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 !?