18.8.2017

Geoblogi: Miksi GTK on kiinnostunut puhtaasta kvartsista?

Teksti:
Esa Pohjolainen, geologi

Kvartsi on yksi maankuoren yleisimmistä mineraaleista, mutta puhdas kvartsi (High Purity Quartz, HPQ) on hyvin harvinaista.

Puhtaan kvartsin kysyntä on voimakkaassa kasvussa, koska se on monien nopeasti yleistyvien korkean teknologian tuotteiden kriittinen raaka-aine. Puhdasta kvartsia käytetään mm. puolijohde- ja anturiteollisuudessa, aurinkokennojen valmistuksessa ja ksenonlampuissa.

Puhtaasta kvartsista jalostetaan monikiteistä polypiitä, joka on piikiekkojen raaka-aine. Polypii jalostetaan kvartsista puhdistamalla se 99,999999999 prosenttisesti muista alkuaineista. Piikiekon valmistus alkaa kiteenkasvatuksessa, jossa sulatetusta polypiistä kasvatetaan sylinterimäinen erilliskide. Valmis kide katkaistaan, hiotaan ja sahataan kiekoiksi.

Piikiekkoja käytetään antureiden, erillispuolijohteiden ja analogiapiirien valmistukseen, ja siten tuotteisiin, jotka päätyvät moniin loppusovelluksiin. Näitä ovat muun muassa älypuhelimet, kannettavat laitteet (mm. iPad), autoelektroniikka, teollisuuden prosessikontrollointi, lääketieteen sovellukset, esineiden internet (IoT) sekä tehonsyötön ja hyötysuhteiden parantamiseen liittyvät ratkaisut.

Raaka-ainetta anturiteollisuudelle

MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) -teknologiaa käyttävä anturiteollisuus on ollut viime vuosina yksi nopeimmin kasvavista teollisuudenaloista. Antureita käytetään mm. autoissa. Autojen ajonvakautus toteutetaan piistä tehdyillä gyroskoopeilla ja kiihtyvyysantureilla.

Kehitteillä olevien itseohjautuvien autojen tärkeimpiä osia ovat lasertutkan lisäksi mm. anturit ja puolijohteet, joita tarvitaan paljon tulevaisuuden autoissa. Anturit kertovat mm. pyörien asennosta. Automaattisesti ohjautuvan auton toiminta perustuu antureiden, paikantimien ja tunnistimien välittämään tietoon.

2000-luvulla piianturit ovat yleistyneet nopeasti kulutuselektroniikan tuotteissa. Esimerkiksi kaikissa älypuhelimissa ja tableteissa on kiihtyvyysanturit, jotka ovat välttämättömiä laitteiden monipuoliselle toiminnalle.

Lisäksi perinteisemmät mikrofonit korvautuvat suorituskykyisemmillä piimikrofoneilla, eikä urheilu- ja aktiivisuusrannekkeitakaan voida valmistaa ilman piiantureita.

Suomessa on MEMS-alan huippuosaamista, mm. Aalto-yliopistossa, VTT:llä, Nokiassa, Okmeticissa ja Murata Electronicsissa (entiseltä nimeltään VTI Technologies Oy). Suomessa on myös piikiekkojen valmistusta – Okmetic on maailman kahdeksanneksi suurin piikiekkovalmistaja.

Puhtaan kvartsin tuotanto on hyvin keskittynyttä

Puhtaan kvartsin tuotanto on globaalisti vain harvojen esiintymien hyödyntämisen varassa.

Unimin Corporation on maailman suurin puhtaan kvartsin tuottaja. Unimin on teollisuusmineraalialan suuryhtiön, belgialaisen Sibelcon, tytäryhtiö.

Suurin osa maailman puhtaasta kvartsista louhitaan nykyisin USA:n Pohjois-Carolinassa sijaitsevasta Spruce Pinen esiintymästä, jota sekä Unimin että Quartz Corporation hyödyntävät.

Suomen kallioperän puhtaan kvartsin malmipotentiaalia ei ole koskaan kunnolla arvioitu, vaikka tämän raaka-aineen kysyntä on kasvanut voimakkaasti.

Valkoista juonikvartsia Suomussalmella Kainuussa. Mittakaavana geologivasara. Kuva: Esa Pohjolainen.

GTK:ssa on vuonna 2017 aloitettu Suomen kallioperän puhtaan kvartsin potentiaalin alustava arviointi esiselvityksellä.

Esiselvityksessä käymme läpi vanhoja aineistoja ja teemme eri esiintymätyyppien arviointia (juonikvartsi, pegmatiitit, ortokvartsiitit). Teemme myös tunnettujen kvartsiesiintymien maastotarkistuksia ja pienimuotoista näytteenottoa.

Tämän vuoden kenttäkauden jälkeen GTK teettää näytteistä ensimmäiset kemialliset analyysit (XRF, ICP-MS), jotka ovat oleellisia kvartsin puhtausasteen selvittämisessä.

Alustavien tulosten perusteella arvioimme tutkimusten kohdentamista ja tarkempia mineralogisia tutkimuksia, joiden ohella teemme maastotarkistuksia myös vähemmän tutkituilla alueilla.

Esa Pohjolainen

Teksti: Esa Pohjolainen

Geologi Esa Pohjolainen työskentelee Geologian tutkimuskeskuksessa Espoossa. Hän on ollut GTK:ssa vuodesta 2008 lähtien ja toiminut mm. malmigeologisissa ja mineralogisissa tutkimuksissa.