El complejo carbonatado de Siilinjärvi se encuentra en el centro de Finlandia, cerca de la ciudad de Kuopio . Recibe su nombre de la cercana ciudad de Siilinjärvi , situada aproximadamente a 5 km al oeste de la extensión sur del complejo. Siilinjärvi es el segundo complejo carbonatado más grande de Finlandia después de la formación Sokli , y una de las carbonatitas más antiguas de la Tierra con 2610 ± 4 Ma. [1] El complejo carbonatado consiste en un cuerpo lenticular de inclinación pronunciada de aproximadamente 16 km de largo rodeado de gneis de granito. El ancho máximo del cuerpo es de 1,5 km y la superficie es de 14,7 km 2 . El complejo fue descubierto en 1950 por el Servicio Geológico de Finlandia con la ayuda de recolectores de minerales locales. La perforación de exploración comenzó en 1958 por Lohjan Kalkkitehdas Oy. Typpi Oy continuó con las perforaciones entre los años 1964 y 1967, y Apatiitti Oy lo hizo entre 1967 y 1968. Después de las perforaciones, se realizaron los trabajos de laboratorio y de planta piloto. La mina fue inaugurada por Kemira Oyj en 1979 como una mina a cielo abierto. La operación fue vendida a Yara en 2007. [2]
La mina de apatita de Siilinjärvi es la mina a cielo abierto más grande de Finlandia. Actualmente, la mina consta de dos pozos: el pozo más grande, Särkijärvi, al sur, y el pozo satélite más pequeño, Saarinen, al norte. El pozo Särkijärvi tiene aproximadamente 250 m de profundidad, con una altura de banco de 28 m. [3] El pozo Saarinen está ubicado a unos 5 km al norte del pozo principal Särkijärvi. [4]
La tasa de voladura total en la mina es de 600 kt por semana, 450 kt desde el tajo Särkijärvi y 150 kt desde el tajo Saarinen. Casi todas las rocas de la serie glimmerita - carbonatita son rocas de calidad mineral; las fenitas y las diabasas transversales son rocas de desecho. Sin embargo, hay algunas vetas de carbonatita tardías pobres en apatita y ciertos bloques de carbonatita-glimmerita con < 0,5 % en peso de P2O5 . Se desconoce la razón por la que estos bloques están desprovistos de apatita, pero podría estar relacionado con el metamorfismo y el flujo de fluidos. [5]
La mina de Siilinjärvi es la única mina de fósforo en funcionamiento en la Unión Europea . Desde 1979, se han extraído más de 400 Mt de roca, de las cuales aproximadamente el 65% es mineral. Para el año 2016, la mina había producido 24,7 Mt del producto principal, apatita. Las reservas de mineral fueron de 205 Mt en enero de 2016. La producción actual es de aproximadamente 11 Mt de mineral por año, mientras que la ley promedio in situ es de 4,0 % en peso de P 2 O 5 . [6] Aproximadamente el 85% del concentrado de apatita se procesa en el sitio en Siilinjärvi para producir ácido fosfórico y fertilizantes, el resto del concentrado se utiliza en otras fábricas de la empresa. Los subproductos son concentrados de mica y calcita. [7] El concentrado de apatita se produce por flotación en el concentrador cerca del pozo de Särkijärvi. El concentrado puede luego procesarse para obtener ácido fosfórico utilizando ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico se obtiene actualmente de la pirita de la mina Pyhäsalmi . [8]
El lecho rocoso circundante de la intrusión de Siilinjärvi es del Arcaico , aunque el límite entre el lecho rocoso Arcaico y el Paleoproterozoico está cerca. Las rocas paleoproterozoicas más cercanas pertenecen al área de esquisto negro de Savo del Norte . [9]
La intrusión de glimmerita - carbonatita en Siilinjärvi se encuentra en la parte sureste del terreno de granito - gneis de Iisalmi . [10] El terrane registra algunos de los eventos Arcaicos más jóvenes y más antiguos en el Escudo Fennoscandiano , la intrusión de Siilinjärvi de 2,6 Ga y casi 3,2 Ga mesosomas encontrados en granulitas . [11] Los estudios sísmicos han demostrado que el espesor de la corteza dentro del terrane de Iisalmi es inusualmente grueso, unos 55-60 km. [12] El espesor de los terrane se debe a varios procesos, como el apilamiento de empuje durante la colisión Svecofenniana y la subcapa posterior a la colisión. En el nivel de erosión actual, la parte occidental del terrane está principalmente metamorfoseada en facies de esquisto verde durante la orogenia Svecofenniana. [13]
El tipo de roca dominante que rodea el área de Siilinjärvi es un gneis granítico con textura y, en cierta medida, mineralogía variables. Los principales minerales son feldespato plagioclasa , cuarzo , feldespato microclinal , biotita y hornblenda . El gneis granítico circundante se extiende unos 100 km al norte de Siilinjärvi. [14] Las rocas sedimentarias de Carelia (2,0-1,9 Ga) se encuentran en el oeste y noroeste de Siilinjärvi. Las rocas son gneises plegados similares a esquistos de mica . [15]
Los gabros de Lapinlahti y Siilinjärvi son de la orogenia arcaica de Carelia. En el lado noreste del gabro de Siilinjärvi se encuentra una diorita de cuarzo de grano fino que se introduce en el gneis granítico circundante. [16]
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Cinco rocas diferentes caracterizan la mina de Siilinjärvi: rocas de la serie glimmerita-carbonatita, fenitas, diques de diabasa , tonalita-dioritas y gneises. [17] La apatita está asociada con las glimmeritas-carbonatitas. [18]
Comúnmente, los complejos de carbonatita contienen un núcleo de carbonatita intruida que corta una secuencia de rocas ricas en flogopita . En Siilinjärvi, sin embargo, las glimmeritas y carbonatitas están bien mezcladas y se presentan como glimmeritas y carbonatitas casi puras laminadas de forma subvertical a vertical. El volumen de carbonatita es mayor en el centro de la intrusión y las rocas cercanas a los bordes del cuerpo son casi completamente glimmeritas. [19]
El cuerpo mineral central comprende glimmeritas y carbonatitas. Las rocas que contienen minerales ricos en flogopita varían desde glimmerita casi pura hasta carbonato-glimmerita y silicocarbonatos. Las carbonatitas, que contienen más del 50% de carbonatos, representan solo alrededor del 1,5% en volumen de la intrusión principal. Estas rocas carbonatadas son más abundantes en el centro de la intrusión y se presentan como vetas delgadas en la glimmerita. El cuerpo mineral también contiene rocas de color verde azulado que se componen hasta en un 50% modal de richterita . [20] Los principales minerales de las rocas minerales son tetraferriflogopita , calcita , dolomita , apatita y richterita. El circón , la magnetita , la pirrotita , la calcopirita y los piroxenos se presentan como minerales accesorios . La apatita es fluorapatita y la cantidad de CO 2 varía. [21]
La glimmerita es una roca intensamente foliada, de color negro verdoso, marrón oscuro o rojizo (dependiendo del mineral de mica dominante) que contiene entre un 0 y un 15 % de minerales carbonatados. Las rocas orientadas son de grano fino a medio y, por lo general, porfídicas . La matriz está compuesta por flogopita afanítica de grano fino y los porfiroclastos son granos tabulares de flogopita. Las glimmeritas de grano fino suelen ser más equigranulares. La composición mineral de las glimmeritas es, en promedio, de 82 % de flogopita, 8 % de apatita, 7 % de anfíboles, 2 % de calcita y 1 % de dolomita. En algunas áreas, el contenido de apatita es tan alto que la roca se denomina roca de apatita (al menos un 25 % de apatita). La apatita se presenta como granos de gran tamaño en estas rocas y el diámetro de los cristales puede ser de hasta varios decímetros. [22] Los minerales accesorios de las glimmeritas incluyen ilmenita , magnetita y pirocloro . [23]
Las glimmeritas carbonatadas son rocas de color más claro que las glimmeritas puras, debido, obviamente, al contenido de carbonato (entre un 15 y un 25 % de minerales carbonatados), pero también al color marrón rojizo más claro de la mica. Están menos orientadas que las glimmeritas y son más equigranulares. El tamaño de grano es mediano. La composición mineral de las glimmeritas carbonatadas es, en promedio, de 64 % de flogopita, 10 % de apatita, 10 % de calcita, 9 % de dolomita y 7 % de anfíboles. [24]
Los silicocarbonatos contienen entre un 25 y un 50 % de minerales carbonatados y son de color bastante claro, el tono depende del color de la mica. La textura es bastante similar a la de las carbonato-glimmeritas, excluyendo las áreas donde los carbonatos y las micas están en bandas y se presentan como sus propias fases. La composición mineral promedio es de 46 % de flogopita, 22 % de dolomita, 19 % de calcita, 9 % de apatita y 4 % de anfíboles, aunque la cantidad de calcita debería ser mayor que la de las dolomitas. [25] Los minerales accesorios de los silicocarbonatos incluyen estroncianita , barita , circón, ilmenita y magnetita. [26]
Las rocas carbonatíticas (> 50% de carbonatos) en Siilinjärvi están brechadas y se componen principalmente de calcita, dolomita y apatita. Los minerales accesorios incluyen flogopita, ilmenita y magnetita. [27] En general, el contenido de dolomita de las rocas carbonatadas varía bastante. El contenido es en su mayoría muy bajo y la roca se compone principalmente de calcita, pero en algunas áreas, el contenido de dolomita puede ser tan alto como 50%. Los carbonatos de Siilinjärvi son rocas de grano fino a medio de color gris claro, blanco o ligeramente rojizo con un tamaño de grano promedio de aproximadamente 0,9-1,2 mm. Estas rocas se presentan comúnmente como diques verticales . [28]
Las fenitas rodean las rocas que contienen minerales en el complejo Siilinjärvi. Se formaron metasomáticamente cuando las rocas carbonatitas-glimmeritas se introdujeron en el gneis granítico anfitrión. Las fenitas consisten principalmente en microclina pertítica, anfíbol richterita y piroxeno, pero también hay una amplia variedad de tipos de fenitas que incluyen minerales como piroxeno, anfíbol, carbonato, cuarzo, apatita y cuarzo - aegirina . [29] Las fenitas también se encuentran como xenolitos en las glimmeritas-carbonatitas. [30] El tipo de fenita más común es una roca gris rojiza o verdosa con un tamaño de grano variable. [31] El contenido de microclina de las fenitas es en promedio de alrededor del 50% y la microclina es abundante en pertita. La cantidad de plagioclasa varía mucho más, y los porcentajes más altos encontrados son alrededor del 20-30%. El contenido de anortoclasa en los granos individuales de plagioclasa es de 10 a 15 %. El porcentaje de anfíboles es de 0 a 30 % y el porcentaje de piroxeno es de 0 a 15 % de la roca. Algunos tipos de fenita contienen hasta un 15 % de biotita. [32]
Los diques de diabasa basáltica atraviesan todo el complejo Siilinjärvi. Su ancho varía desde un par de centímetros hasta 60 metros. Los diques de diabasa tienen una orientación vertical muy marcada noroeste-sureste o norte-noroeste-sur-sureste. [33] Las diabasas son rocas afaníticas de color verde oscuro, casi negras, sin orientación macroscópica. El contenido de hornblenda de las diabasas de Siilinjärvi es del 50-70 %, y el contenido de plagioclasa es del 25-40 %. La hornblenda está alterada a biotita en las zonas de contacto, y la plagioclasa es albítica. Los márgenes alterados del dique de hornblenda tienen unos 50 cm de ancho. Los minerales accesorios incluyen titanita, epidota, pirita, apatita, cuarzo y circón. [34] Los estudios preliminares muestran que existen al menos tres variedades diferentes de diabasa: diabasa con calcita, diabasa con sulfuro y diabasa estéril. El contenido de sulfuro es mayor en las rocas más cizalladas. [35]
La sienita mela , que atraviesa todas las demás partes del complejo excepto los diques de diabasa, está compuesta de feldespato alcalino , biotita, anfíbol alcalino, apatita y magnetita. El dique de melasienita máfica tiene 4 km de largo y 20-30 m de ancho y parece tener un carácter lamprófiro . [36] Está ubicado en la parte norte del complejo y posiblemente esté relacionado con el mismo evento intrusivo que la carbonatita. [37]
Los minerales más comunes de la intrusión de Siilinjärvi son micas, carbonatos, apatitas y anfíboles. La composición promedio del mineral de Siilinjärvi es 65% flogopita (incluida tetraferriflogopita), 19% carbonatos (relación calcita/dolomita 4:1), 10% apatita (equivalente a 4% P2O5 en toda la roca), 5% richterita y 1% minerales accesorios (principalmente magnetita y circón). [38]
El mineral de mica más común en el complejo Siilinjärvi es la tetraferriflopita, que comprende el 65% de la intrusión. Algunas glimmeritas contienen más del 90% de tetraferriflopita. El color del mineral es negro o negro verdoso, marrón oscuro o marrón rojizo. El color depende de la roca huésped y de la intensidad de la deformación de la roca. La mica marrón rojiza suele aparecer con las glimmeritas carbonatadas y la mica negra con las glimmeritas. [39] Las flogopitas muestran un pleocroísmo inverso muy marcado de color marrón rojizo a amarillo rosado , que se debe a un alto contenido de Fe 3+ . [40] La flogopita de Siilinjärvi se vende como acondicionador de suelos con el nombre comercial de “biotita de Yara”.
La flogopita se presenta en forma de escamas diseminadas, cristales tabulares y agregados lamelares o foliados . El tamaño de grano de las micas varía desde solo un par de μm hasta varios centímetros, el tamaño promedio es de 1 a 2 mm de diámetro. [41] La flogopita se altera en biotita-flogopita marrón en las zonas de cizallamiento, y en las zonas más intensamente cizalladas, en biotita y clorita. [42] El mineral de inclusión más común en las micas es la magnetita, pero generalmente las inclusiones son raras. También se pueden encontrar algunas inclusiones de circón . [43]
La dolomita de Siilinjärvi es de color amarillento o blanco parduzco y es difícil distinguirla de la calcita. La forma más común de dolomita son granos anédricos redondeados con un diámetro de 0,2-0,4 mm. Las dolomitas también se encuentran como granos grandes, casi euhedricos, con un diámetro de 4-6 mm. Otras texturas comunes son la mirmekita y las láminas de exsolución con calcita. Los granos euhedricos solo se encuentran en carbonatitas. [44] Los estudios de microsonda de la dolomita de Siilinjärvi muestran composiciones homogéneas con bajo contenido de FeO, SrO y MnO. [45]
La apatita en Siilinjärvi es principalmente fluorapatita , pero también se puede encontrar carbonato-fluorapatita. [46] Las rocas que contienen minerales de Siilinjärvi contienen cantidades aproximadamente iguales (alrededor del 10%) de apatita de color verde claro a gris. La cantidad de flúor es de alrededor del 2-4% en peso en la apatita de Siilinjärvi. [47] Las apatitas de la mina contienen cantidades bastante altas de SrO y, a veces, también CO 2 . La apatita se encuentra en compañía de mica en rocas ricas en mica y con calcita, dolomita o mica en rocas ricas en carbonato. [48]
Por lo general, la apatita se presenta en forma de granos redondeados o cristales prismáticos hexagonales . [49] El tamaño de grano varía de 10 μm a varios decímetros de diámetro, por lo que el depósito está diseminado. Por lo general, el tamaño de grano de la apatita es mayor en los carbonatos y menor en las áreas deformadas. Las barras hexagonales y las secciones transversales son escasas en las áreas deformadas, donde los granos están desintegrados y rotos. Las inclusiones en la apatita son más abundantes en las partes cizalladas del mineral. La cantidad también es mayor en los granos más grandes en comparación con los más pequeños. Algunos granos no tienen inclusiones en absoluto. Los minerales de inclusión más comunes son los carbonatos, principalmente dolomita. Los opacos también aparecen como inclusiones, pero son raros. [50]
El anfíbol más común en Siilinjärvi es la richterita azul-verde , que forma alrededor del 5% del volumen total de la intrusión y usualmente menos del 15% en volumen de las glimmeritas. [51] Los mayores porcentajes de anfíboles se encuentran en las partes cizalladas de las glimmeritas minerales, donde el porcentaje puede ser localmente de hasta el 40-50%. Algunas vetas de carbonatita no tienen anfíboles en absoluto. Los anfíboles de Siilinjärvi son usualmente subhédricos y el tamaño de grano típico es de aproximadamente 0,1 mm. Sin embargo, el tamaño de grano varía bastante, y no son infrecuentes los cristales grandes con un diámetro de varios centímetros. Los grupos de cristales más grandes encontrados miden hasta 30 cm de largo. Las inclusiones son raras y los minerales de inclusión son más comúnmente flogopita y opacos . La alteración del mineral es poco común. [52]
La magnetita es el mineral accesorio más común en las rocas minerales y constituye generalmente menos del 1% en volumen del mineral. Se encuentra principalmente en las glimmeritas. [53] Los minerales de sulfuro representados en el mineral son pirita , pirrotita y cantidades menores de calcopirita . Los sulfuros pueden presentarse localmente en forma masiva, a pesar de su rareza proporcional. [54]
En Siilinjärvi se han identificado barita , estroncianita , monacita , pirocloro , circón , baddeleyita , rutilo e ilmenita como minerales accesorios raros. La barita puede aparecer como intercrecimientos con estroncianita en inclusiones de <50 μm en calcita. La monacita se puede encontrar en dos tipos: inclusiones subédricas de <50 μm en calcita o apatita y granos subanédricos ligeramente más grandes a lo largo de los límites de grano. El piroclorito existe como inclusiones principalmente en flogopita, los granos suelen tener entre 50 y 200 μm de ancho. El circón se presenta como granos euédricos, que varían en tamaño desde 100 μm hasta granos de varios centímetros de largo. Sin embargo, el circón es un mineral poco común en carbonatos debido a la baja actividad de sílice en la masa fundida. La baddeleyita se encuentra como inclusiones en el circón. [55]
La dirección dominante de inclinación de la foliación en el área de Särkijärvi es casi NS (265-275°) y se inclina casi verticalmente (85-90°) hacia el oeste. El rumbo de la foliación también es la dirección dominante de cizallamiento. Otra tendencia de cizallamiento es de noroeste a sureste, pero es más débil. Esta dirección también es la dirección dominante de las diabasas . [56]
El cizallamiento es una característica común en el cuerpo mineral principal de Siilinjärvi y en la zona de contacto entre la roca del terreno y el cuerpo mineral. También hay zonas de contacto que muestran el contacto magmático primario. Los diques de diabasa del Paleoproterozoico atraviesan la zona cizallada. Se pueden encontrar al menos dos etapas de deformación en las rocas del complejo Siilinjärvi. La deformación tuvo lugar sin duda durante la orogenia Svecofenniana, pero es posible que se hayan producido otras etapas anteriores de deformación. [57]
