Bergslagen är känt för sin mångfald av mineraliseringar liksom sällsynta element och mineral. Speciellt pegmatiter och vissa skarnförekomster har förhöjda koncentrationer av sällsynta jordartsmetaller (REE på engelska) och REE-förande mineral. Pegmatitprover från Flintgruvan, som ligger i norra Bergslagen (Dalarna), karakteriserades i den här studien. Proven som studerades innehöll flera REE-förande mineral; (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxider av AB2O6-typ, xenotim-(Y) och (Y,Yb)-förande thorit. Pegmatiten klassificerades som varandes av NYF-(Niob-Yttrium-Fluor) typ på grund av de förhöjda koncentrationerna av niob (Nb), yttrium (Y) och titan (Ti) i de undersökta faserna. Förutom yttrium så innehöll pegmatiten små koncentrationer av andra HREE (tunga sällsynta jordartsmetaller) som ytterbium (Yb) och dysprosium (Dy). (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxiderna innehöll även relativt höga halter av kisel (Si). På basis av de kemiska analyserna representerar dessa strakt omvandlade faser antingen aeschynit eller polykras som ursprungsmineral. Undersöknings- och analysmetoderna som användes i studien var polarisationsmikroskopi och svepelektronmikroskopi med energidispersiv spektroskopi (SEM-EDS). / Bergslagen is known for its diversity of rare elements and minerals. Especially granitic pegmatites and some uncommon types of skarn deposits have shown higher concentrations of rare earth elements (REE) and REE-bearing minerals. Samples of a granitic pegmatite from Flintgruvan, which is located in northern Bergslagen (Dalarna), were characterized in this study. The samples that were studied were found to contain several REE-rich minerals such as (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti) oxides of AB2O6 type, xenotime-(Y) and an Y+Yb-bearing thorite. The most abundant AB2O6 type oxides were found to represent strongly altered minerals, either belonging to the aeschynite or polycrase group. Based on mineral chemical studies, the pegmatite was classified as being of the NYF (Niobium-Yttrium-Fluorine) type due to the predominance of yttrium (Y) and niobium (Nb) as well as notable titanium (Ti) concentrations. Other than yttrium the samples contained small concentrations of other HREE (heavy rare earth elements) such as ytterbium (Yb) and dysprosium (Dy). The (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti) oxides also contained a relatively high content of silicon (Si). The mineralogical characterization was done by means of reflected polarized light microscopy and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS).

The exceptional wear resistance and work hardenability, place Hadfield steel as one of themost important materials for manufacturing cast components used in the mining, crashing,drilling, and excavation industries. In all metallic alloys used for component casting, themechanical properties are highly influenced by the microstructure of the material. Castcomponents with finer microstructural characteristics are known to present bettermechanical properties and reduced risk of defects when compared with components witha coarser microstructure. A reduced grain size in Hadfield steel can increase the strengthof the material up to 30% and reduce the risk of porosity formation during solidification.The practice of adding selected compounds or alloying elements in a metal melt to modifyand refine the microstructure is called inoculation. It is currently one of the trendingmethods utilized in light-metal alloys and cast-iron components production but has not,yet, gained adequate acceptance in the steel casting industry because researchers have notbeen able to find proper inoculants.The main objective of this work is to investigate the qualitative and quantitativecharacteristics of the by-products of deoxidation of Hadfield steel that remain in thematerial after solidification and their positive or negative effect on the coarseness of thefinal as-cast microstructure. This type of research can help to identify the type of particlesor alloying elements that are most effective for refining the microstructure of austeniticsteels and pave the way for developing new or improving conventional deoxidation andinoculation processes that will, in turn, result in the improvement of the properties of thecomponent.The precipitation of particles and the as-cast grain size are studied in aluminum andtitanium deoxidized Hadfield steel samples acquired under pilot scale experimentalconditions. In the first part of this work, the qualitative and quantitative characteristics ofparticles such as type, morphology, composition amount and size are identified. Thesequence of precipitation is established. A model for predicting particle size and growth isdeveloped. The experimental results are compared against thermodynamic equilibriumcalculations and the precipitation mechanisms for each type of particles are described. Inthe second part, the as-cast grain size of samples with varying deoxidation treatments ismeasured. Then, the grain-size is correlated with certain particle characteristic and theparticles are ranked according to their ability to refine the microstructure. The particledisregistry with austenite is calculated and compared to the experimentally acquiredranking. / Hadfieldstålen exceptionella slitstyrkan och deformationshårdnande har gjort dessa till ettav de viktigaste materialen för tillverkning av gjutna komponenter som används inomgruv-, kross-, borr-och gruvindustrin. I alla metallegeringar som används för tillverkningav gjutna komponenter styrs de mekaniska egenskaperna av materialets mikrostruktur.Gjutna komponenter med fin mikrostruktur presentera bättre mekaniska egenskaper ochminskad risk för defekter jämfört med komponenter med grov mikrostruktur. En minskadkornstorlek i Hadfieldstål kan öka materialets hållfasthet upp till 30% och minska riskenför porositetsbildning vid stelning.Tillsatsning av spårämnen eller legeringselement i en metallsmälta för att modifiera ochförbättra mikrostrukturen kallas ympning. Denna metod används i lättmetaller och vidtillverkning av gjutjärnskomponenter, men har ännu inte fått acceptans i stålindustrineftersom forskningen inte har funnit effektiva kärnbildare att användas som ympmedel.Huvudsyftet med detta arbete är att undersöka kvalitativa och kvantitativa egenskaper hosde desoxideringsprodukter som skapas under tillverkningen av Hadfield stål och hur deunder och efter stelning påverkar mikrostrukturens grovlek. Arbetet syftar till att identifierapartikeltyper och legeringselement som är effektiva för att förfina den austenitiskamikrostrukturen och bana väg för utveckling nya och förbättra desoxiderings- ochympningsprocesser som i sin tur kommer att resultera i en förbättring av den gjutnakomponentens egenskaper.Partiklarnas utskiljning och materialet resulterande kornstorlek studerades i aluminiumochtitan-desoxidiserade Hadfieldstål, tillverkade i pilotskala. Den första delen av dettaarbete var att identifiera kvalitativa och kvantitativa egenskaper hosdesoxidationspartiklar, som typ, morfologi, sammansättning och storlek.Utskiljningssekvensen fastställdes. En modell för att förutsäga partikelstorlek och derastillväxt utvecklades. De experimentella resultaten jämfördes med termodynamiskajämviktberäkningar och utskiljningen för varje typ av partikel beskrevs. I den andra delenstuderades kornstorleken och hur denna varierade desoxideringsbehandlingen. Därefterkorrelerades kornstorleken med partikeltyp och dess karaktäristika och rangordnades efterderas förmåga att förfina mikrostrukturen. Partiklarnas kristallografiska missanpassningmot austenitens kristallstruktur beräknades och jämfördes med experimentellt fastställdarangordningen. / InDeGrainS I

De två kemiskt nära besläktade metallerna niob (Nb) och tantal (Ta) räknas av Europakommissionen som kritiska råmaterial. Detta på grund av en kraftigt ökad efterfrågan och en geografiskt koncentrerad global produktion av dem. Det här arbetet utgör en del av ett större projekt som bedrivs av EuroGeoSurveys (EGS); GeoERA FRAME, som har till syfte att kartlägga förekomsten av kritiska råmaterial inom EU. Två granitpegmatitiska prov från Kolsva fältspatgruva har undersökts med avseende på deras kemi och mineralogi; dels sådana som tentativt identifierats som kolumbitmineral och dels sådana som innehåller ett samarskitliknande mineral. I arbetet har tre huvudsakliga analysmetoder använts: 1) optisk mikroskopi, 2) svepelektronmikroskopi (SEM) med energidispersiv mikrokemisk analys (EDS), samt 3) pulverröntgendiffraktionsanalys (XRD). De kemiska analyserna som genomfördes på ”kolumbit-proven” visade att de bestod av kolumbit-(Fe), med generell formel AB2O6 och med en järndominans i A-katjonposition och niobdominans i B-katjonposition. Analyserna visad även på förekomst av mineral tillhörande pyroklorsupergruppen. De samarskitartade mineralen uppvisade en partiell likhet med samarskitgruppmineral (generell formel ABO4), men med hög grad av metamiktisering, dåliga stökiometrier, låga REE-halter, samt med varierande järn- och kalciumdominans i tentativ A-katjonposition och niobdominans i B-katjonpositionen. Även aluminiumsilikater, mineral från spinellgruppen samt hematit påvisades. Uppsprickning av de metamikta och spröda samarskitartade mineralen har möjliggjort en fluidmedierad omvandling, vilket bl.a. lett till bildning av sekundär radiogen blyglans. Resultaten av undersökningarna bekräftar att Kolsvapegmatiten representerar ett lokalt niob-tantalmineraliserat system. / The two chemically related metals niobium (Nb) and tantalum (Ta) are classified by the European Commission as critical raw materials. This is due to a highly increased demand and a limited global supply situation for these metals. This work is a part of a larger project run by EuroGeoSurveys (EGS); the GeoERA FRAME, which aims to map the distribution of critical raw materials in the EU. Two granitic pegmatite samples from the Kolsva feldspar mine were studied with regards to their chemistry and mineralogy. They had been tentatively identified as consisting of a columbite mineral and a samarskite-like mineral, respectively. In the project, three main analytical methods have been used: 1) optical microscopy, 2) scanning electron microscopy (SEM) with energy-dispersive spectroscopy (EDS), and 3) powder X-ray diffraction analysis (XRD). The analyses performed on the “columbite samples” indicated that most of them were columbite-(Fe), general formula AB2O6, with an iron dominance in the A-cation position and niobium dominance in the B-cation position. The analyses also indicated the presence of minerals belonging to the pyrochlore supergroup. The analyses of the samarskite-like minerals yielded results showing a partial resemblance to the samarskite group minerals (general formula ABO4), but with a high degree of metamictisation, poor stoichiometries, low to very low REE contents, variable iron and calcium-dominance in a tentative A-cation position and niobium-dominance in the B-cation position. Aluminium silicates, minerals from the spinel group and hematite were also observed in this assemblage. Fracturing of the brittle, metamict samarskite-like minerals have enabled a fluid-mediated alteration, which a.o. led to the formation of secondary radiogenic galena. The study confirms that the Kolsva pegmatite represents a locally Nb-Ta mineralised system.

Abstract Mineralogical-mineral chemical characterisation of Nb-Ta-bearingassemblages from the Stripåsen granitic pegmatite, NorbergJens Henriksson The occurrence of Nb-Ta-bearing minerals has earlier been briefly documented inthe Stripåsen granitic pegmatite, Norberg, central Bergslagen. This report describesthe background, preparation and basic characterisation of sampled Nb-Ta-bearingmineral assemblages from this pegmatite. These comprise (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxides of mainly a tantalum-dominated A 2-m B 2 X 6-w Y 1-n -type, belonging to the pyrochloresupergroup. The major primary mineral is suggested to have been afluorcalciomicrolite, ideally (Ca,Na,☐) 2 Ta 2 O 6 F. In association with abundant fractureformation related to metamictisation of the microlite minerals, they are interpreted tohave been variably altered by late-stage fluids. Thus, the system has beenextensively modified after the primary crystallisation of the pegmatite melt. Besidesthese (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxides, monazite-(Ce) ((Ce, LREE)PO 4 ), nativebismuth (Bi) and presumably radiogenic galena (PbS) were identified. The sampleshave mainly been studied by means of scanning-electron-microscopy with energydispersive spectroscopy (SEM-EDS), utilising reflected polarised light microscopy asa complementary tool. The study was done within the framework of the EU-supported FRAME-project which is focused on a selection of metals and minerals,among others niobium (Nb) and tantalum (Ta). / Sammanfattning Mineralogisk-mineralkemisk karakterisering av Nb-Ta-förande associationerfrån Stripåsenpegmatiten, NorbergJens Henriksson Förekomsten av Nb-Ta-förande mineral har tidigare dokumenteras iStripåsenpegmatiten, Norberg, centrala Bergslagen. Här redogörs för bakgrund,provförberedelse och grundläggande karakterisering av provtagna Nb-Ta-förandemineralassociationer från denna pegmatit. Proven som undersökts innehåller(Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxider av främst tantaldominerad A 2-m B 2 X 6-w Y 1-n -typtillhörande pyroklorsupergruppen. Den huvudsakliga primära fasen tolkas ha varit enfluorkalciomikrolit, idealiskt (Ca,Na,☐) 2 Ta 2 O 6 F. I anslutning till rikligt förekommandesprickor som är relaterade till omfattande metamiktisering har mikroliternaomvandlats i varierande grad av sena fluider. Systemet har alltså förändrats kraftigtefter den primära kristallisationen av pegmatitsmältan. Förutom (Y,REE,U,Th)-(Nb,Ta,Ti)-oxider identifierades monazit-(Ce) ((Ce,LREE)PO 4 ), gedigen vismut (Bi)och vad som sannolikt är radiogen blyglans (PbS). Provmaterialet har huvudsakligenundersökts med genom svepelektronmikroskopi med energidispersiv spektroskopi(SEM-EDS), varvid malmmikroskopi har använts som ett kompletterande verktyg.Studien gjordes inom ramverket för det EU-stödda FRAME-projektet som blandannat fokuserar på förekomster av de kritiska och konfliktrelaterade metallerna niob(Nb) och tantal (Ta).