The copper sulphide mineralization of the Zinkgruvan Deposit, Bergslagen, Sweden

Abstract

At Zinkgruvan, Sweden, zinc, lead and silver are mined from a stratiform ore body. It is considered syngenetic and situated in metavolcanic and metasedimentary rocks. A fault, the Knalla fault, separates the Zinkgruvan deposit into two parts. In the western part, Knalla, the ore is severely deformed, whereas in the eastern part, Nygruvan, a distinct layering occurs. In the western part of Knalla, stratigraphically below the Zn-Pb-Ag-ore, a copper sulphide mineralization occurs, predominantly in a marble unit. According to plans mining of the mineralization will start in the coming years.

The study is devoted to determining the occurring ore minerals and their distribution. In addition, the host minerals of the elements As, Sb, Bi and Hg are determined. Optical microscopy and scanning electron microscopy including energy dispersive X-ray analyses are the main tools of the study.

The study has showed that the dominating ore minerals in the copper sulphide mineralization are chalcopyrite and cubanite. Sphalerite, magnetite, cobalt-rich pentlandite and other Fe-Ni sulphides are common. Breithauptite, cobaltite, valleriite, bornite and a number of smaller arsenic- and antimony containing minerals occur. The ore minerals mostly occur in aggregates of varying size but also as discrete grains. Most ore minerals occur as both. The main exceptions are the Fe-Co-Ni-sulphides which only occur in the aggregates and the As- and Sb– containing minerals (except for breithauptite and cobaltite), which normally occur as intergrowths outside the aggregates. The richer the mineralization is, the larger and more numerous are the aggregates. In the richest part of the mineralization, the amounts of ore minerals exceed the amount of host rock minerals. Most of the ore minerals occur both in the weakly and strongly mineralised samples. The number of different minerals does not increase with increasing degree of mineralization; merely the amounts of the ore minerals increase.

Cobaltite is the dominating As-containing mineral, but arsenopyrite and other minor As- and Sb- phases occur. Antimony foremost occurs in breithauptite but also in gudmundite, tetrahedrite and costibite. Bismuth mainly occurs as rounded grains in the host rock but rarely occurs as larger grains of metallic bismuth or as part of the mineral parkerite. Mercury has been proved in silver filled fractures. The two latter elements have a restricted distribution.
The chalcopyrite aggregates dominate the copper mineralization in most of the ore body, found in the carbonate horizon. In the underlying quartz-feldspar leptite sequence the degree of mineralization is low. Some parts of the marble have sections with different host-rock mineralogy, such as high content of skarn minerals. There, the ore minerals occurring differ from the normal.

Chemically most of the ore minerals are relatively constant in composition; no significant difference can be demonstrated among the three studied cores, irrespective of stratigraphic position. Exceptions are cobalt-rich pentlandite, sphalerite and tetrahedrite, where significant variations in composition have been proved.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: I området kring Zinkgruvan, ca 50 km söder om Örebro, har malm av olika slag brutits i flera hundra år. Själva Zinkgruvan öppnade för storskalig drift 1857. Zink, bly och silver bryts från skiktformade malmkroppar som bildades för ungefär 1.9 miljarder år sedan, då området var vulkaniskt aktivt. På havsbottnen avsattes lager av vulkanisk aska, sediment, karbonater och malmmineral. Malmmineralen fälldes ut då heta vattenlösningar, som cirkulerade i havsbottnen, kom i kontakt med havsvattnet.

I lagerföljden, under zink-blymalmen, finns en mineralisering av främst kopparsulfider som ännu inte har börjat brytas. Den återfinns bara i vissa delar av gruvan. En mineralisering innebär en ansamling av ekonomiskt intressanta mineral. Studien syftar till att undersöka de malmmineral som förekommer i mineraliseringen. För studien valdes prover ut från tre borrkärnor som korsar mineraliseringen. Av dessa tillverkades polerade tunnslip.

Malmmineralen studerades i optiskt mikroskop med reflekterande ljus, eftersom dessa mineral oftast inte är transparenta. Genom att bedöma färg och styrka på det reflekterade ljuset kan man identifiera mineral. Den mikroskopiska studien visar att det dominerande malmmineralet är kopparkis, följt av kubanit. Dessa är båda kopparsulfider. Malmmineralen återfinns främst som anhopningar, så kallade aggregat, i värdbergarten som är marmor. Andra mineral som är vanliga i aggregaten är zinkblände, magnetit och järn-nickelsulfider. Mineraliseringsgraden ökar gradvis mot de rikaste delarna. Den ökande mineraliseringsgraden innebär att aggregaten ökar i volym, men medför inte att fler malmmineral återfinns eller att mineralsamman¬sättningen ändras.

Malmmineralens kemiska sammansättning bestämdes med energidispersiv röntgenanalys i svepelektronmikroskop. Den kemiska sammansättningen är stabil för de flesta malmmineral i de olika proverna. Undantag är zinkblände, valleriit, tetrahedrit och koboltrik pentlandit. Exempelvis har stora korn av pentlandit högre halter av kobolt än små korn.

Abstract (Swedish)

I Zinkgruvan, Sverige, bryts zink, bly och silver ur en stratiform malmkropp. Denna anses vara
syngenetiskt avsatt och återfinns i metavulkaniska och metasedimentära bergarter. En förkastning, Knallaförkastningen,
delar malmförekomsten i två delar. Den västra delen, Knalla, är kraftigt deformerad medan den östra, Nygruvan,
har en väl utvecklad lagring. Stratigrafiskt under Zn-Pb-Ag- malmen i västra delen av Knalla finns en kopparsulfidmineralisering.
Denna är företrädesvis belägen i marmor. Brytningsstart planeras inom de närmaste åren.
I undersökningen skall de förekommande malmmineralen och deras fördelning bestämmas. Vidare omfattar studien
ett klarläggande av i vilka mineral grundämnena As, Sb, Bi och Hg återfinns. De huvudsakliga undersökningsmetoderna
utgörs av optiskt mikroskopering och svepelektronmikroskopering inklusive energidispersiv röntgenanalys.
Studien har visat att de dominerande malmmineralen i kopparsulfidmineraliseringen är kopparkis och kubanit.
Zinkblände, magnetit, koboltrik pentlandit och andra Fe-Co-Ni-sulfider är vanliga. Breithauptit, koboltglans, valleriit,
bornit samt ett antal mindre arsenik- och antimoninnehållande mineral återfinns. Malmmineralen sitter främst i
aggregat av varierande storlek, men återfinns även som enstaka spridda korn. De flesta malmmineralen kan återfinnas
på båda sätt. Undantagen är Fe-Co-Ni sulfider som enbart förekommer i aggregaten och As- och Sb- innehållande
mineral (bortsett från breithauptit och koboltglans) som normalt förekommer som kristaller invuxna i varandra
men utanför aggregaten. Desto rikare mineraliseringen blir, desto större och fler blir de aggregat i vilka
främst kopparsulfiderna är lokaliserade. I de rikaste delarna överväger mängden malmmineral mängden bergartsbildande
mineral. Vanligen kan de flesta malmmineral återfinnas i fattiga såväl som rika prov. Antalet olika mineral
som återfinns ökar inte med ökande malmhalt utan det är främst mängden av respektive mineral som ökar.
I mineraliseringen återfinns Arsenik främst i koboltglans men även i arsenikkis och andra As- och Sb-förande faser
som finns i små mängder. Antimon återfinns främst i breithauptit, men även i gudmundit, tetrahedrit och kostibit.
Vismut sitter som små droppformade korn i värdbergarten men även i ett fåtal fall som större korn eller som del i
mineralet parkerit. Kvicksilver återfinns i silverfyllda sprickor. De två senare elementen har, av vad studien kunnat
visa, en relativt begränsad utbredning.
Kopparkisaggregaten dominerar mineraliseringen i större delen av malmen, som är belägen i en karbonathorisont.
Kvarts-fältspatsleptit, som överlagras av marmorn, är mycket svagt mineraliserad. I vissa delar av marmorn finns
inlagringar av andra bergarter, t.ex. skarnbergarter. De malmmineral som återfinns där skiljer sig från det normala.
De flesta malmmineralen är relativt konstanta i sin sammansättning. Detta gäller både mellan de tre undersökta
borrkärnorna och inom en och samma borrkärna oavsett placering i stratigrafin. Undantag utgörs av koboltrik pentlandit,
zinkblände och tetrahedrit, där en signifikant kemisk variation har påvisats.

• author: Bjärnborg, Karolina
• supervisor: Anders Lindh; Lars Malmström
• organization: Department of Geology
• alternative title: Kopparsulfidmineraliseringen i Zinkgruvan, Bergslagen, Sverige
• year: 2009
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Zinkgruvan, copper sulphide mineralization, chalcopyrite, cubanite, kopparsulfidmineralisering, kopparkis, kubanit
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 240
• language: English
• additional info: Lars Malmström, Zinkgruvan Mining AB.
• id: 2303002
• date added to LUP: 2012-01-27 13:52:09
• date last changed: 2012-01-27 13:52:09