Rohstoffe - Universität Wien

STEOP: System Erde (LV 280001)
Unterstützendes Handoutmaterial zum Themenkomplex 23:
Mensch und Umwelt;
Lagerstätten und Rohstoffe
Dieses Handoutmaterial ergänzt die Vorlesungsinhalte. Zur Prüfungsvorbereitung
wird weiters empfohlen Kapitel 23 „Mensch und Umwelt“ des Lehrbuchs
„Press/Siever - Allgemeine Geologie“ (J. Grotzinger et al.), 5. Aufl., Springer
Spektrum, 2008 (hier insbesondere die Kapitelzusammenfassung).
Bei Fragen bitte zu kontaktieren:
Prof. Lutz Nasdala, Institut für Mineralogie und Kristallographie der Universität Wien
UZA2 Raum 2A251 / Telefon 4277-53220 / e-mail: [email protected]
Allgemeine Termini I:
Rohstoffe (primär) = natürliche Ressourcen, die (abgesehen vom
Herauslösen aus ihrer natürlichen Quelle) noch keine Bearbeitung
erfahren haben
Rohstoffe (sekundär) = durch Wiederverwendung gewonnene
Ressourcen
Rohstoffarten:
- nach Eigenschaften; z.B. anorganische und organische
- nach Regenerierbarkeit; z.B. nachwachsende und nicht erneuerbare
- nach Herkunft, Gewinnungsart, Verwendung…
Auf oder in der Erde vorkommende Industrierohstoffe aus anorganischen
und fossilen Ressourcen = Bodenschätze (Ausnahme: Wasser)
Lagerstätte = Konzentration eines bestimmten Bodenschatzes / Rohstoffs,
deren Abbau/Gewinnung ökonomisch lohnenswert ist
Mineralvorkommen = Konzentration eines Bodenschatzes / Rohstoffs,
deren Abbau/Gewinnung (derzeit) ökonomisch nicht lohnenswert ist
Allgemeine Termini II:
Rohstoffe (primär) = natürliche Ressourcen, die (abgesehen vom
Herauslösen aus ihrer natürlichen Quelle) noch keine Bearbeitung
erfahren haben
Rohstoffe
(primäre)
Elementrohstoffe
Erze = Metallrohstoffe
 Kupfererze
 Eisenerze
 Golderze
 Pyrit = Schwefelrohstoff (kein Eisenerz!)
Eigenschaftsrohstoffe
Energierohstoffe
 Kohle
 Erdöl, Erdgas
 Uran
(auch: Industrieminerale und
Massenrohstoffe)
 Diamant
 Tonminerale, Gips
 Sande, Gesteine
REE = Rare Earth Elements, deutsch Seltenerdelemente
Was sind Seltene Erden?
Oxide der folgenden Elemente:
3. Gruppe des PSE (außer Ac): Sc, Y, La; Lanthanoide: Ce…Lu
Seltenheit ist missverständlich:
- Ce (halb so häufig wie Cl, 5× häufiger als Pb)
- bis auf Pm (kurzlebig) sind alle REE häufiger als I und Ag
Lagerstätten/Gewinnung:
leichte Ceriterden: Monazit, REE[PO4]; Bastnäsit, REE[CO3F];
schwere Yttererden: Gadolinit, FeBe2REE2[Si2O10]; Xenotim, Y[PO4]
Was sind Seltenmetalle?
- nicht identisch mit REE
- Kriterium I: hoher Preis
- Kriterium II: hoher Preisanstieg in den letzten Jahren
- Kriterium III: Reserveknappheit
- Kriterium IV: Konzentration der Reserven auf 1-2 Länder
Beispiele: In, Sb; weiters Co, Au, Platingruppenelemente, Nb, Ta
Was ist Coltan? Wichtigstes Nb-Ta-Erz (Columbit-Tantalit)
Industrieminerale = Minerale, welche direkt (ohne Phasen- oder chemische
Umwandlung) für Industriezwecke eingesetzt werden.
Beispiel synthetische Granate:
Kubische Materialien, gehören kristallstrukturell zu den Granaten, aber ohne
natürliches Analogon.
Bsp. YAG: Yttrium-Aluminium-Granat (dotiert z.B. mit Nd, Yb, Er, Ce, usw.)
Bsp. Gallium-Granate: GGG Gadolinium-Gallium-Granat
TGG Terbium-Gallium-Granat
GSGG Gadolinium-Scandiun-Gallium-Granat
usw.
Verwendung: Festkörperlaser, div. opt. Filter und Bauelemente
Rohstoffe − Gewinnung und Sicherstellung der Versorgung
Gegenwärtige Probleme beinhalten (unter anderem) folgende Aspekte:
- großräumiger Abbau von Lagerstätten führt zu Schädigung der Ökosysteme;
verlangt kostenintensive Rekultivierung
- Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen (Problem: Wirkungsgrad!) führt zur
Erhöhung der CO2- und S-Emission (Atmosphärenbelastung, Ozonloch)
- Energiegewinnung aus nuklearen Brennstoffen beinhaltet das Problem der Langzeit-Immobilisation großer Mengen radioaktiver Abfälle
- dabei vor allem Anstieg des Energiebedarfs in Entwicklungsländern
- langfristige Klimaänderungen nur schwer steuerbar:
partielles Abschmelzen der Polkappen Anstieg des Welt-Meeresspiegels;
Veränderungen der Lebensbedingungen für Flora und Fauna (Artensterben)
Rohstoffe − Gewinnung und Sicherstellung der Versorgung
- Energiegewinnung aus fossilen Brennstoffen (Problem: Wirkungsgrad!) führt zur
Erhöhung der CO2- und S-Emission (Atmosphärenbelastung, Ozonloch)
Beispiel:
Blick in den Sonnenaufgang an
einem wolkenlosen Tag in
Beijing (April 2014).
Foto privat.
Lagerstätten-Entstehung
1. Magmatische Lagerstätten
1.1. Liquidmagmatische Bildung
(gravitative) Kristallisationsdifferentiate = Anreicherung durch Absaigern
von früh ausgeschiedenen kristallinen Komponenten
Bsp.: Chromit (Cr), Ilmenit (Ti), Titanomagnetit (Ti)
Liquidationsdifferentiate = Anreicherung durch Bildung von sulfidreichen
Teilschmelzen
Bsp.: Pyrrhotin (Fe), Pentlandit (Ni), Chalkopyrit (Cu)
Lagerstätten der Hauptkristallisation = Gestein in seiner Gesamtheit ist
Elementrohstoff
Bsp.: Apatit (Phosphat), Nephelin (Al)
Lagerstätten der Spätkristallisation = Pegmatite
Bsp.: Quarz, Feldspäte; Erze: REE; Nb, Ta, Th, Li, Be;
Edelsteinminerale: Beryll, Topas, Turmaline, Spodumen
(Kunzit), auch Rosenquarz, Zirkon
Lagerstätten-Entstehung
1. Magmatische Lagerstätten
1.2. Postmagmatische Bildungen
Lagerstätten pneumatolytischer Bildung = aus überkritischen Fluida;
gebildet aus leichtflüchtigen Komponenten, welche in der
liquidmagmatischen Kristallisation nicht in Minerale eingebaut werden
konnten; chemisch sehr aggressiv („verdünnte Säuren“: z.B. F, BO3, Cl);
Mineralabscheidung um 550–374 °C als Gänge oder auch Imprägnate
Bsp.: Kassiterit (Sn), Wolframit (W), Scheelit (W), Molybdänit (Mo)
Lagerstätten hydrothermaler Bildung = aus Hydrothermen (auch
hydrothermale Lösungen); mineralstoffbeladene wässrige Lösungen,
flüssig, bis max. 374 °C warm
Bsp.: intrakrustale Gang-, Imprägnations-, Verdrängungslagerst.;
z.B. Ag, Au, Cu, Zn, Pb, auch Mo
epikrustal: submarin-hydrothermal-sedimentäre Lagerst.;
z.B. Fe, Pb, Zn, auch Edelmetalle
Lagerstätten-Entstehung
2. Metamorphe Lagerstätten
- metamorphogen: durch Metamorphose angereicherte Minerale
Bsp.: Skarnlagerstätten (W, Mo, etc.) durch chemische Überprägung
von Karbonatgesteinen durch SiO2-reiche, mineralstoffbeladene
Schmelzen und/oder Fluida
- metamorphisiert: Überprägung vorhandener Mineralanreicherungen
Bsp.: Eisenquarzite (BIF = banded iron formation)
Bsp.: Graphit als metamorphisierter Kaustobiolith
(Kaustobiolithe = brennbare, aus Organika zusammengesetzte Sedimente)
Lagerstätten-Entstehung
3. Sedimentäre Lagerstätten
- mechan. Verwitterung:
Klastika (auch klastische Sedimente) = Material, das aus der mechanischen Zerstörung anderer Gesteine stammt (nach dem
griechischen klasto = gebrochen, abgebrochen)
Restit = nach Abtransport bzw. Verwitterung der übrigen Komponenten
am ursprünglichen Ort übrigbleibender unverwitterter Rest
Seifen = sekundäre sedimentäre Mineralanreicherungen
Beispiel für eine
fluviatile Seifenlagerstätte: Einheimische beim
Waschen von
Edelsteinen. Pailin,
Kambodscha.
Fotos privat.
Lagerstätten-Entstehung
3. Sedimentäre Lagerstätten
- mechan. Verwitterung:
- chem. Verwitterung in situ (ohne Transport)
- chem. Verwitterung mit Transportweg
- terrestrisch-limnische Sedimente (Buntmetalle, Ag, U)
- marine Sedimente (Limonit/Hämatit, Fe-Chlorite)
- Evaporite (Salze)
- Biolithe (Metallsulfide durch Bakterien, z.B. Kupferschiefer)