Karbonatit-Seltenerdelement-Lagerstätten

Karbonatite sind eine besondere Gruppe karbonatreicher magmatischer Gesteine ​​und die weltweit wichtigste Quelle für Seltenerdelemente (REE), Niob, Zirkonium und Phosphatoxid. Sie enthalten mehr als 50 % primäre Karbonatmineralien, weniger als 20 % Silikatmineralien (Pyroxen, Amphibole und Olivin) und wenige Phosphatmineralien. Karbonatitvorkommen gibt es auf der ganzen Welt, vor allem in kontinentalen Riftgebieten. In den meisten Fällen sind Karbonatite intrusiv oder subvulkanisch und bilden Kegelschichten, Vulkanhälse, Gänge, Lagergänge, Brekzien und Adern. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist der Berg Oldoinyo Lengai im Norden Tansanias, der der einzige bekannte aktive Karbonatitvulkan der Erde ist. Die Erhaltung von Karbonatit-Lavaströmen ist selten, da die Karbonatmineralien so leicht verwittern.

Karbonatite werden entsprechend dem vorherrschenden Karbonatmineral in vier Hauptgruppen eingeteilt:

Seltenerdelemente (REE) sind eine Gruppe von Elementen, die ähnliche geochemische Eigenschaften haben und gemeinsam in einer Lagerstätte vorkommen. Sie gehören zu einer chemischen Gruppe namens Lanthanide, die die Ordnungszahlen 57 bis 71 einnimmt. Zu den Elementen gehören Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium . Yttrium und Scandium gelten ebenfalls als REE, da sie in denselben Erzlagerstätten wie die Lanthaniden vorkommen und ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen. Zu den REE-haltigen Erzmineralien gehören Bastnäsit, Monazit und Xenotim.

Seltenerdelemente sind nicht besonders selten – tatsächlich kommen sie häufiger vor als Gold. Allerdings kommen sie selten in hohen Konzentrationen vor und ähnliche physikalische und geochemische Eigenschaften machen es schwierig, Seltenerdelemente voneinander zu trennen. Die Trennung wird durch teure Verarbeitungstechnologie erreicht, was den Abbau vieler minderwertiger REE-Karbonatite unwirtschaftlich macht. Seltenerdelemente werden vielfältig eingesetzt, unter anderem bei der Herstellung von Elektroautomotoren, Lithium-Ionen-Batterien, Computerfestplatten, Sonnenkollektoren, Keramik und Magneten.

Karbonatite weisen die höchste bekannte REE-Konzentration in magmatischen Gesteinen auf, was sie zu einem attraktiven Bergbauziel macht. Während der frühe REE-Abbau hauptsächlich in Seifenlagerstätten in Indien und Brasilien stattfand. Der Karbonatit-REE-Abbau begann in den 1950er Jahren mit der Entdeckung der präkambrischen Lagerstätte Mountain Pass in Kalifornien, USA. Mountain Pass war bis Anfang der 2000er Jahre der weltweit wichtigste Lieferant von REEs, als Umweltbedenken und die Konkurrenz aus China zur Schließung der Mine führten. Drei Karbonatit-Lagerstätten in China (Bayan Obo, Maoniuping und Dalucao) liefern den Großteil der REEs der Welt. Der Bergbau in der Mine Mountain Pass wurde 2018 als Reaktion auf die gestiegene Nachfrage nach REEs und geopolitische Kräfte wieder aufgenommen.

Die wachsende Nachfrage nach REEs hat zu weiteren Explorationen nach REE-Lagerstätten in Karbonatiten auf der ganzen Welt geführt. Der afrikanische Kontinent, insbesondere das Ostafrikanische Rift Valley, beherbergt zwei bedeutende Karbonatit-REE-Lagerstätten, die im Folgenden ausführlich besprochen werden.

Mrima Hill ist eine Niob- und REE-Lagerstätte im Kwale County, etwa 70 km südwestlich der kenianischen Küstenstadt Mombasa. Die Kreidelagerstätte besteht aus vier separaten alkalischen Intrusionen: Kiriku, Mrima, Nguluku und Jombo. Diese Intrusionen bedecken eine Oberflächenausdehnung von etwa 2 x 1,3 km und werden vermutlich in der Tiefe miteinander verbunden. Die alkalischen Intrusionen bestehen aus Karbonatit, Agglomerat und fenitisierten Sedimenten. Der Komplex intrudierte in Jura-Sandsteinen und ist von Erde und Laterit mit geringer Exposition bedeckt, obwohl die Mrima-Intrusion an der Oberfläche als kleiner Hügel (1000 x 600 m) freigelegt ist. Die Verwitterung ist umfangreich und reicht an manchen Stellen bis zu 100 Meter tief, wobei der verwitterte Abschnitt eine hohe Konzentration kleinerer resistenter Mineralien aufweist. Die wichtigsten vorkommenden Seltenerdmineralien sind Monazit ((Ce, La, Th) PO4) und Gorceixit (Barium-Aluminiumphosphat mit Seltenerdmetallen).

Die Lagerstätte wurde in den frühen 1950er Jahren entdeckt und in der Vergangenheit umfassend erkundet. Das Kenya Mines and Geology Department führte in den 1950er Jahren einen Testschacht und 81 Testgruben durch, gefolgt von über 400 Testgruben und 2.000 m Bohrungen, die von Anglo American von 1955 bis 1957 und von Pechiney von 1971 bis 1973 durchgeführt wurden. Bis 2010 hatten Forscher mehr als 3.000 m durch Bohrungen, 9.000 m durch Testschächte und 37 Tonnen durch Massenproben entnommen. Historische Bohrungen deuteten auf eine hohe Mineralisierung für Seltenerdelemente, Niob, Tantal, Phosphat und Mangan bis in eine Tiefe von 150 Metern hin.

Im Jahr 2010 führte Cortec Mining Kenya Ltd (eine kenianische Tochtergesellschaft des in Kanada ansässigen Mineralexplorationsunternehmens Pacific Wildcat Resources Corp) ein umfangreiches Explorationsprogramm durch und führte eine 974 m (31 Löcher) Reverse-Circulation-Bohrung über dem Mrima-Hügel durch. Es folgten Diamantbohrungen über 1700 m in der angereicherten Verwitterungszone, um deren vertikale Ausdehnung abzuschätzen. Die Ergebnisse bestätigten Testgruben und historische Schachtergebnisse und positionierten Mrima Hill als erstklassige Ressource für Niob und REE. Die angezeigte Mineralressource für Niob betrug 12,0 Millionen Tonnen mit 1,21 % Nb₂O₅ und die abgeleitete Ressource 105 Millionen Tonnen mit 0,65 % Nb₂O₅. Die Ergebnisse zeigten auch Potenzial für eine REE-Lagerstätte von Weltklasse mit einer anfänglichen Zielressource von 10–20 Mio. Tonnen bei 3–5 % Gesamt-Seltenerdoxiden (TREO).

Die kenianische Regierung widerrief im März 2013 die an Cortec Mining Kenya Ltd erteilte Bergbaulizenz und stoppte damit die weitere Exploration und Minenentwicklung. Das Lizenzproblem wurde bis heute nicht gelöst, aber angesichts der steigenden weltweiten Nachfrage nach Niob und REE bleibt die Mrima Hill-Lagerstätte eine der größten unerschlossenen Niob-REE-Lagerstätten der Welt.

Der Ngualla-Karbonatit liegt am westlichen Rand des Ostafrikanischen Grabenbruchs im Südwesten Tansanias, 147 km von der Stadt Mybea entfernt. Das genaue Alter des Karbonatitkomplexes ist unbekannt, es wird jedoch angenommen, dass er etwa 1 Milliarde Jahre alt ist und in proterozoische Gneise, Quarzite und rhyodazitische Vulkangesteine ​​eingedrungen ist. Die Intrusion hat eine rohrartige Form und besteht aus einem inneren Körper aus eisenhaltigem Dolomit, der in einen Pfropfen aus kalkhaltigem Karbonatit eindringt. Die Karbonatit-Intrusion hat einen Durchmesser von etwa 4 km und ist von einer 1 km breiten Fenit-Alterationszone umgeben, die einen Ring aus niedrigen Hügeln bildet.

Die Mineralisierung ist in verwitterten und veränderten Zonen des Karbonatits angereichert, was auf die Verwitterung der Karbonatmineralien und die Oxidation der im Dolomitkarbonatit vorhandenen Eisenkarbonatkomponente zurückzuführen ist. Die Entfernung von Karbonat durch Verwitterung führte ebenfalls zu einer erheblichen Massenverringerung und trug zur Bildung einer Schicht aus unverfestigtem, festem Material, das reich an Goethit ist, bei. Das wichtigste REE-haltige Mineral ist Bastnäsit (Karbonat-Fluorid), das in der zentralen Ferroan-Dolomit-Zone vorkommt.

Derzeitige Entwickler der Lagerstätte, das in Australien ansässige Unternehmen Peak Resources, wollen die verwitterte Zone des Karbonatits von der Oberfläche bis in eine Tiefe von über 140 m abbauen. Diese Zone enthält hochgradige REE-Mineralisierung innerhalb des Minerals Bastnäsit und kann mithilfe einer Tagebautechnik mit niedrigem Abraumverhältnis abgebaut werden. Niedrige Thorium-, Uran- und Phosphatwerte vereinfachen die erforderlichen Erzverarbeitungs- und Konzentrationsverfahren. Die an dieser Lagerstätte durchgeführten Explorationsarbeiten umfassen ein dreiphasiges Bohrprogramm mit über 38.700 Bohrmetern in 649 Bohrlöchern. Im Anschluss an diese Arbeiten folgten weitere 30.139 m Infill-Reverse-Circulation (RC) und Diamantbohrungen über 3.106 m, wobei die geochemische Analyse von 20.403 Proben durchgeführt wurde.

Im Jahr 2016 gab Peak Resources eine JORC-konforme (Australasian Joint Ore Reserves Committee) Mineralressourcenschätzung von 214,4 Millionen Tonnen mit 2,15 % REO (Seltenerdoxide) für 4.620.000 Tonnen enthaltenes REO (über 1 % REO-Grenzwert) bekannt. Dies entspricht einem Anstieg der Tonnen um 10 %, des Gehalts um 8 % und des enthaltenen REO um 5 % gegenüber der Schätzung von 2013. Die Mineralressourcenschätzung für einen Cutoff-Gehalt von über 3 % betrug 19,9 Millionen Tonnen bei 4,90 % REO, was 980.000 Tonnen enthaltenem REO entspricht. Die Mineralreserven für die verwitterte Bastnäsitzone bei einem Cutoff-Gehalt von 1 % REO mit niedrigerem Gehalt wurden auf 21,3 Millionen Tonnen mit 4,75 % REO für 1.010.000 Tonnen enthaltenes REO geschätzt. Dabei betrug die nachgewiesene Reserve 18,5 Millionen Tonnen bei 4,80 % REO für 887.000 Tonnen enthaltenes REO, während die wahrscheinliche Reserve 1,7 Millionen Tonnen bei 5,14 % REO für 90.000 Tonnen betrug.

Die Ngualla-Lagerstätte ist eine der größten und hochwertigsten Seltenerdlagerstätten der Welt, insbesondere für Neodym und Praseodym. Die in der Entwicklung befindliche REE-Mine hat schätzungsweise eine anfängliche Produktionslebensdauer von 26 Jahren und zielt darauf ab, 32.700 Tonnen Seltenerdkonzentrat pro Jahr zu exportieren.

Da die weltweite Nachfrage nach Elektronik, Batterien und sauberer Energie steigt, steigt auch die Nachfrage nach REEs. Karbonatite gehören zu den weltweit reichsten REE-Quellen und es gibt vielversprechende Vorkommen in den USA, Brasilien, Ostafrika, Westaustralien und China. Das ungenutzte Potenzial dieser einzigartigen magmatischen Gesteine ​​wird in der Zukunft des REE-Bergbaus eine entscheidende Rolle spielen.

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