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Kritische Hochtechnologiemetalle:
Verfügbarkeit in der EU mit Fokus auf Österreich
Univ.-Prof. Mag.rer.nat. Dr.mont. Frank Melcher
Lehrstuhl für Geologie und Lagerstättenlehre, Montanuniversität Leoben
frank.melcher@unileoben.ac.at
4000 v.Chr.
2000 v.Chr.
1400 1600 1800 1900 2000
Eisen
Bronze
Kupfer
Leichtmetalle
Hightechmetalle
Zeitliche Entwicklung der Verwendung von Metallen
Hochtechnologiemetalle
….sind seltene Elemente (wenige mg bis Gramm pro Tonne Gestein)
… sind strategische Elemente (wichtig für die Europäische Industrie,
keine Eigenproduktion)
• viele Anwendungen
• Zukunftstechnologien
• innovativ
• teuer
Die ökonomische Seite
zukünftig stark steigender Verbrauch
geringe Produktion (10 – 1000 t, bei SEE 100,000 Tonnen)
teilweise sinkende Produktionskapazitäten
volatile Preise (Firmenkonzentration, Spekulation)
unzureichendes Angebot
Wettbewerbsverzerrungen, geostrategische Risiken
Identifikation von 92 „Zukunftstechnologien“
• Fahrzeugbau, Luft- und Raumfahrt
• IT, Kommunikation, optische Technologien
• Energie-, Elektro-, Antriebstechnik
• Chemie-, Prozess-, Umwelttechnik
• Medizintechnik
• Werkstofftechnik
Prognosen zur Entwicklung bis 2030:
Markt, Bedarf, Recyclingpotenzial
5
REE
PGE
NbGe Mg
GaSb
InWBe
TaCo
Li
Cu
Cr
Die EU-14 “Critical Minerals”
Seltene Erden: Bergwerksförderung bzw. Produktion
Produktion 2009: ca. 131.642 t SEO China: 98,3 %, Russland: 1,4 %, Brasilien 0,2 %
Produktion 2012: ca. 104.000 t SEO China: 91,4 %, Australien 5,4 %, Russland 2,0 %, USA 0,8 %
Indien
2009: 16 t SEO
2012: - Malaysia
2009: 25 t SEO
2012: 179 t SEO
Brasilien
2009: 303 t SEO
2012: 206 t SEO
Russland
2009: 1.898 t SEO
2012: 2.131 t SEO
USA
2009: -
2012: 800 t SEO
China
2009: 129.400 t SEO
2012: 95.000 t SEO
Australien
2009: -
2012: 5.626 t SEO
bmwfw: World Mining Data
Fe Al
Mg
Ti
Sn
Ni
Cu
Pb
Zn
Cr
Mn
Ag
Au
PGE
Ga
Ge
In
Cd
Co
AsBi Pd
NiRhIr
Os
Co
Ru
BiAs
Pt
Se
Te
Ag
AuPb
MoZn
FeCa/Si Hg
Sb
Mg
Mn
Fe
Cu
Hg
Sb
Ti
Ca/Si
Ca/Si
VAl
Fe
Mg
Mg
Pb
Ca/SiAl Cu
Co FeNi
As
PbZn
AlV
SnMg
Mn CuCr
Ti
As
V Ga
Li
MnCuFe
Zn
CrTi
Cl
B
Mn
Br
Fe
Ni
Al
V
NbCr
Fe
Sn
Al
Mg
Mn
Zr
Ta
Ag In
AuCu
AgPt
RuTe
Os
Ir
Co
Se
Rh
W
BiSb
Cu
ZnAs
NbPb
TaMg
Fe
Hg
Ca/Si
Cr
Sb
As
GemischteErze
Sulfiderze
Oxiderze
Hauptmetall
Nebenprodukte
Mit eigenerInfrastruktur
BegrenzteInfrastruktur
Keine Infrastruktur→ Abgänge
Das “Metallrad”
Ge
Ge
Ge
Metall Symbol Produktionsart Produktion 2011
Bedarf 2030
CAGR (20 Jahre)
Recycling 2011
Scandium Sc Raffinerie 10 50 8,84%
Kobalt Co Bergbau 130.700 336.700 5,11% 25%
Tellur Te Raffinerie 742 1.826 4,86% 8%
Niob Nb Bergbau 78.750 180.985 4,48% 20%
Germanium Ge Raffinerie 197 433 4,25% 40%
Gallium Ga Raffinerie 288 630 4,21% 25%
Tantal Ta Bergbau 988 1.820 3,27% 20%
Indium In Raffinerie 1.360 2.500 3,26% 53%
Lithium Li Metallgehalt 20.800 36.500 3,01%
Rhenium Re Bergbau 65 111 2,81% 25%
Antimon Sb Bergbau 198.800 317.000 2,49% 15%
Wolfram W Bergbau 120.000 181.600 2,20% 40%
Beryllium Be Bergbau 300 405 1,59% 20%
Zinn Sn Bergbau 334.150 482.600 1,95% 24%
Kupfer Cu Bergbau 19.777.000 27.386.000 1,73% 19%
Entwicklung der Metallproduktion(geschätzt)Ross et al. 2013Report EUR 25994EN
Seltene Erdelementeim Durchschnitt +6,64%(+4.0% für Dysprosiumbis +7.4% für Cer
SEE
PGE
Ge
In
Co
Sb
Ga
Ta-Nb
Li
W
Be
500
3000
4
16
<10
763
706
393
246
21311,7
0,1
480 Nb+Ta
Potenzial Produktion
(Tonnen 2012)
Karte: BGR 2006Daten: Critical Metals Handbook 2014World Mining Data 2014
Raffinerie
Raffinerie
Rohstoff Gebunden an Europa Österreich/Ostalpen
Seltene Erden (SEE)
Karbonatite, Alkaligesteine, IOCG, marine Seifen, Tone
Norra Kärr, Bastnäs (SW), Storkwitz (D), Kola (RU)
Geringes Potenzial (Böhmische Masse)
Platingruppen-elemente (PGE)
Chromitite, Ni-Cu-Sulfide in LIC
Finnland, Spanien, Polen (Kupferschiefer)
Geringes Potenzial (UltramafiteOstalpin, Penninikum)
Germanium Zn-Sulfide in MVT, SMS; Kohle(-asche)
Polen, Deutschland, Irland, Frankreich
Sphalerit im Bleiberg-Typ, Fahlerze, Kohlen
Indium Cu-Zn-Sulfide: VMS, SMS PO, GB, IT, SW, Erzgebirge Sphalerit in VMS, SMS
Kobalt Hydrothermale Sulfiderze, magmatische Ni-Cu-Erze, Laterite, Manganknollen
Finnland, Kongsberg,Kupferschiefer, Ganglagerstätten
Leogang, Schladming, Mitterberg(polymetallische Vererzungen)Ultramafite u. Laterite
Antimon Epithermal, mesothermal,aktive Plattengrenzen, Vulkanite, Hot springs
PO, E, F, D, CZ, SV, Italien (Manciano), SE Balkan
Kreuzeckgruppe, Grauwackenzone, Schladming, Lesachtal, Schlaining/Bernstein
Gallium Bauxit, Zinksulfiderze, epithermal (Alteration)
Griechenland, Balkan, Ungarn
Gosau-Bauxite(Kohleaschen)
Kritische Rohstoffe/Hochtechnologimetalle: Potenziale in Europa
Cer in Bachsedimenten
Rohstoff Gebunden an Europa Österreich/Ostalpen
Seltene Erden (SEE)
Karbonatite, Alkaligesteine, IOCG, marine Seifen, Tone
Norra Kärr, Bastnäs (SW), Storkwitz (D), Kola (RU)
Geringes Potenzial (Böhmische Masse)
Platingruppen-elemente (PGE)
Chromitite, Ni-Cu-Sulfide in LIC
Finnland, Spanien, Polen (Kupferschiefer)
Geringes Potenzial (UltramafiteOstalpin, Penninikum)
Germanium Zn-Sulfide in MVT, SMS; Kohle(-asche)
Polen, Deutschland, Irland, Frankreich
Sphalerit im Bleiberg-Typ, Fahlerze, Braunkohlen
Indium Cu-Zn-Sulfide: VMS, SMS PO, GB, IT, SW, Erzgebirge Sphalerit in VMS, SMS
Kobalt Hydrothermale Sulfiderze, magmatische Ni-Cu-Erze, Laterite, Manganknollen
Finnland, Kongsberg,Kupferschiefer, Ganglagerstätten
Leogang, Schladming, Mitterberg(polymetallische Vererzungen)Ultramafite u. Laterite
Antimon Epithermal, mesothermal,aktive Plattengrenzen, Vulkanite, Hot springs
PO, E, F, D, CZ, SV, Italien (Manciano), SE Balkan
Kreuzeckgruppe, Grauwackenzone, Schladming, Lesachtal, Schlaining/Bernstein
Gallium Bauxit, Zinksulfiderze, epithermal (Alteration)
Griechenland, Balkan, Ungarn
Gosau-Bauxite(Kohleaschen)
Kritische Rohstoffe/Hochtechnologiemetalle: Potenziale in Europa
Rohstoff Gebunden an Europa Österreich/Ostalpen
Tantal Pegmatite, SE-Granite, Karbonatite
Grönland, Skandinavien,Zentral- und SW-Europa
Pegmatite im Ostalpinen Kristallin
Niob Karbonatite, Alkaligesteine, Pegmatite
Norra Kärr (S), Storkwitz (D) Geringes Potenzial (Böhmische Masse)
Lithium Pegmatite, Granite, Salare Pegmatite: Portugal, Spanien, Schweden, Finnland, Erzgebirge
Ostalpines Kristallin: Weinebene, Wölzer Tauern, Gleinalm; Evaporite?
Wolfram granitgebundene Lgst., Skarn, Greisen, PCD, stratiforme Lgst, Hot springs
Portugal, Spanien,Erzgebirge, Cornwall, MassifCentral
Subpenninische, penninische und ostalpine DeckenProduktion in Mittersill
Beryllium Pegmatite, hydrothermal-metasomatisch (Spor Mtn, Utah)
Portugal, Spanien,Frankreich, Ukraine, Schweden
Weinebene, Pegmatite; Habachserie;(Masul, Passeiertal); beibrechendmit Scheelit
Kritische Rohstoffe/Hochtechnologiemetalle: Potenziale in Europa
Kritische Rohstoffe: Potenziale in Europa
Zink-Kupfer-SulfiderzeZn-Cu-Pb + Ge, In, Ga, Cd• karbonatgebunden• sedimentgebunden• vulkanogen• Kupferschiefer• Epithermalsysteme• Porphyry Copper• Aufbereitungsabgänge• Schlacken
Pegmatite, SE-Granite, GreisenTa, Nb, Be, Sn, W, In, Ge, Li (SEE)
• häufig, geringe Tonnagen
Karbonatite, AlkaligesteineSEE, Nb (Ta), Zr
• selten
BauxiteAl + Ga
• low grade
Kohle-AschenEnergie + Ge, Ga (SEE)
• geringe Konzentrationen
EpithermalsystemeSb, W, Au, Ag, Hg
• junge Vulkanprovinzen• alte Kratone/GSB
LICsPGE, Cr, Ni, Co, V• Skandinavien
OphiolitheCr (PGE), Mg, Co, Ni
• häufig
Lagerstättenkarte von Österreich
Südalpen
Böhmische Masse
Nördliche Kalkalpen
Drauzug/Karawanken
TauernfensterUE.F. G.D.
G.P.
R.F.Grauwackenzone
• 3500 Vorkommen und Lagerstätten• 150 minerogenetische Distrikte
Zink-Vorkommen
Quelle: IRIS, GBA
St. Christoph
St. Veit
Nassereith
Tösens
Knappenkar
Lafatsch
Obernberg
Serles Achselalm
Saalfelden
LeogangNöckelberg
Naßfeld
Knappenstube
Jauken
Pirkach
Schlossberg
Bleiberg
Lengholz
Hochobir
Koprein
Mezica
Meiselding
Metnitz
Zinkwand
Hauser Kaibling
Walchen
Myrthengraben (Gips
Haufenreith
Oberzeiring
Zink-Vorkommen: Germanium(Daten von Sphalerit, Cerny & Schroll 1992, 1995; Schroll 1997)
Quelle: IRIS, GBA
200
15120
5
1300300
1000
10
350
370
135
14444
15001260
900260
1100190
3360
50
<2
Zink-Vorkommen: Indium(Daten von Sphalerit, Cerny & Schroll 1992, 1995; Schroll 1997)
Quelle: IRIS, GBA
<1
48
5
10
28
50
9
<1
<1<1
<1 <1
<1
88<1
3401000
10
<300 6
Metall
Potenzial
Bleiberg(Tonnen)
„kalkalpine Trias“
(Tonnen)
Ostalpines Paläozoikum
(Tonnen)
Germanium 36 40-50 >16
Thallium 12 7-8 niedrig
Gallium 2 6-8 ?
Indium niedrig niedrig 3-4
Verteilung der Pb-Zn-Vorkommen in den Alpen
Modifiziert nach Schroll (1983, 2006)
• sechs Erzhorizonte
• Höchste Erzkonzentration in der oberen Wettersteinformation
• unterschiedliche Erztexturen:
• Lagen• Adern• Brekzien• Netzwerkvererzung
Modifiziert nach Cerny (1989) und Schulz & Schroll (1977)
Bleiberg-Kreuth, Kärnten (Österreich): „Bleiberg-Typ“
• >3 Millionen Tonnen Erz mit Zn/Pb = 5-6
• Germanium, Cadmium als Beiprodukte
• ca. 200 g/t Ge und 2000 g/t Cd im Sphalerit
ZnS
PbS
Dolomit
KalksteinZnS
Bleiberg / KärntenTypische Erzgefüge
Zinkblende im Durchlicht bei +N
E. Henjes-Kunst (2014)
Pb-Zn Lagerstätten im Drauzug
E. Henjes-Kunst (2014)
MW 570 ppmMd 370 ppm
MW 2400 ppmMd 1900 ppm
Fahlerze: Germanium(Daten: Schroll, 1997)
10
10
80
200
75
<30
20
10
30
20
430
Tennantit – Tetrahedrit(Cu,Fe)12As4S13 – (Cu,Fe)12Sb4S13
Nebenelemente: Ag, Hg, Ni, Co, Cd, Ge, Sn, Bi, Te, Se
Kl. Grabanz
Schwaz-Brixlegg
Nöckelberg
Kohle
Trimmelkam
HausruckAmpflwang
Häring
Köflach
Langau
Melk (Oligozän)
Zillingdorf
Ritzing
Pirka
Klagenfurt
Lavanttal
Fohnsdorf
Seegraben
Höll
Gresten
Lunz GrünbachLaussa
Kohle: Germanium(ppm Ge in Kohle, Schroll 1997)
15(<106)
1,2
0,9
1,5
8
70
<7
1-40
<6
<10
<3
<17
1
20
20
200 <26210
(400)
Bauxit: Gallium(ppm Ga, Schroll 1997)
64
39
48 63
36
Mali, Gassner, Senzenberger; Arbeitsgruppe Raith-Stocker-Ahrer; Konzett
Pegmatite: Lithium, Tantal (Nb, Be, Sn, Sc, SEE?)
Passeiertal
Pegmatit mit Ta Mineralisation
Li2O t Ta2O5 t
Weinebene 13 Mio t Reserve 134,000 315
350,000 t Jahresprod. 5,000 8
Hohenwart 2,5 Mio t Reserve 37,500 110
Columbit-(Mn)FersmitMikrolith
Columbit-(Fe) Columbit-(Fe)Tantalit-(Fe)Tapiolith-(Fe)
Zusammenfassung
• Kritische Rohstoffe: Versorgung derzeit aus häufig problematischen Quellen (China, Russland, Afrika), häufig monopolartig (SEE, Niob, Wolfram, PGE)
• Potenziale in Europa weitgehend unbekannt, derzeit erhebliche Anstrengungen dies zu ändern
• Potenziale in Österreich sind ebenfalls weitgehend unbekannt• Datenlage; Analytik; weitgehend fehlende moderne Prospektion
• Potenzial: Zink- und Kupfersulfiderze Kalkalpen und Grauwackenzone (Ge, In)
• Pegmatite für Li (+Sn, Ta,…); Selten-Metall-Granite?
• Wolfram, Antimon: bestehender und historisch bedeutender Bergbau
• Magnesit, Grafit: bestehender und historisch bedeutender Bergbau
Glück Auf!
…zurück zu heimischen Erzen !?