Vrij recent kwam het Zweedse bedrijf LKAB met het persbericht dat ze zeldzame aardmetalen, ofwel rare earth elements (REE’s) gevonden hebben in het Per Geijer erts lichaam vlakbij Kiruna en dat was wereldnieuws. Maar waarom eigenlijk? Om dat te snappen moeten we eerst weten wat REE’s zijn en waarvoor we ze gebruiken.
Wat zijn zeldzame aardmetalen en waarom zijn ze belangrijk?
De zeldzame aardmetalen zijn een groep elementen in het periodiek systeem, de lanthaniden, die niet in een grote hoeveelheid voorkomen op Aarde, maar vooral heel moeilijk uit het gesteente te halen zijn om te gebruiken als ze er wel zijn. En helaas voor ons hebben veel van die elementen eigenschappen die wij in ons dagelijks leven gebruiken in allerlei apparaten (Fig. 1). Hetgeen waar we REE’s het meest voor nodig hebben zijn magneten. Ongeveer 43% van alle REE’s die we mijnen worden daarvoor gebruikt. Deze magneten zitten in al onze apparaten, van pc’s en mobieltjes tot windturbines en batterijen. Hierdoor zijn de REE’s heel erg belangrijk voor de groene energie transitie, want batterijen, windturbines en dergelijke hebben we heel hard nodig voor de omslag van fossiele brandstof naar groene energie.
De Europese unie heeft een aantal elementen bestempeld als ‘kritische ruwe materialen’ op basis van een combinatie tussen algemene beschikbaarheid en hun economisch belang (Fig. 2). Het grootse deel van de REE’s staat op deze lijst. Op dit moment mijnt Europa zelf helemaal geen zeldzame aardmetalen en alle producten waarin ze verwerkt zijn, worden geïmporteerd. De grootste importeur is China, waarvan we maar liefst 90% van onze REE houdende producten importeren.
China heeft dus bijna een monopolie en dat is schadelijk voor Europa omdat het in de toekomst eventueel als politiek drukmiddel gebruikt kan worden.
Daarom is het goed nieuws voor Europa dat ze in Zweden het Per Geijer ertslichaam ontdekt hebben. Het ertslichaam is vernoemd naar Per Geijer 1886-1976, een pionier in de Zweedse erts geologie en heeft naar verwachting een inhoud van meer dan 1 miljoen ton aan REE’s en fosfor (ook op de lijst van kritische ruwe materialen). China mijnt maar liefst 168 duizend ton REE’s per jaar dus het is een significante ontdekking hoewel China nog steeds de kroon spant. De zeldzame aardmetalen en de fosfor in het Per Geijer ertslichaam zitten met name in de mineralen uit de apatiet groep [1], met de algemene chemische formule: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). De REE’s die in apatiet zitten zijn substitutie elementen die een of meerdere elementen uit het kristalrooster vervangen omdat ze een vergelijkbare massa en of radius hebben als het originele element.
Regionale geologie van het Per Geijer erts lichaam.
Het Per Geijer ertslichaam zelf bevindt zich in het noordelijk deel van Norrbotten, de noordelijkste provincie van Zweden dat deel uitmaakt van het fennoscandische schild, een kraton dat gevormd is in het Achean ongeveer 3 miljard jaar geleden. Het gebied heeft te maken gehad met extensie en rifting tussen 2.5 en 2.1 miljard jaar geleden waarbij grootschalige breuken het gebied domineerde. Na de extensie kreeg het gebied te maken met compressie tijdens de svecokarelische orogenese die duurde van 1.89 tot 1.75 miljard jaar geleden. Tijdens de orogenese werden plooien gevormd en de oude breukzones gereactiveerd. Ook was het gebied tijdens de orogenese heel magmatisch actief en zijn er veel magmatische intrusies en extrusies in Norrbotten die uit deze tijd komen. Het wordt aangenomen dat het Per Geijer ertslichaam ook is ontstaan in deze periode. Er is nog geen consensus over het precieze ontstaan van het ertslichaam en er zijn sterke aanwijzingen voor zowel een magmatische, als een hydrothermale oorsprong. Momenteel wordt er vastgehouden aan een middenweg waarin wordt beweerd dat hat ertslichaam is gevormd in een smelt die rijk was aan ijzer, kwarts, carbonaten en vluchtige elementen. Tijdens afkoeling vond er ontmenging plaats en het ijzer kristalliseerde uit als ijzeroxide zoals typisch gebeurt tijdens magmatische ertsvorming. De vluchtige elementen, kwarts en carbonaten kristalliseerden uit maar reageerden ook met het vaste gesteente om de smelt heen, een signatuur van hydrothermale processen.
Het Per Geijer ertslichaam wordt geclassificeerd als een Iron-Oxide-Apatite (IOA) afzetting. Dit is hetzelfde soort afzetting als de Kiirunavaara afzetting die verderop wordt gemijnd. Dit is de allergrootste ondergrondse ijzermijn ter wereld. Ook voor deze afzetting is de vormingsgeschiedenis nog niet compleet achterhaald. Het lijkt gek dat er zoveel onzekerheid is over de geologie in zo een economisch belangrijk gebied, maar door de ouderdom van het gesteente en de vele deformatie en geassocieerde alteratie in het gebied is onderzoek doen heel moeilijk. Vrijwel al het gesteente is flink gemetamorfoseerd en geplooid waardoor originele composities en structuren verdwenen zijn. Ook dateren van het gesteente is lastig door de metamorfose en het magmatisme [2] omdat hoge temperaturen de innerlijke tijdsklok van mineralen reset. Toch wordt er veel onderzoek gedaan en wordt er steeds meer duidelijk over het gebied. Vandaar ook de ontdekking van een economische hoeveelheid zeldzame aardmetalen. De twee ertslichamen liggen dicht bij elkaar en omdat er al grote mijn operatie in Kiruna is, en de zeldzame aardmetalen zo belangrijk zijn voor het tegengaan van klimaatsverandering is er goede hoop dat ook Per Geijer in de toekomst gemijnd zal worden. Echter zitten hier nog wel veel haken en ogen aan vanwege nationale legalisatie en het feit dat de afzetting in een cultureel belangrijk gebied van de Sami gemeenschap ligt.
[1] Apatiet is geen zelfstandige mineraal naam meer, maar een groepsnaam voor de volgende mineralen: fluorapatiet Ca5(PO4)3F, hydroxylapatiet Ca5(PO4)3OH en chloorapatiet Ca5(PO4)3Cl.
[2] Metamorfose: Het omzetten van gesteente onder verschillende druk en/of temperatuur zonder dat de algehele chemische compositie veranderd. Magmatisme: Het binnendringen van hete, vloeibare magma in een gesteente en daar stollen.
Referenties:
- https://natural-resources.canada.ca/our-natural-resources/minerals-mining/minerals-metals-facts/rare-earth-elements-facts/20522
- Martinsson, O. (2000). Geology and metallogeny of the northern Norrbotten Fe-Cu-Au province.
- Martinsson, O. (2015). Genesis of the Per Geijer apatite iron ores, Kiruna area, northern Sweden. Conference: The 13th Biennial Meeting of The SGA, Nancy August 23-27, 201 At: Nancy, France.
- Geijer & Ödman (1974). The emplacement of the Kiruna iron ores and related deposits. ISBN: 91-7158-050-6.
Meer over zeldzame aarden en energietransitie staat in de Gea van September 2022, onder de titel: Metalen en mineralen voor de energietransitie. Deel I: Geologie en mijnbouw, door A.B. Phill Westerhof en Frank F. Beunk.U kunt deze Gea bestellen via via onze site (link).