Lagerstätten
Residuallagerstätten
Unter Residuallagerstätten versteht man supergene Angereicherungen von Aluminium in Bauxit, von Ni, Co, Au, PGE und Nb in Lateriten sowie von U in Calcreten.Sie bilden sich durch chemische Verwitterung, wobei sich gesteinsbildende Mineralien in Phasen umwandeln, welche an der Erdoberfläche stabil sind. Je nach Löslichkeit (Eh- und pH-Bedingungen) werden Elemente aus der Verwitterungszone entfernt, während andere dadurch angereichert werden.
Überwiegend entstehen Residuallagerstätten in tropischen Klimazonen, wo während der Regen- und Monsunperioden (wechselfeuchte Jahreszeit) eine intensive Laugung der Gesteine stattfindet. In den folgenden trockenen Jahreszeiten werden die Lösungen mit den gelaugten Ionen durch Kapillaraktionen an die Oberfläche transportiert. Dort verdunsten sie und hinterlassen eine Salzschicht, welche in der nächsten Feuchtperiode fortgewaschen wird. Nicht selten werden Na-, K- Ca-, und Mg-Ionen der gesamten Zone bis hinunter zum Grundwasserspiegel gelaugt. Findet die Laugung unter den richtigen Eh- und pH-Bedingungen statt, wird auch Silizium (Kieselsäure) gelöst und vom System entfernt. Das verbleibende Material besteht dann nur noch aus Eisen- und Al-Oxiden, welche durch die Laugung stark angereichert (konzentriert) sind.
Rückstandsgesteine, auch Residualgesteine, entstehen aus den Rückständen chemisch aufbereiteter Gesteine am Ort der Gesteinszerstörung (Verwitterung) wie Laterit (aus fast allen Gesteinen), Bauxit (aus Karbonatgestein → Kalkbauxit oder Silikatgestein → Silikatbauxit) und Kaolin (aus Granit, Rhyolith, Arkose) oder Wegführung von leichtlöslichen Gesteinskomponenten.
Residual-Lagerstätten entstehen
- Aus Al-reichen Silikat- und Kalkgesteinen > supergene Anreicherung von Aluminium in > Bauxiten
- Aus Ophiolithen > supergene Anreicherungen in > Lateriten (Ni, Co, Au, PGE, Nb)
- Aus Calcreten > supergene Anreicherungen von U in > Calcret-Kanälen (Carnotit, K-U-V)
Als allitisch bezeichnet man eine chemische Verwitterungsform, bei welcher silikatische Mineralien vollständig aufgelöst und abgeführt werden und als Rest Oxide, bzw. Hydroxide von Eisen und Aluminium übrigbleiben.
Im Zusammenspiel sehr hoher Temperaturen und starker Regenfälle in den Tropen werden Gesteine unter Lösung der die Gesteine bildenden Mineralien zersetzt. Je feuchter das Klima, je höher die Temperatur und je geringer der pH-Wert, umso intensiver ist die Hydrolyse. In den warmen und feuchten Klimaten der äquatorialen, tropischen und subtropischen Zone werden Erstarrungsgesteine und metamorphe Gesteine durch Hydrolyse und Oxidation oft bis zu Tiefen von 100 Metern verwittert.
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Nachdem die leichter löslichen Bestandteile wie Calcium, Kalium, Natrium, Magnesium und Silizium durch Sickerwässer fortgeführt wurden, werden die schwerer löslichen Elemente Eisen und Aluminium als Rückstand angereichert. Dieser Prozess wird als Ferrallitisierung bezeichnet.
Diese Art der Verwitterung findet in der Regel in subtropischen bis tropischen Klimazonen statt. Je nach Art des Ausgangsgesteins bilden sich oberflächliche rote Laterite und Saprolithe (eisenreich, in der Regel aus magmatischen Gesteinen) oder Bauxit (aluminiumreich, in der Regel aus granitischen Gesteinen) als Verwitterungsprodukte.
Laterit und Bauxit sind sedimentäre Gesteine und werden auch als Residual- oder Rückstandsgesteine bezeichnet.
Bauxit ist eine Tonerdehydrat-Gemenge aus Böhmit, Gibbsit und Diaspor und nichtkristallinen Gelen. Bauxitlagerstätten entstehen, im Gegensatz zur nachfolgend beschriebenen siallitischen nur durch allitische Verwitterung. Die tropischen eisenreichen Laterite sind sedimentäre Oberflächenprodukte, welche durch lang andauernde und chemisch-mineralogisch intensive Verwitterung entstehen. Sie bestehen aus schwer löslichem Quarz, aus Hämatit, Gibbsit, Goethit und Kaolinit. In manchen Ländern der Erde sind Laterite, wenn sie als Ziegel geschnitten und getrocknet werden, wertvolle Baumaterialien.
Laterite (lat.: later = Ziegelstein) sind ein häufiges, oberflächennahes, supergen gebildetes Produkt in tropischen Klimazonen, welches durch intensive, lang anhaltende allitische Verwitterung von Gesteinen entsteht. Die ältere Lehrmeinung, dass Laterite aus basischen und ultrabasischen Gesteinen und Bauxite aus granitischen Gesteinen entstehen, wird hier vernachlässigt. In diesen Gebieten bilden die verwitternden Gesteine meist Böden, aus denen alle löslichen Bestandteile ausgewaschen sind. Laterite bestehen neben dem aus dem Ausgangsgestein stammenden, schwer löslichen Quarz vor allem aus den bei der Verwitterung neu gebildeten Mineralien Gibbsit, Kaolinit, Goethit und Hämatit. Man unterscheidet rote Al- und Fe-reiche Laterite (Ferralsole).
Die ältesten bekannten Laterite sind kambrisch, die jüngsten stammen aus dem Pleistozän. Wirtschaftlich bedeutende Al-Laterit (> Bauxit)-lagerstätten wurden in der Kreide, dem Tertiär und dem Quartär gebildet. Aufgrund vieler bekannter fossiler Laterite kann man nachvollziehen, dass die Bildungsprozesse in früheren tropischen Milieus stattfanden.
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Bauxite (benannt nach dem Erstfundort Les-Baux-de-Provence, Frankreich) sind heterogene, wesentlich aus einem oder mehreren Al-Oxiden und Al-Hydroxiden sowie wechselnden Mischungen von Kieselsäure, Eisenoxid, Titanoxid, Aluminosilikat und anderen Verunreinigungen in kleinen Mengen oder Spuren bestehende Materialien (im Prinzip aluminiumreiche Laterite), welche sich, abhängig von der Intensität der Drainage, aus den unterschiedlichsten Gesteinen bilden können. Bei starker Drainage wird Silizium entfernt und Aluminium in Form von Gibbsit (geologisch junge Bauxite), Böhmit oder Diaspor (miz zunehmendem Alter) angereichert.
Bauxite können sich auf jedem aluminiumhaltigen Gestein bilden, welches primär einen niedrigen Fe-Gehalt aufweist oder dessen Eisen während der Verwitterung abgeführt wurde. Bildungsvoraussetzungen sind warme und feuchte Klimaten mit Trockenzeiten sowie flache Reliefs mit hohen Grundwasserschwankungen.
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Man unterscheidet die Bauxite und deren Lagerstätten nach den unterlagernden Gesteinen in
- Silikat- oder Lateritbauxite, welche durch Verwitterung unterschiedlicher Gesteine entstehen. Vorkommen sind in zahlreichen tropischen Länden zu finden und haben eine große wirtschaftliche Bedeutung, da die Erze sehr aluminiumreich sind.
- Kalk- oder Karstbauxite, welche in verkarsteten Kalken bzw. in Karstdepressionen eingelagert sind. Vorkommen findet man meist in Europa. Ihre wirtschaftliche Bedeutiung ist gegenüber den Silikatbauxiten eher gering.
95% der Welt-Bauxitproduktion wird zur Erzeugung von Aluminium mittels des Bayer-Verfahrens verwendet. Aus dem Resultat dieses nass-chemischen Laugungsprozesses wird mittels Schmelzflusselektrolyse im Hall-Héroult-Verfahren Aluminium-Metall hergestellt.
Die wichtigsten Bauxit-Lagerstätten trifft man in Australien, Brasilien, Guinea, Jamaika, Indien, Russland, Nordchina, Sierra Leone, Venezuela, Surinam und den USA an. In Europa sind es Griechenland, Ungarn, Frankreich, Serbien, Montenegro und Spanien, wobei allerdings die Produktion in Gesamteuropa geringer ist als die in Jamaika. Die Weltförderung im Jahr 2001 betrug 137 Mio. Tonnen, die Vorräte werden auf 200 - 300 Jahre geschätzt
Meist bilden sich Lagerstätten dieser wertvollen Metalle dann, wenn das Ausgangsgestein an diesen Eelementen vorangereichert ist. In manchen tropischen Zonen, wo sich Laterite aus ultrabasischen Gesteinen (Ophiolithe oder layered intrusions, z.B. Serpentinite, Dunite und Peridotite mit 0,2 - 0,3% Ni) entwickelten, bilden diese Laterite wichtige Nickellagerstätten, gewöhnlich an der Basis der Laterit-Zone (z.B. in Neu-Kaledonien, wo diese Ni-Laterite in großem Umfang abgebaut werden. Dort sind die Ni-haltigen Phasen amorphe Ni-Hydrosilikate, z.B. Garnierit). Andere Gebiete mit sehr großer Laterit-Ni-Mineralisation sind der Norseman-Wiluna-Grünsteingürtel in West Australien und Vorkommen in Zentralafrika. Manche dieser Laterite enthalten auch größere Mengen an PGE (Platin-Gruppen-Elemente), welche wirtschaftlich interessante Nebenprodukte sind. Ni-Laterite tragen zu etwa 35% zur Welt-Nickelproduktion bei.
Ähnlich wie Nickel kann auch Kobalt bis zu 0,15% konzentriert werden, meist wird es jedoch adsorptiv an Mn-Hydroxide fixiert. In Neu-Kaledonien ist Kobalt in mit Manganhydroxid gefüllten Taschen oberhalb der Ni-reichen Zone angereichert.
Dies sind meist kleine Lagerstätten (< 1,5 Mt mit 1,5 bis 5,0 g/t Au) in 2-10 m mächtigen Lateritdecken, welche sich gewöhnlich über primär unwirtschaftlichen Goldvorkommen bilden. Bekannte Lagerstätten findet man in West-Australien (Coolgardie, Mt. Gibson, Mt. McClure, Plutonic), Mali (Syama, Sudan (Um Nabardi), Brasilien (Mato Grosso). Auch Au-führende Bauxite sind anzutreffen, z.B. in Boddington, West-Australien.
Meist Verwitterungsprodukte archaischer Intrusivkomplexe mit basisch-ultrabasischen Gesteinen, welche primäre Sulfide enthalten. Beispielsweise sei Yarawindah Brook (Australien) mit 2,9 Mt mit 0,79 g/t Pt + Pd in saprolithischen und limonitischen Erzen (Gehalte von 10,2 g/t Pt, 9,25 g/t Pd und 1,89 g Au) genannt. (Quelle: Cornelius, 2003). Weitere Vorkommen treten im Jimberlana-Dyke (Kalgoorlie, West-Australien), im Bushveld-Komplex (Südafrika), im Great Dyke-Gebiet (Simbabwe) und in der Serra Pelada (Brasilien) auf.
Ein ganz besonderer Typ von residualen REE-Lagerstätten sind sogenannte ionenabsorbierenden Tone und tonige Laterite. Sie entstanden durch allitische Verwitterung, bzw. Auslaugung der REE aus offensichtlich magmatischen Gesteinen und anschließende Ablagerung der REE in Tongesteinen (Ton, Tonstein, Lehm- und Lehmstein , Mergel und Mergelsteine, Schieferton und sedimentärer Tonschiefer sowie Kaolin (welcher jedoch, obwohl zu den Tongesteinen gehörig, als Rückstandsgestein definiert wird). Dieser Lagerstättentyp ist nur von Süd-China (Gebiet Nanling) und von Kasachstan bekannt. Die Bildungsprozesse sind bis heute noch nicht gänzlich erforscht.
Eine andere Art der REE-Konzentration entstand im südlichen China durch vollständige Verwitterung von Graniten unter Bildung mächtiger Ton-Laterit-Lagerstätten. Diese Tone haben beträchtliche Mengen an REE absorbiert. Die chinesischen ionenabsorbierenden Lagerstätten gehören zu den weltgrößten REE-Vorkommen. (Quelle: Tantalus)
Seit neuestem weiß man, dass es auch im NW von Madagaskar Vererzungen von an Tone gebundenen REE gibt, welche vergleichbar mit den ionenadsorbierenden Ton-Lateriten aus Süd-China sind.
(calcrete ist ein englischsprachiger geologischer Begriff aus calc und concrete (Zement); Syn.: hardpan)
Eine auf oder im Boden liegende Schicht oder Kruste (duricrust), bzw. ein Konglomerat aus Kies und Sand oder kalkigem Material, welches durch Calciumkarbonat (Calcit und Dolomit) zementiert ist. Diese Kruste bildet sich als Resultat von Klimafluktuationen in ariden und semiariden Regionen (Wüsten, Halbwüsten, Steppen), wobei Calcit im Grundwasser, bzw. durch kohlensäurehaltiges Regenwasser gelöst wird und, sobald das Wasser auf der Erdoberfläche verdunstet, unter trockenen Bedingungen präzipitiert.
Calcrete können teilweise reiche Uran- oder Gold-Lagerstätten sein.
Hartkrusten (duricrusts) Al-reicher Böden in tropischen Regionen, deren Ausgangsmaterial wegen starker Regenfälle und hoher Temperaturen schnell verwittert ist, werden als Alcret oder Aluminocret bezeichnet. Alcret-Lagerstätten mit extrem hoher Al-Konzentration sind Bauxite.
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