omkring 80 % av alla grundämnen i periodiska systemet är metaller, och vi människor använder i stort sett alla på ett eller annat sätt. För att värna om vår miljö bygger vi vindkraftverk, solcellspaneler och elbilar. Till allt detta behövs sällsynta metaller. Sällsynta jordartsmetaller såsom cerium (Ce) och yttrium (Y) kan vi utvinna ur mineralet gadolinit. Namnet kommer av Johan Gadolin som år 1792 var den förste att upptäcka dessa grundämnen i ett mineral från Ytterby i Stockholms skärgård. Ytterby är den plats i världen som har flest grundämnen uppkallat efter sig. Yttrium, ytterbium, terbium och erbium är alla döpta efter Ytterby.

Metaller och industrimineral används till nästan allt vi har omkring oss. Metallen i diskbänken, kastrullen, mikrovågsugnen och bilen utvinns ur berggrunden. En människa kommer under sin livstid att använda omkring 1700 ton metaller och mineral. Vi kan minska behovet av att bryta nya metaller och mineral genom att återvinna, hitta ersättningsmaterial, och minska vår konsumtion. Jordens befolkning ökar dock och länder som nu lyfts ur fattigdom kommer sannolikt öka sin konsumtion. Det kommer därför behövas nya källor till metaller.

Quiz - Malm och mineraler

Koppar och zink är exempel på detta.

Dessa metaller används mycket i samhället.

Grus och makadam är exempel på...

Granit är ett exempel på en sådan.

Består av flera olika mineral.

Kemisk process där den värdefulla mineralen separeras från gråberget.

Kallas mineral som innehåller värdefulla metaller.

Kobolt och neodym är exempel på...

Till denna grupp av ämnen hör cerium och yttrium.

Upgifter - Malm och mineraler

Förklara och beskriv
  1. Vilka grundämnen finns i jordskorpan?

  2. Vad är en basmetall?

  3. Vilka metaller räknas till basmetallerna?

  4. Vad menas med kritiska metaller?

  5. Vad är ett mineral?

  6. Vad innebär ett oorganiskt material?

  7. Vad menas med kristallstruktur?

  8. Förklara vad densitet är.

  9. Förklara vad som gör ett mineral starkt och hårt.

  10. Förklara vad en jonbindning är.

  11. Förklara vad en kovalent bindning är.

  12. Vad är en bergart?

  13. Vad är en malmmineral?

  14. Termen malm är definierad från ett ekonomiskt perspektiv. Förklara vad som menas med det.

  15. Vad är det för skillnad mellan ett industrimineral och ett malmmineral?

  16. Vilka metaller bryts i Sverige?

  17. Vad är ett dagbrott?

  18. Vad innebär anrikning?

  19. Vad är skillnaden mellan hydrofoba och hydrofila ämnen?

  20. Vilka mineral är vanligast i Sverige?

  21. Ta fram ett periodiskt system och undersök vilka av ämnena som är metaller.

  22. Vilka av dessa metaller bryts i Sverige?

  23. Vad är så speciellt med orten Ytterby i Stockholms skärgård?

Argumentera och resonera
  1. Vilka likheter och skillnader finns det mellan grafit och diamant?

  2. Hur kan en koncentration av metaller vara en malm den ena dagen men inte den andra?

  3. Fundera över din dag. När har du varit i kontakt med metaller idag? Vilka metaller?

  4. Hur kan du bidra till att minska behovet av att bryta nya metaller och mineral?

Ta reda på
  1. Finns det någon gruva eller dagbrott i närheten av din skola? Vilka metaller och/eller mineral bryts där?

  2. Ta kontakt med ett gruvföretag och ta reda på om de har några kemister som arbetar hos dem. Vilka arbetsuppgifter har i så fall dessa kemister?