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Teil 2
Metallische Rohstoffe
Christoph Heinrich & Thomas Driesner
Rohstoffe der Erde
BSc Kurs D-ERDW
ETH Zürich 2012
10/26/12
ETH Folienlayout
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PPT-Bilder
zur Illustration, nicht
auswendiglernen, nicht ausdrucken
Was ist gemeinsam, was verschieden ?
KupferLagerstätte
Ölfeld
ZementSteinbruch
Erzlagerstätten sind ʻElement-Rohstoffeʼ
—> selektive geologische Anreicherung
© Christoph A. Heinrich
Fluids & Mineral Deposits Group
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Wieviel Kupfer braucht
die Schweiz pro Jahr?
10/26/12
ETH Folienlayout
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Kupferverbrauch CH
~ 75ʼ000 t / Jahr
plus
~ 40ʼ000t rezyklierter
Schrott
10/26/12
ETH Folienlayout
4
http://www.bafu.admin.ch/php/modules/shop/files/pdf/phpVlRqmh.pdf
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Wieviel Erz muss pro Jahr (im Ausland!) abgebaut werden,
um den Bedarf der Schweiz zu decken ?
Erz mit
~ 1% Kupfer
Etwa 7 Millionen Tonnen Erz mit 1% Kupfer
3
“Es hat ja etwas Kupfer im Meerwasser, in allen Gesteinen…..”
Wieviel Mergel aus dem Untergrund Zürichs bräuchte man?
© Ch. Heinrich, ETH Zürich
~ 0.003 % Cu in Mergel: Jährlich ~14m vom Stadtgebiet Zürichs abtragen,
um den schweizerischen Kupferbedarf zu decken !?
4
'Kupfererz-Verbrauch' der Schweiz
Unterschied ?
~
1% Metall + 99% 'Rucksack'
Zementverbrauch
100% nutzbar
Zementbruch
Villigen
Rohstoff-Verbrauch pro Menschenleben
(Industrialisierte Gesellschaften)
(BGR; Bahlburg; Robb; Heinrich&Candela)
Tonnen
verbraucht
ErzGehalt
Tonnen abgebaut
für Dich oder mich:
Sand & Kies
245
245
Erdöl
105
105
Salz
14
14
Stahl
40
50%
80
Aluminium
3
30%
10
Kupfer
2
1%
200
Gold
~100g
2g/t
50
‚der ökologische Rucksack‘
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So, why not
just recycling?
Zwar beträchtliche
Vorräte im Gebrauch,
doch nicht genug
Schrott verfügbar!
—> Auffinden neuer primärer Resourcen unvermeidbar für Jahrzehnte!
El Teniente Cu-Lagerstätte, Chile
Wie kommtʼs zur natürichen Metallanreicherung (100-10ʼ000fach)?
Wo ist die Grenze der Nutzbarkeit? Wieso in Chile, nicht in den Alpen?
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RdE Teil 2 – Erzlagerstätten
2.1 Lehrziele
• Wirtschaftliche Begriffe & deren geologische Bedeutung
• Beschreibung und Interpretation von Erz-Gesteinen
• Grundprozesse der selektiven Element-Anreicherung:
Erztypen und globale Tektonik: Was, wo, wie, wann?
Uebungen:
Lupe, Kratzer, Magnet, HCl mitbringen
Mini-Prüfungen: 31.Oktober und 21. November
jeweils am Anfang der Doppelstunde
Data from Tilton & Lagos (2007, after Edelstein, USGS)
Mt
Cu
Grenzen des Wachstums, aber nicht weil uns die Rohstoffe ‘ausgehen’!
Zur Diskussion s. S. Kesler (1994), Mineral Resources, Economics and the Environment
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Geologische Untersuchung macht Resourcen zu Reserven
‘Reserven’ nicht eine feste Quantität, reflektieren Stand geologischer
Exploration und technischer Nutzbarkeit
Wirtschaftlichkeitsgrad
Reserven
470 . 106 t Cu
Heute wirtschaftlich
Heute bekannt
Resourcen
3.7 . 109 t Cu
Heutige
Technik
Resource Base
1.5 . 1015 t Cu
Abnehmender geologischer Bekanntheitsgrad
Daten von Tilton & Lagos (2007, nach USGS)
Ähnliche Schätzung nach ganz anderem Ansatz: Wilkinson and Kesler (2007)
S. Auch Wellmer & Dalmeyer, neueste Ausgabe von Mineralium Deposita: ‘Feedback control…”
Schlussfolgerung
"nichterneuerbare" metallische Rohstoffe nicht eine
Frage der Erhältlichkeit…
….sondern eine Frage von
Landnutzung
Umweltbelastung
Extraktionsaufwand:
Energie
Etwa 3% der von der Menscheit umgesetzten Energie
verwenden wir zum Zerkleinern und Mahlen von Gesteinen
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Landnutzung, im Vergleich:
USA Landverbrauch, Vergleich km2
Rohstoffgewinnung
Flugplätze
Autobahnen
Nationalparks
3700 = 0.2 % der Landfläche
2500
13500
100000
Wertschöpfung Vergleich
1 km2 x 10J. Cu-Mine
~ 1 Mrd US$
1 km2 x 10J. Getreideanbau ~ 1 Mio US$
2.2
Wirtschaftlichkeit von Erzen:
Chemische Anreicherung
+
Mineralogie
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Energieaufwand = f (Konzentration, Mineralogie)
Typische Konzentrationen, Anreicherungsfaktoren, Mineralgruppen: s. Skript
1. Wirtschaftlichkeit von Erzen =
Chemische Anreicherung
+
Mineralogie
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2.4
Einige geologische Begriffe
Ziel: Beschreibung und Interpretation
erzbildender Prozesse: geologische Abfolge
Metallanreicherung während der Gesteinsbildung?
—> ʻsyngenetischeʼ Erzbildung
Metallanreicherung nach der Gesteinsbildung?
—> ʻepigenetischeʼ Erzbildung
Schichtförmig (Stratiform)
Chromitschichten in
Dunit
(Zypern)
Syngenetisch: Metallanreicherung gleichzeitig mit Bildung
des Umgebungsgestein (magmatisches Kumulat)
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Schichtförmig (Stratiform)
Gradiert
sedimentierte
Zinkblende
(Bleiberg)
1 cm
Syngenetisch: Metallanreicherung gleichzeitig mit
Kalkarenit-Sedimentation
Schichtförmig
(Stratiform)
Syngenetisch:
Sedimentärer Pyrit +
Kupferkies +
Bleiglanz über
Erosionsdiskordanz
(Kuroko, Japan:
chemisches Sediment
um einen ehemaligen
Black Smoker)
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Schichtgebunden (Stratabound)
Entlang einer
Kalkschicht
durch reaktive
Lösungen
gebildete
Brekzie mit
Zinkblende +
Bleiglanz als
Matrix
Pb-Zn-Erz vom
Misssissippi
Valley Typ
(Canning
Basin, AUS)
1m
Epigenetisch: Metallanreicherung nach der Bildung und
Verfestigung des Nebengesteins
Schichtgebunden (Stratabound)
Entlang einer
Kalkschicht
durch reaktive
Lösungen
gebildete
Brekzie mit
Zinkblende +
Bleiglanz als
Matrix
Pb-Zn-Erz vom
Misssissippi
Valley Typ
(Canning
Basin, AUS)
1 cm
Epigenetisch: Metallanreicherung nach der Bildung und
Verfestigung des Nebengesteins
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Ader (engl. 'vein') mit Alterations-Halo
Spaltenfüllung:
Mineralien
durch grosses
Volumen
durchfliessender
wässriger
Lösungen
ausgefällt.
Fluid
Ungleichgewic
ht mit Gestein:
Alteration
Mesothermale
Gold-QuarzAder,
Australien
2 cm
Au
Qtz
Gabbro
= Nebengestein
Py
Mus
Alb
Dol
<—> Magmatischer Gang ('dyke'): Gesteinsvolumen ~ Magmavolumen
<—> magmatischer
Gang , z. B. Sheeted
dykes in Ophiolith
(Zypern)
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Alterations-Halo km-Skala Bajo de la Alumbrera (Argentinien):
Serizitische Alteration (weiss) um porphyrisches Cu-Au-Erz (braun)
Alterations-Halo km-Skala Bajo de la Alumbrera (Argentinien):
Serizitische Alteration (weiss) um porphyrisches Cu-Au-Erz (braun)
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Ader 'Stockwerk'
(ʻStückwerkʼ)
= Netzwerk von Adern
ohne Rotation oder
Transport der
Gesteinsbruchstücke
Fluid-Zugangskanäle
zu paläozoischem
'Black Smoker'
(Spanien)
2 cm
Ader-Stockwerk
Kupferporphyr-Erz (R. Poieni, Rumänien)
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Hydrothermale Brekzie
Gesteinsbruchstücke
rotiert...transportiert
G
Rosia Montana
Goldlagerstätte
In Rumänien
Komponenten
(Dazit, Gneis,
Sedimente)
Bx
B
Matrix
(hydrothermal
ausgefällter
Bleiglanz, Quarz,
Gold)
Epi oder Syn?
Q
D
2 cm
Paragenetische Abfolge
= Ausscheidungsreihenfolge
Zeit
Ader 1: Pyrit I—> Zinkblende —> Pyrit II —> Quarz
Ader 2: Quarz —> Gold
1 cm
<—> 'Mineralparagenese' (dt.) = 'mineral assemblage' (engl.)
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Zusammenfassung: Essentielle Begriffe
v.a. für hydrothermale Erzlagerstätten
Schichtförmig <—> Schichtgebunden
syngenetisch <—> epigenetisch
Ader (vein) <—> Gang (dyke)
Ader . . Stockwork . . hydrothermale Brekzie
Alteration, Alterationshalo ~ metasomatische
Nebengesteins - Veränderung
Paragenetische Abfolge
= Ausscheidungsreihenfolge
Test Mineralien
am Anfang der nächsten Stunde:
Bitte vor dem Hörsaal warten
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Aufällig schwer
• Weiss-milchig, rosa, gelblich; plattig mit Quer-Spaltbarkeit: Baryt
• Braun bis gelb, rhomboedrische Spaltbarkeit: Siderit
Dichte ʻnormalʼ
• Weiss-milchig, rhomboedrische Spaltbarkeit: Calcit
Braust mit HCl
• Weiss-milchig bis gelblich, rhomboedrische Spaltbarkeit,
oft gekrümmte Flächen; braust leicht: Dolomit, Ankerit
• Farblos, violett, grün, gelb, drei 60° okt/tetraedrische
Spaltbarkeit, Härte > Calcit, aber < Messer: Fluorit
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