'._('einklappen').'
 

Seltene Erden

Weltweit bedeutende Lagerstätten Seltener Erden
Weltweit bedeutende Lagerstätten Seltener Erden

Aktiv abgebaute Vorkommen (Bayan Obo, Weishan,;
Maoniuping, Xunwu, Chavara, Perak, Lovozero, Aktiuz);
und zukünftig potentielle Lagerstätten Seltener Erden;
Stand 2011

Peter Seroka

Lagerstätten und Vorkommen



Die größten aktuell abgebauten Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich in Bayan Obo und bei Weishan in der Inneren Mongolei in Cina (2,9 Millionen Tonnen). Das bislang größte bekannte Vorkommen außerhalb Chinas mit mindestens 1,4 Millionen verwertbaren Tonnen ist Mount Weld in West-Australien. Daneben gibt es große Vorkommen im Kvanefjeld bei Illimaussaq in Grönland mit einem Vorkommen von 2,6 Millionen Tonnen – die Abbaumöglichkeit der Lagerstätte wird allerdings erst erforscht. Ebenso wurden große Vorkommen in den North West Territories und in Saskatchewan in Kanada entdeckt. Bereits erschlossene Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich außerdem in den USA (Mountain Pass Mine, Kalifornien), Indien, Brasilien und in Malaysia. Südkorea will zukünftig Seltene Erden in Kooperation mit Vietnam fördern. Größere Mengen Seltener Erden wurden durch japanische Wissenschaftler Mitte 2011 im Pazifik entdeckt.

Auf dem Mond gibt es Vorkommen von sogenannten KREEP-Erzen (Kalium, Seltenen Erden (Englisch Rare Earth Elements – REE) und Phosphor), die Seltene Erden enthalten. Auch auf anderen Objekten im Weltraum, einschließlich erdnahen Objekten (NEOs), sind Metalle von Seltenen Erden vorhanden. Es gibt theoretische Überlegungen für Asteroid mining.

Die Seltenerdenmetalle kommen in der Natur nicht rein, sondern immer als Mischung mit den jeweils anderen Seltenerdenmetallen vor. Aus diesem Grund kann bei den entsprechenden Mineralien (z.B. Allanit) keine einheitliche chemische Formel angegeben werden. Es hat sich daher in der Mineralogie eingebürgert die Elemente der Seltenen Erden in ihrer Summe anzugeben und in der entsprechenden chemischen Formel mit SEE (Seltenerdenelemente) bzw. REE (rare earth elements) abzukürzen. Wenn möglich ist die Bezeichnung Ln für die Lanthanoiden bzw. (Y,Sc,Ln) für die Seltenerdenmetalle zu wählen.



Weltweite Vorkommen

Auf Basis von Zahlen des US Geological Survey (USGS 2009) beträgt die statistische Reichweite der Reserven an Seltenen Erden Oxide (REO) weit mehr als 700 Jahre, die der Ressourcen über 1.200 Jahre.

Primäre Quelle für Seltene Erden stellen Bastnäsit (REO-Anteil: 55-60%), Monazit (30-35%) und Xenotime-Erze (55-60%) sowie Ionenabsorbierende Tone (10-20%) dar. Die Verteilung der Vorkommen an Seltenen Erden ist indes z.T. sehr konzentriert. Demnach verfügt China über rund 48% der weltweiten Reserven, gefolgt von den Staaten der ehemaligen Sowjetunion mit etwa 17%, den USA mit 11% und Indien mit knapp 3%.

1

Bayan Obo, China

Fe-REE-Nb-Lagerstätte

2

Weishan, China

Bastnäsit-Baryt-Gänge

3

Maoniuping, China

Bastnäsit-Baryt-Gänge

4

Xunwu und Longnan, China

Lateritische Tone

5

Chawara, Indien

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

6

Bukit Merah, Malaysia

Zinn-Seifen, Xenotim als Nebenprodukt

7

Mountain Pass, USA

Bastnäsit-Baryt-Carbonatit

8

Lovozero, Russland

Loparit in peralkalinem Komplex

9

Aktyus, Kirgistan

Polymetallische Lagerstätte

10

Nördliches Sri Lanka

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

11

Orissa, Indien

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

12

Eneabba, Australien

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

13

Capel und Yoganup, Australien

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

14

Mount Weld, Australien

Lateritische Carbonatite

15

Dubbo, Australien

Gealterter Alkalikomplex

16

North Stradboke Island, Australien

Küsten-seifen, Monazit-Nebenprodukt

17

Elliot Lake, Canada

Uran-führende Konglomerate

18

Nechalacho, NWT, Canada

HREE Peralkaliner Komplex

19

Hoidas Lake, Canada

HREE Apatit und Allanit-Gänge

20

Goeland, Canada

Carbonatit-Komplex

21

Green Cove Springs, USA

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

22

Salobo, Brasilien

Cu-REE-Lagerstätte

23

Camaratuba, Brasilien

Küsten-Seifen, Monazit als Nebenprodukt

24

Steenkampskraal, Südafrika

Monazit-Apatit-Gänge

25

Kvanefjeld, Grönland

Alkali-Komplex

26

Lai Chau, Vietnam

Carbonatite



Lagerstättentypen

Die geschätzte durchschnittliche Konzentration der Seltenen Erden in der Erdkruste, welche von 150 bis 220 ppm reicht, übersteigt die von anderen Metallen, welche in industrieller Größenordnung abgebaut werden, wie Kupfer (55 ppm) und Zink (70 ppm). Anders jedoch als die meisten kommerziell geförderten Basis- und Edelmetalle sind REE selten in abbauwürdigen Lagerstätten konzentriert.

Die wesentlichen Konzentrationen der REE sind mit eher ungewöhnlichen Varietäten magmatischer Gesteine wie Alkaligesteine und Carbonatite assoziiert. Potentielle Mengen von REE-führenden Mineralien werden auch in alluvialen Seifenagerstätten, in durch starke Verwitterung von magmatischen Gesteinen erzeugten Residuallagerstätten, in Pegmatiten, IOCG (Eisenoxid-Cu-Au)-Lagerstätten und in marinen Phosphaten gefunden.


Alkaligesteine und Magmen


Die alkalischen Magmen sind oft angereichert mit seltenen und ungewöhnlichen Elementen wie Zr, Nb, Sr, Ba. Li und den REE. Wenn diese Magmen an die Erdkruste aufsteigen, ändert sich ihre Zusammensetzung als Folge von Drücken, Temperatur und von der Zusammensetzung der umgebenden Gesteine. Das Resultat ist eine erstaunliche Vielzahl an Gesteinen, welche mit wirtschaftlich wertvollen Elementen, inklusive der Seltenen Erden, angereichert sind.

Alkaligesteine enthalten weitaus mehr Mineralspezies als alle anderen bekannten Lagerstättenarten. In manchen Alkali-Gesteinskomplexen ist es möglich, mehr als 10 % aller bisher bekannten Mineralien (ca. 4000) zu finden. Die Gründe dafür sind, dass fast alle Elemente des periodischen Systems in Alkaligesteinen enthalten sind sowie die Chemie der alkalischen Magmen. Den Rekord mit den meisten Mineralspezies halten das Lovozero- und das Chibiny-Masssiv auf der Kola-Halbinsel in Russland, direkt gefolgt von Mont Saint-Hilaire in Quebec, Canada.

In der (älteren) petrographischen Literatur wird den Alkaligesteinen wegen ihrer Vielzahl ein großes Kapitel gewidmet. So wurden ca. 40% aller magmatischen Gesteine als Alkaligesteine bezeichnet - wenngleich die quantitative Bedeutung dieser Gesteingruppe, sofern man von den Alkali-Basalten (definiert in TAS) absieht, nur gering ist. In Europa sind nur 1,27 % der Fläche aller Intrusivgesteine alkalisch, auf allen Kontinenten nur 0,17 %. Die Gesamtfläche aller weltweiten Alkaligesteine beträgt etwa 22.000 qkm, davon in Europa 9.300 qkm. (tw. zitiert Wimmenauer).

Alkaligesteins-Intrusivkörper haben oft einen konzentrischen Aufbau; häufig Lakkolithe, Gänge, Ringgänge und Cone Sheets. Die weltweit bekanntesten und wichtigsten Alkaligesteins-Gebiete mit teilweise bedeutenden Mengen an REE enthalten, sind:

  • Norwegen (Larvik-Ringkomplex)
  • Grönland (Igaliko, Illimaussaq, Narssarsuq, Gardiner Komplex (Kangerdlugsusuaq), insgesamt ca. 44 Vorkommen)
  • Brasilien (Itapirapua, Itatiaia, Araxá, Jacupiranga, Salobo gesamt ca. 116 Vorkommen)
  • Kanada (Mont Saint-Hilaire, St. Amable; Netchalo, insgesamt ca. 165 Vorkommen)
  • USA (Mountain Pass, Kalifornien; Leucite Hills, Wyoming; Terlingua, Texas; Point of Rocks, New Mexico; Magnet Cove, Arkansas; ca. 144 Vorkommen)
  • Russland (Synnr, Baikalsee; Murun, Angara-Tungus-Gebiet, Aldan, Jakutien, Sibirien; Inagli, Aldan, Jakutien, Sibirien; Chibiny- und Lovozero, Kola-Halbinsel; Ilmeno-Vishnevogorskiy, Ural; gesamt ca. 240 Vorkommen)
  • Australien (Mt. Weld, Olympic Dam)
  • Indien (Koratti)
  • Tadjikistan (Dara-i-Pioz)

Carbonatite

Carbonatite sind im Prinzip "magmatische" Kalksteine, d.h. plutonische oder vulkanische Gesteine aus dem Oberen Erdmantel, welche mehr als 50% Carbonate enthalten. Diese Gesteine sind signifikant um die Entwicklung und Zusammensetzung des Oberen Mantels zu verstehen, wenngleich sie vergleichsweise selten und nicht sehr voluminös sind. Im allgemeinen liegt der Anteil von Carbonatmineralien bei 70 bis 90 %, die vor allem als Calcium und CO2 in der Summenformel vertreten sind. Hauptmineralien sind gewöhnlich Calcit, Dolomit, Ankerit sowie Siderit. Daneben kommen auch silikatische Minerale (Forsterit, Melilith, Diopsid, Ägirin, Wollastonit, Alkali-Amphibole, Phlogopit, Titanit, Zirkon, Alkalifeldspate, Oxide (Magnetit, Ilmenit, Rutil, Perowskit, Pyrochlor) sowie Apatite vor.

Die verschiedenen Carbonatit-Arten sind
  • Calcit-Carbonatite (feinkörnig: Alvikit; grobkörnig: Sövit )
  • Dolomit-Carbonatite (Beforsit, Rauhaugit)
  • Ferrokarbonatit: (Ankerit oder Siderit als Hauptmineral)
  • Magnesio-Carbonatite
  • Strontio-Carbonatite
  • Barium-Strontium-Carbonatite (Hauptminerale sind Natrium-, Kalium-, Kalzium-carbonatite)
  • Natro-Carbonatite
Carbonatit
Carbonatit

Barium-Strontium Carbonatit mit radialstrahligem Ägirin; Fundort: Murun Alkaligesteins-komplex, Aldan-Schild, Sibirien,; Russland

Peter Seroka

Geologie

Sövit
Sövit

Sövit (Calciocarbonatit) aus Calcit, Niocalit, Pyrochlor und REE;
Oka, Quebec, Canada

James St. John
Sövit
Sövit

Sövit (Calciocarbonatit) aus Calcit, Perovskit, Latrappit, Thorit und REE

James St. John

Carbonatite sind meist intrusive subvulkanische oder flache plutonische (oft ringförmige) Komplexe; sie bilden Gänge und Schlieren und unterlagern nephelinitische Laven und Pyroklastika. Sie sind vornehmlich mit Alkaligesteinen vergesellschaftet.

Am häufigsten sind die Carbonatite mit Nephelinsyeniten und Ijolithen in ringförmigen Alkaligesteinsintrusionen vergesellschaftet. (Ringkomplexe sind ringförmige Anordnungen innerer Strukturen von Plutonen, welche aus mehreren Intrusionen bestehen). Im Nebengestein solcher Ringkomplexe finden sich charakteristische konzentrische Zonen von Fenit-Abfolgen, d.h. metasomatische (pneumatolytisch-hydrothermal), tw. gealterte Gesteine, welche gewöhnlich mit Carbonatiten, Ijolithen und gelegentlich mit Nephelinsyeniten, peralkalinen Graniten (bestehend aus Alkalifeldspat, Na-Pyroxenen und/oder Alkaliamphibolen ), Gneisen und Migmatiten auftreten. Einige Fenit-Varietäten sind monomineralische Alkalifeldspatgesteine, resp. Perthite. Zu den bekanntesten Ringkomplexen gehören das Oslo-Gebiet in Norwegen (Granit-Alkalisyenitkomplex), das ostafrikanisches Rift (Alkalisyenit-Ringkomplexe mit, bzw. ohne Carbonatite) und Murun in Sibirien (Alkalisyenit-Carbonatit-Ringkomplex).

Die intrusiven Carbonatite wurden in der Erdkruste durch relativ langsam abkühlendes Magma gebildet; die extrusiven bildeten sich durch relativ schnell abkühlende Lava. Carbonatite sind - meist exklusiv - mit plattentektonischen Prozessen, wie z.Bsp. der Kontinentaldrift, assoziiert. Die Mehrheit aller Carbonatite sind proterozoisch oder phanerozoisch, d.h., vor etwa 540 mya am Ende des Präkambriums und zu Beginn des Paläozoikums entstanden. Es hat den Anschein, dass während der gesamten Erdgeschichte , vom Archaikum bis heute, die carbonatitischen magmatischen Aktivitäten ständig zugenommen haben.

Carbonatite stellen eine der am wenigsten verbreiteten Gesteinsarten dar. Sie kommen meist streng lokal begrenzt in nur wenige Quadratkilometer großen Arealen vor. Ihr Vorkommen ist vornehmlich mit Hot-Spot-Vulkanismus und den zugehörigen kontinentalen Riftsystemen verbunden. Daher ist Afrika, mit seinem Ostafrikanischen Grabenbruch, der Kontinent mit der höchsten Konzentration an Karbonatitkomplexen. Der Ol Doinyo Lengai ist der einzige aktive Vulkan, der Karbonatitlava direkt eruptiert. Es gibt aber auch Karbonatitkomplexe im St.-Lorenz-Strom-Graben, auf der Kykladeninsel Anafi und im Oberrheingraben (Kaiserstuhl). Es gibt unzählige Carbonatit-Intrusivkomplexe im und entlang des afrikanischen Rift-Valley. (Natro-Carbonatit jedoch ist nur vom Vulkan Oldoinyo Lengai in Tansania bekannt). Interessante Mineralisationen findet man im Carbonatit- Phoscorit-Komplex in Kovdor auf der Kola-Halbinsel in Russland. Desweietren eine sehr große Anzahl von Carbonatit-Komplexe in Sibirien. (Quelle: Wikipedia: Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar)


Carbonatit-Lagerstätten

Carbonatite sind wertvolle Lagerstätten für Seltene Erden; es sind weltweit etwa 550 REE-reiche Carbonatit-Komplexe bekannt.

Die größte bekannte Anreicherung von REE-Mineralen der Welt ist an Carbonatit-Gänge und kalireiche Intrusionen gebunden, und findet sich in der Lagerstätte Mountain Pass in Kalifornien. Die wichtigsten Erzminerale sind Bastnäsit-(Ce) und Parisit-(Ce). Bis 1989 war Mountain Pass die bedeutendste Quelle von Lanthanidenerzen.

Möglicherweise auch zu den Carbonatiten gehört die weltweit bedeutendste Lagerstätte für Seltene Erden (und Fluorit), der Eisenerz-Komplex von Bayan Obo in der Inneren Mongolei in China, der mindestens 48 mio to REO enthält. Der USGS (US Geological Service) klassifizierte die Lagerstätte als Carbonatit, KANAZAWA und KAMITANI (2006) ein paar Jahre später als hydrothermal überprägtes Eisenoxid. Die Eisenerze dort enthalten große Mengen Bastnäsit-(Ce) und Monazit-(Ce), allerdings weiß anscheinend keiner so recht, woher die Mineralien kommen. Ein hydrothermaler Ursprung würde auf ungewöhnliche Bedingungen dort hindeuten, denn diese Lagerstätten sind anderswo klein und rar.

Weitere potentiell bedeutende REE-reiche Carbonatit-Lagerstätten sind Weishan und Miaoya in China, Mushgai-Khudag in der Mongolei, Seis Lagos in Brasilien, Kangankunde in Malawi, auf der Halbinsel Kola in Russland, Kvanefjeld im Ilimaussaq-Intrusivkomplex in Grönland, Goeland in Canada, Bear Lodge in den USA, Kizilkaören in der Türkei, Chadobets in Russland und Lai Chau in Vietnam. Auch Mt. Weld in Australien, ein Komplex lateritischer Carbonate, gehört zu den weltgrößten Lagerstätten.



Phoscorite

Phoscorit ist abgeleitet vom Namen der Phosphat Development Corporation (FOSKOR) und bezeichnet ultramafische plutonische Magnetit-Olivin-Apatitgesteine, welche gewöhnlich mit Carbonatiten assoziiert sind und zwischen spätem Archaikum (vor 2.6 Mrd Jahren) und Paläozoikum (ca. vor 600 bis 435 mya) entstanden sind. Sie sind Zeugnisse von Erdmantel und Erdkrusten-Prozessen und sind mit den verschiedensten Erzen vergesellschaftet.

Im Tagebau von Phalaborwa in Südafrika wurden Carbonatite und Phoscorite auf Kupfer abgebaut. Nebenprodukte sind u.a. Magnetit, Apatit, Gold, Silber, Elemente der Platin-Gruppe und Uran. Innerhalb desselben Alkaligesteinskomplexes liegt außerdem die weltgrößte magmatische Phosphat-Lagerstätte. Dort wurde apatitreicher Pyroxenit abgebaut. Ähnliche Karbonatit-Alkali-Gesteinskomplexe finden sich auch auf der Kola-Halbinsel. Auch dort ist Apatit das wichtigste Phosphatmineral.

Alkaligesteins-Carbonatitkomplex Kovdor in Karelien, Russland
Alkaligesteins-Carbonatitkomplex Kovdor in Karelien, Russland

Magmatogene Carbonatit-Lagerstätte; Grube Zheleznyi - Magnetit-(und Phlogopit)-
tagebau, Kovdor Massif, Kola-Halbinsel, Murmanskaja Oblast, Russland

Collector
Phoscorit
Phoscorit

Phoscorit mit Diopsid und Magnetit;
Tagebau Zheleznyi, Kovdor, Murmansk,;
Kola-Halbinsel, Russland

Maurice de Graaf
Phalaborwa Mine
Phalaborwa Mine

Der Phalaborwa Mine in der Limpopo-Provinz in Südafrika; 1987

Wolfgang Hampel
Phoscorit
Phoscorit

Weißer Carbonatit, schwarzer Magnetit, grüner Forsterit;
Jacupiranga, Sao Paulo

Enrico Zimbres


Alluviale Seifenlagerstätten

(bzw. nur Seifenlagerstätte) (engl.: placer deposit)

Als Seifenlagerstätten bezeichnet man abbauwürdige Konzentrationen von detritalem Material (Detritus)in Geröll- und Sandablagerungen. Befinden sich die Vorkommen in der Nähe der ursprünglichen (primären) Lagerstätte, bezeichnet man das Vorkommen als eluvial. Liegen die Lagerstätten im Schwemmgebiet von ehemaligen oder existierenden Flüssen, bzw. in den Küstenregionen passiver kontinentaler Ränder, werden diese Vorkommen als alluvial bezeichnet. Aus Flussseifen stammt ein Großteil der weltweiten Zinn-Produktion in Brasilien und Malaysia.

Strandseifen sind die Diamantseifen an der Küste Namibias, die Goldseifen von Nome in Alaska, die uran- und thoriumhaltigen Monazitsande in Indien, Australien und Brasilien, die titanhaltigen Rutil-Zirkon-Seifen in Australien, und die Magnetit-Seifen in Neuseeland.

Als detritales Material bezeichnet man Partikel von Mineralien (seltener Gesteinen), welche aus ehemaligen Gesteinen durch Verwitterung, resp. Erosion übriggeblieben sind und durch Flüsse transportiert und weggeschwemmt wurden und sich dann im Schwemmgebiet des Flusses abgelagert haben. Detritale Mineralien sind i.d.R. schwer, chemisch stabil, verwitterungsbeständig und widerstehen mechanischem Abrieb oder Zersplitterung. Zu den wichtigsten detritalen Mineralien gehören Kassiterit, Gold , Diamanten , Ilmenit, Rutil sowie Platin ,Zirkon, Palladium und Rhodium

Alluviale Seifen-Lagerstätte
Alluviale Seifen-Lagerstätte

Zinnerz-Förderung im Kinta-Tal in Perak, Malaysia;
(Dredging)

Archiv: Peter Seroka (Collector)
Schwermineral-Geröll
Schwermineral-Geröll

bis ca: 3cm. Kinta Valley, Perak, Malaysia. Aus der Konzentrat-Rinne einer Dredge.

Doc Diether
Alluviale Edelsteinseifen-Lagerstätte
Alluviale Edelsteinseifen-Lagerstätte

Rubin-Seifenlagerstätte Amphoe Khlung;
Chantaburi, Süd-Thailand

Peter Seroka
Schwermineral-Konzentrat
Schwermineral-Konzentrat

Kinta-Valley, Ipoh, Malaysia. D:9cm.

Doc Diether

Zu den bedeutendsten Seifenlagerstätten der Welt gehören
  • Richards Bay (Südafrika) - Ilmenit, Rutil
  • Oranjemund (Namibia) - Diamanten
  • Ostküste Sri Lanka und Südküste Indien - Ilmenit, Rutil, Zirkon, Monazit
  • Jakutien (Sibirien, Russland) - Platin, Palladium, Rhodium
  • Malayische Halbinsel - Kassiterit, Monazit
  • Andamanensee - Kassiterit, Monazit
  • Myanmar- Gold

REE-Seifenlagerstätten

Der Ursprung einer REE-haltigen Seifenlagerstätte muss nicht unbedingt ein Alkaligestein oder eine entsprechende REE-Lagerstätte sein. Viele magmatische, metamorphe und selbst spätere sedimentäre Gesteine enthalten genügend Monazit oder Xenotim, um eine Monazit- oder Xenotim-haltige Seifenlagerstätte zu bilden. Als Resultat wird man überwiegend fast immer Monazit in jeder Seifenlagerstätte finden. Jedoch die Seifen-Typen mit der höchsten Konzentration von Monazit sind typisch Ilmenit-Schwermineral-Seifen, welche auf Ti-Oxid-pigmente abgebaut sowie Cassiterit-Seifen, aus welchen Zinnerze gefördert wurden

Von jeher gehörten Seifen zu den wichtigsten Lagerstätten überhaupt. Da sie aber sehr leicht entdeckt und abgebaut werden können, sind sie heute, bis auf wenige Ausnahmen, fast auf der ganzen Welt ausgebeutet.

Zinn war der wichtigste Pfeiler der malayischen Wirtschaft. Das Zinnmineral Cassiterit kommt in einem Zinngürtel von fast 400 km und einer Breite von bis zu 40 km in alluvialen Lagerstätten im W des Landes vor; Zinnbergbau gibt es seit mehr als 2.000 Jahren. Das wichtigste Bergbaugebiet war das Kinta-Tal im Staat Perak, sowie die Staten Selangor, Johore und das Gebiet um die Hauptstadt Kuala Lumpur.



Residuale REE-Lagerstätten

Rückstandsgesteine, auch Residualgesteine, entstehen aus den Rückständen chemisch aufbereiteter Gesteine am Ort der Gesteinszerstörung (Verwitterung) wie Laterit (aus fast allen Gesteinen), Bauxit (aus Karbonatgestein → Kalkbauxit oder Al-reiches Silikatgestein (Silikatbauxit) und Kaolin (aus Granit, Granodiorit, Gneis, Porphyr, Rhyolith, Arkose). Dabei wandeln sich gesteinsbildende Mineralien in Phasen um, welche an der Erdoberfläche stabil sind. Je nach Löslichkeit (Eh- und pH-Bedingungen) werden Elemente aus der Verwitterungszone entfernt, während andere dadurch angereichert werden.

Residuallagerstätten oder Rückstandslagerstätten sind sedimentäre Lagerstätten, welche in situ durch Anreicherung infolge chemischer Verwitterung und Abtransports weniger widerstandsfähiger und spezifisch leichter Mineralien des Nebengesteins in situ entstanden sind. Residuallagerstätten entstehen überwiegend in tropischen Klimazonen, wo während der Regen- und Monsunperioden (wechselfeuchte Jahreszeit) eine intensive Laugung der Gesteine stattfindet. In den folgenden trockenen Jahreszeiten werden die Lösungen mit den gelaugten Ionen durch Kapillaraktionen an die Oberfläche transportiert. Dort verdunsten sie und hinterlassen eine Salzschicht, welche in der nächsten Feuchtperiode fortgewaschen wird. Nicht selten werden Na-, K- Ca-, und Mg-Ionen der gesamten Zone bis hinunter zum Grundwasserspiegel gelaugt. Findet die Laugung unter den richtigen Eh- und pH-Bedingungen statt, wird auch Silizium (Kieselsäure) gelöst und vom System entfernt. Das verbleibende Material besteht dann nur noch aus Eisen- und Al-Oxiden, welche durch die Laugung stark angereichert (konzentriert) sind.

Kaolinwerk Caminau
Kaolinwerk Caminau

Kaolinwerk Caminau GmbH, Abbausohlen im Tagebau Ostfeld

hoe
Bauxit
Bauxit

Bauxit, Stufe 6x9 cm Fundort: Busot, Alicante, Spanien

Collector
Residuallagerstätte Carajas
Residuallagerstätte Carajas

Carajas im Bundesstaat Pará in Brasilien, eine der weltgrößten Eisenerz-Lagerstätten.

Milton Brigolini Nemas
Laterit
Laterit

Minas Gerais, Brasilien

Eurico ZimbresFGEL-UERJ

Allitische und Siallitische Verwitterung

Allitische Verwitterung


Als allitisch bezeichnet man eine chemische Verwitterungsform, bei welcher silikatische Mineralien vollständig aufgelöst und abgeführt werden und als Restoxide, bzw. Hydroxide von Eisen und Aluminium übrigbleiben.

Im Zusammenspiel sehr hoher Temperaturen und starker Regenfälle in den Tropen werden Gesteine unter Lösung der die Gesteine bildenden Mineralien zersetzt. Je feuchter das Klima, je höher die Temperatur und je geringer der pH-Wert, umso intensiver ist die Hydrolyse. In den warmen und feuchten Klimaten der äquatorialen, tropischen und subtropischen Zone werden magmatische und metamorphe Gesteine durch Hydrolyse und Oxidation oft bis zu Tiefen von 100 Metern verwittert.

Nachdem die leichter löslichen Bestandteile wie Calcium, Kalium, Natrium, Magnesium und Silizium durch Sickerwässer fortgeführt wurden, werden die schwerer löslichen Elemente Eisen und Aluminium als Rückstand angereichert. Dieser Prozess wird als Ferrallitisierung bezeichnet.

Diese Art der Verwitterung findet in der Regel in subtropischen bis tropischen Klimazonen statt. Je nach Art des Ausgangsgesteins bilden sich oberflächliche rote Laterite und Saprolithe (eisenreich, in der Regel aus magmatischen Gesteinen) oder Bauxit (aluminiumreich, in der Regel aus granitischen Gesteinen) als Verwitterungsprodukte. Laterit und Bauxit sind sedimentäre Gesteine und werden auch als Residual- oder Rückstandsgesteine bezeichnet.

Siallitische Verwitterung

Die siallitische Verwitterung ist eine Verwitterungsform in humiden Klimazonen, wobei es aufgrund der durch die vorhandenen Huminsäuren verhinderten Abfuhr von Kieselsäure zur Bildung silikatischer Tonmineralien kommt. Eines der bekanntesten Resultate saillitischer Verwitterung ist Kaolin, bzw. der Entstehungsprozess der Kaolinisierung. Mit Kaolinisierung werden chemische Prozesse bezeichnet, bei welchen Feldspäte in Gesteinen zu Tonmineralen (Montmorillonit, Kaolinit) durch chemische Verwitterung umgewandelt werden.

Kaolinit ist ein Alumosilikat und besteht aus submikroskopisch kleinen Kristallen. Das Mineral bildet sich in pH-saurem Milieu in Böden feuchtwarmer Zonen durch Hydrolyse oder durch Säure von Feldspat oder Muskovit. Hauptausgangsgesteine sind saure Magmatite wie Granit und Rhyolit. Die Bildungstemperaturen liegen gewöhnlich unter 300°C. Die Umsetzung von Kalifeldspat zu Kaolinit bezeichnet man als partielle Hydrolyse.

Saprolith

Saprolith ist ein stark verwittertes, ursprünglich silikatisches Gestein, dessen primäres Gefüge noch erkennbar ist, wobei bereits eine zunehmende Zerstörung von Feldspäten und Fe-Mg-Silikaten, Si und Al in Form von Tonmineralien fixiert ist. Saprolithe bilden sich als chemisches Verwitterungsprodukt unter humiden Bedingungen in tropischen Klimazonen. Sie enthalten neben widerstandsfähigen Mineralen aus dem Primärgestein, vor allem Quarz, hohe Anteile an Kaolinit, der sich bei der chemischen Verwitterung von primären Mineralen insbesondere Feldspat gebildet hat. Weitergehende Saprolithverwitterung führt zur Bildung von Laterit. Saprolithe sind Residualgesteine und bilden den unteren Teil von Regolithen.


Mineralbestand und Eigenschaften
Laterit und Bauxit sind sedimentäre Gesteine und werden auch als Residual- oder Rückstandsgesteine bezeichnet.

Laterit besteht neben dem aus dem Ausgangsgestein stammenden, nur schwer löslichen Quarz wesentlich aus hydratierten Fe-oxiden und Bauxit, hydratierten Al-Oxiden (wesentlich Gibbsit), mit gewöhnlich silikatischen Gemengen, Quarz, Ti-Oxioden, Mn-Oxiden und Phosphaten. Der Fe-reiche Laterit besteht zumeist aus Hämatit und Limonit. Laterite sind meist dunkelbraun, dunkelrot bis schwarz; Bauxit meist hell, grau, grauweiß bis gelblichbraun. Laterite und Bauxite sind meist verfestigt, aber auch erdig und locker; wenngleich ihr Gefüge oft porös bis pisolithisch (sehr kleine schalige Kügelchen um

Lateritbauxite (Silikatbauxite) werden von den Karstbauxiten (Karbonatbauxite) unterschieden. Die schon früh entdeckten Karbonatbauxite liegen vornehmlich in Europa und Jamaica über Karbonatgesteinen (Kalke und Dolomite), wo sie durch lateritische Verwitterung tonreicher Einlagerungen beziehungsweise tonreicher Lösungsrückstände entstanden. Ihre wirtschaftliche Bedeutung hat gegenüber den Lateritbauxiten stark abgenommen.

Die Lateritbauxite liegen in zahlreichen Ländern des gesamten Tropengürtels. Sie entstanden durch lateritische Verwitterung ganz unterschiedlicher silikatischer Gesteine wie Granit, Gneis, Basalt, Syenit, Ton und Tonschiefer. Gegenüber eisenreichen Lateritdecken bilden sich Bauxite bei besonders intensiver Verwitterung und erhöhter Drainage, die eine Auflösung von Kaolinit unter Bildung von Gibbsit ermöglicht. In den Lagerstätten liegen die aluminiumreichsten Bereiche häufig unter einer eisenreicheren Oberflächenschicht. Im Gegensatz zu den Karbonatbauxiten besteht der Al-reiche Bauxit aus Gibbsit, Böhmit, Diaspor sowie nichtkristallinen Al-haltigen Gelen.

Bekannt sind auch fossile Laterite und Bauxite, welche zumeist in Lavaschichten eingebettet sind.


Lagerstätten
Laterit- und Bauxitschichten können bis bis zu mehreren 10er-Metern mächtig sein. Während die Gesteine stark verwittern, um ein charakteristisches Bodenprofil aus Laterit zu bilden, konzentrieren sich Schwermineralien als Residuallagerstätte in Form Metall-angereicherter Schichten oberhalb des darunterliegenden, nicht verwitterten Grundgesteins an. Im Falle einer REE-Lagerstätte, welche diese Verwitterungsprozesse durchläuft, wird die Lagerstätte mit REE in abbauwürdigen Mengen angereichert.



Ionenabsorbierende Tone und Tonige Laterite

Ein ganz besonderer Typ von residualen REE-Lagerstätten sind die sogenannten ionenabsorbierenden Tone und tonigen Laterite. Sie entstanden durch allitische Verwitterung, bzw. Auslaugung der REE aus offensichtlich magmatischen Gesteinen und anschließende Ablagerung der REE in Tongesteinen (Ton, Tonstein, Lehm- und Lehmstein , Mergel und Mergelsteine, Schieferton und sedimentärer Tonschiefer sowie Kaolin (welcher jedoch, obwohl zu den Tongesteinen gehörig, als Rückstandsgestein definiert wird). Dieser Lagerstättentyp ist nur von Süd-China (Gebiet Nanling) und von Kasachstan bekannt. Die Bildungsprozesse sind bis heute noch nicht gänzlich erforscht.

Eine andere Art der REE-Konzentration entstand im südlichen China durch vollständige Verwitterung von Graniten unter Bildung mächtiger Ton-Laterit-Lagerstätten. Diese Tone haben beträchtliche Mengen an REE absorbiert. Die chinesischen ionenabsorbierenden Lagerstätten gehören zu den weltgrößten REE-Vorkommen. Zusammen mit den REE von Bayan Obo kontrolliert China damit 90% der Weltproduktion (Quelle: USGS). Ionenabsorbierende Tone sind die Hauptquelle für HREE; die Ausbringung beträgt im Mittel 79% (Quelle: Tantalus)

Seit neuestem weiß man, das es auch im MW von Madagaskar von an Tone gebundenen Vererzungen Seltener Erden gibt, welche vergleichbar mit den ionenadsorbierenden Tonen aus Süd-China sind.

REE in Lateriten im südlichen China
REE in Lateriten im südlichen China

Verteilung der REE;
Quelle: Haxel, G.B., Hedrick, J.B., Orris, G.J., 2002; Rare Earth Elements - Critical Resources for High Technology; IUGS Fact Sheet 087-02

USGS


Pegmatite

Pegmatite sind plutonische Ganggesteine, die durch Grob- bis "Riesenkörnigkeit" (im Zentimeter- bis Meterbereich) gekennzeichnet sind und in der Endphase der Tiefengesteinskristallisation aus Restschmelzen gebildet wurden. Sie bestehen hauptsächlich aus Feldspat, Quarz und Glimmer. Neben den häufigen Granitpegmatiten werden auch - je nach Abstammung - andere Pegmatite wie Syenit-, Diorit, und Gabbropegmatite unterschieden. Der Mineralbestand variiert entsprechend.

Pegmatite wie Metapegmatite können wichtige Lagerstätten für Industrierohstoffe oder Edelsteine sein. Aus Pegmatiten werden industriell bedeutsame Minerale und seltene Elemente wie Bor, Beryllium und Lithium gewonnen. Manche Granitpegmatite führen auch Nb- und Y-Mineralien.

Zuweilen befinden sich darin auch Schmucksteine wie Topas, Rauchquarz, verschiedene Turmaline oder Beryll. Aufgrund ihres gangförmigen Auftretens, der ungleichmäßig verteilten Mineralisation und des zumeist geringen Volumens spielen Pegmatite im weltweiten Vergleich als Lagerstätte nur eine kleinere Rolle. Mineraliensammler schätzen Pegmatite aufgrund ihrer gelegentlich sehr seltenen und/oder außergewöhnlich großen Minerale.

Wichtige Beispiele sind der zwei Kilometer lange und 45 bis 60 Meter mächtige Bikita-Pegmatit in Simbabwe, der zu den größten Lagerstätten von Lithium, Cäsium und Beryllium der Welt gehört. Im Altai-Gebirge in der Mongolei existiert ein 20 bis 70 Kilometer breiter Schwarmgürtel, in dem sich auf einer Länge von rund 450 Kilometern zahlreiche Pegmatitfelder und Schwärme aufreihen. Hier werden besonders Lagerstätten der REE abgebaut. Die Pegmatite von Bancroft (Ontario) und die riesigen Lagerstätten von Rössing in Namibia werden besonders wegen ihres Gehaltes an Uran abgebaut.

Pegmatit - Euxenit-(Y)
Pegmatit - Euxenit-(Y)

Luella Pegmatit, Trout Creek Pass Pegmatite District, Buena Vista, Chaffee Co., Colorado, USA;
Größe: 5,8x4,8cm

Rob Lavinsky


IOCG-Lagerstätten

IOCG-Lagerstätten (Iron-oxid copper-gold) wurden seit der Entdeckung der Olympic Dam-Lagerstätte in Südaustralien in den 1980er Jahren als eigenständiger Lagerstättentyp erkannt. Olympic Dam gilt als der Prototyp für diese Lagerstättengruppe, der vor der Entdeckung von Olympic Dam unbekannt war. Die Lagerstätte befindet sich in einem etwa 1,58 Milliarden Jahre alten Granit, welcher von etwa 300 m neoproterozoischen Sedimenten überlagert wird. Hydrothermale Prozesse haben den Granit brekziiert und mit Eisen, Kupfer, Uran, Gold, Silber sowie REE angereichert.

Die Lagerstätte hat in der Aufsicht eine kreisförmige Gestalt mit einer etwa 5 km langen schmalen Verlängerung nach Nordwesten. Der Tiefbau findet derzeit in dem nordwestlichen Teilstück statt, der Tagebau soll das kreisförmige Zentrum erschließen. Die nachgewiesenen Ressourcen der Lagerstätte liegen bei 8,3 Milliarden Tonnen Erz mit 0,8% Kupfer, 0,028% Uranoxid und 0,5 g/t Gold. Die derzeit geförderten Erze aus dem Nordteil enthalten einen etwa doppelt so hohen Erzgehalt. Die Erzlagerstätte reicht bis in eine Tiefe von mindestens 2.200 m. Olympic Dam ist damit eines der größten Erzvorkommen der Erde und stellt die mit Abstand größte nachgewiesene Uranressource dar.

IOGC-Lagerstätte
IOGC-Lagerstätte

IOGC-Lagerstätte Prominent Hill in South Australia

Geomartin

Die Lagerstätte Olympic Dam ist insofern ungewöhnlich, weil sie eine große Menge REE und Uran enthält. Bis heute war es jedoch nicht möglich, ein wirtschaftlich sinnvolle Methode zur Gewinnung der REE zu entwickeln. Seitdem sind viele andere IOCG-Lagerstätten in der Welt identifiziert worden, wenngleich es kaum Informationen bezüglich ihres REE-Gehalts gibt.

IOCG-Lagerstätten werden als metasomatische Produkte großer Erdkrusten-Verwitterungsereignisse im Zusammenspiel mit intrusiven Aktivitäten betrachtet. Sie werden getrennt von anderen großen intrusiv entstandenen Cu-Lagerstätten (wie Porphyr-Cu-Lagerstätten) klassifiziert, bedingt durch ihre substantielle Akkumulation von Eisenoxidmineralien, ihrer Assoziation mit felsisch-intermediären Intrusiva-Typen (Na-Ca-reiche Granitoide) und dem Fehl der komplexen Zonierung in den Verwitterungsprodukten, welche gewöhnlich mit Porphyr-Lagerstätten assoziiert sind.

Die IOCG-Mineralisation kann innerhalb metasomatisierter Ganggesteine, innerhalb brekzierter Maar oder Caldera-Strukturen, Verwerfungen oder Falten oder der Aureaol intrusiver Ereignisse (möglich als Skarn) akkumulieren und ist typisch von einer substantiellen Anreicherung von Eisenoxiden (Hämatit, Magnetit) begleitet. IOCG-Lagerstätten tendieren zu einer Akkumulation innerb eisenreicher Gesteine wie BIF und Eisenschiefer sowie (in einigen Fällen) metasomatische Eisenanreicherungen siliziklastischer Gesteine

Das Alter der weltweiten IOCG-Lagerstätten reicht von 1,8 Mrd bis 15 Mio Jahren; die meisten sind jedoch im Oberen Proterozoikum zwischen 1,6 Mrd und 850 Mio Jahren entstanden. Worldwide, ages of recognised IOCG deposits range from 1.8Ga to 15 Ma, however the majority are within the 1.6Ga to 850Ma range. Die typischen Erzmineralien der IOCG-Lagerstätten sind Chalcopyrit und Pyrit. Gangmineralien sind typisch irgendeine Form von Eisenoxidmineral (klassisch Hämatit, aber auch Magnetit). Silikatische Gangmineralien sind Aktinolith, Pyroxene, Turmalin, Epidot, Chlorit, Apatit, Allanit-(Ce) und andere Phosphatmineralien. REE-Mineralien sind meist mit Phopsphatmineralien assoziiert.



Andere REE-Lagerstätten

Spuren von REE wurden auch in Magnetit-Apatit-Verdrängungslagerstätten identifiziert.

Karstbauxite, d.h. aluminiumreiche Böden, welche in kavernösen Kalksteinen (der Karst-Untergrund) in Montenegro und woanders akkumulieren , sind angereichert mit REE, doch die resultierenden Konzentrationen sind wirtschaftlich uninteressant.

Das gleiche kann von marinen Phopshatlagerstätten, welche bis zu 0,1% REO enthalten, gesagt werden. Verfahren zur Gewinnung von REE als Nebenprodukt bei der Herstellung von Phopshatdünger wurden untersucht.



Literatur

  • Cordeiro, P.F.O., Brod, J.A., Dantas, E.L., Barbosa, E.S.R. , 2010; Mineral chemistry, isotope geochemistry and petrogenesis of niobium-rich rocks from the Catalão I carbonatite-phoscorite complex, Central Brazil; Lithos, 118 (3-4), pg. 223-237
  • Currie,K.L.; 1976; The alkaline rocks of Canada; Bull. geol. Surv. Canada : 239, 1-228
  • Eckermann,H; 1948; The alkaline district of Alnö Island; Sveriges geol. Unders. Avh. Upps.. Ser. Ca. : 36; 1-176
  • Evand, A.M., 1992; Erzlagerstättenkunde
  • Hornig-Kjarsgaard, I., 2010; Rare Earth Elements in Sövitic Carbonatites and their Mineral Phases. Journ. of Petrology: 39,12, 2105-2121.
  • Ivanyuk, G.Yu., Yakovenchuk, V.N., and Pakhomovsky, Ya.A. (2002) Kovdor. Laplandia Minerals, Apatity, Russia.
  • Juarez Fontana, 2006; Phoscorite-Carbonatite Pipe Complexes - a promising new platinum group element target in Brazil. Journal Archive, Vol. 50, 3, 134-142
  • Kanazawa, Y., Kamitani, M., (2006); Rare earth minerals and resources in the world. Journal of Alloys and Compounds 408–412: 1339–1343.
  • Karchevskii, P. I., 2000; Minerals of Sr and REE in carbonatites from Loolekop deposit (Palabora, RSA). Zapiski Vserossiiskogo Mineralogicheskogo Obshchestva 129, 99-109.
  • King, B.C., Le Bas, M.J., Sutherland D.S. (1972): The history of the alkaline volcanoes and intrusive complexes of eastern Uganda and western Kenya. J. Geol. Soc. London 128, 173-205.
  • Lee, Mi Jung; Lee, Jong Ik; Hur, Soon Do; Kim, Yeadong; Moutte, Jacques; Balagansky,E., Sr Nd Pb isotopic compositions of the Kovdor phoscorite carbonatite complex, Kola Peninsula, NW Russia; Lithos, Vol. 91, Issue 1-4, p. 250-261.
  • Leveille R .A., Marschik R., 2000; 31 International Geological Congress, Rio de Janeiro, Brazil, August 6-17, Abstract. 3p.
  • Lindenmayer Z .G., Teixeira J. B. G.: in Silva M. G., Misi A. (Ed.), 1999; Ore genesis at the Salobo copper deposit, Serra dos Carajas: Base Metal Deposits of Brazil CPRM, Brazil, pp 33-43.
  • Mitchell, R.H., Eby, G.N., Mrtin, R.F., 1996; Alkaline Rocks: Petrology and Mineralogy: Can. Min., Vol. 34, Part 2,
  • Mitchell, A.H.G.; Garson, M.S.; 1981; Mineral Deposits and Global Tectonic Settings
  • Okrusch, M., Matthes, S., 2009;Mineralogie. Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 8. Auflage.
  • Pohl, W., Petrascheck, W. E., 1992; Lagerstättenlehre - Eine Einführung in die Wissenschaft von den mineralischen Bodenschätzen.
  • Pohl, W., 2005; Mineralische und Energie-Rohstoffe. Eine Einführung zur Entstehung und nachhaltigen Nutzung von Lagerstätten.
  • Tazava E., de Oliveira C. G.: in Porter T. M. (Ed), 2000; Igarape Bahia Au-Cu-(REE-U) deposit, Carajas Mineral Province, Northern Brazil: Hydrothermal Iron Oxide Copper-Gold & Related Deposits: A Global Perspective, PGC Publishing, Adelaide, v1, pp 203-212.
  • Wall, F., Mariano, A.N., 1996. Rare earth minerals in carbonatites: A discussion centred on the Kangankunde carbonatite, Malawi. Pages 193–225 in Rare Earth Minerals: Chemistry, Origin, and Ore Deposits. Edited by A.P. Jones, F. Wall, and C.T. Williams. Mineralogical Society Series 7. London: Chapman and Hall.
  • Wall, F. & Zaitsev, A. N. (eds) 2004. Phoscorites and Carbonatites from Mantle to Mine: the Key Example of the Kola Alkaline Province. The Mineralogical Society Series no. 10. xv + 498 pp. London
  • Whitten, D.G.A.; Brooks, J.R.V.; 1972; Dictionary of Geology
  • Williams P. J., Barton M. D., Johnson D. A., Fontbote L., de Haller A., Mark G., Oliver N. H. S. and Marschik R.; 2005, in Hedenquist J. W., Thompson J. F. H., Goldfarb R. J. and Richards J. P. (Eds.), 2005 ; Iron oxide copper-gold deposits: Geology, space-time distribution and possible modes of origin: ; Economic Geology, 100th Aniversary Volume, SEG, Denver, pp 371-405.
  • Wall, F., Zaitsev, A.N. (Editors); 2004; Phoscorites and Carbonatites from Mantle to Mine: the Key Example of the Kola Alkaline Province. London (Mineralogical Society Series), Volume 10. ISBN 0 903056 224.
  • Wimmenauer, W. (1985): Petrographie der magmatischen und metamorphen Gesteine. 160-163, Enke, Stuttgart.
  • Wolley, A.RE.; 1985-1990; Alkaline Rocks and Carbonatites of the World (4 Bände)

Durchblättern