Ansprechpartner: Melcher & Bückner

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Abstract

Mineral raw materials are mineral constituents of the earth’s crust of economic value. In general the term includes the so-called “mine output” as well as the different stages of processing at or near the mines. Mineral raw materials can be divided into five different groups:

• Iron and ferro-alloy metals
• Non-ferrous metals
• Precious metals
• Industrial minerals
• Mineral fuels

The up-scaling project CERA deals with the development of a new certification scheme for mineral raw materials. CERA consists of eight work packages, where the DMT and its partners (LTU Business, Universiteit Leiden, Montanuniversität Leoben and TUEV Nord CERT) have a close cooperation.

The feasibility study and the project management are located in WP0 and WP1. Work package 2 will systematize, characterize and cluster the mineral raw materials into categories. This will include the different mining and processing methods as well as parameters of the deposit type, proof of origin and others. WP3 will develop the certification schemes per category. A standard will form the foundation for the issuance of a label. This provides rules and guidelines for common and repeated use. The basis will be the DIN EN 45020 and the ISEAL Code of God Practice for Setting Social and Environmental Standards, in addition to a Chain of Custody standard. The analysis of the technical tools for certification will be discussed in work package 4. This may require application of fingerprinting methods depending on type and origin of the mineral raw material. Work package 5 will ensure that the certification schemes will include sustainable supply chains and the chain of custody for social trustworthiness. The last two work packages will finalize the developed certification schemes, in order to build up a market entry strategy and dissemination methods.

Zusammenfassung

Mineralische Rohstoffe sind nutzbare Minerale und Gesteine der Erdkruste. Im Allgemeinen wird dieser Begriff auch für Förderprodukte und die Zwischenprodukte der Aufbereitung der Bergbaubetriebe verwendet. Mineralische Rohstoffe können in fünf Überbegriffe unterteilt werden:

• Metalle und Ferrolegierungen
• Nichteisenmetalle
• Edelmetalle
• Industrieminerale
• Fossile Brennstoffe

Das up-scaling Projekt CERA befasst sich mit der Entwicklung eines neuen Zertifizierungsschemas für mineralische Rohstoffe. CERA besteht aus acht Arbeitspaketen, in denen die DMT und ihre Partner (LTU Business, Universität Leiden, Monanuniversität Leoben und der TÜV Nord CERT) eine enge Arbeitsgemeinschaft bilden.

Die Machbarkeitsstudie und das Projektmanagement befinden sich im WP0 und WP1. Arbeitspaket 2 wird sich befassen mit der Systematisierung, Charakterisierung und Gruppierung der mineralischen Rohstoffe in Kategorien. Dabei werden die Aspekte der verschieden Abbau- und Aufbereitungsmethoden, sowie die Parameter bezüglich Lagerstättentyp, Herkunftsnachweis und weiter mit einfließen. WP3 wird für jede Kategorie ein Zertifizierungsschema entwickeln. Ein Standard wird die Grundlage für die Entstehung eines Labels sein. Die Basis bildet die DIN EN 45020, die ISEAL Grundsätze der Glaubwürdigkeit- ein globales Abkommen zur Identifizierung glaubwürdige Standard Systemen und die Richtlinien zur Überwachung der Produktkette. Die Analyse und Evaluierung der technischen Werkzeuge werden im Arbeitspaket 4 behandelt. Möglicherweise werden dafür auch Herkunftsnachweismethoden wie „Fingerprinting“ eingesetzt. Arbeitspaket 5 wird sicherstellen, dass das Zertifizierungsschema ein nachhaltiges Lieferkettenmanagement und die sozialen Komponenten nicht außer Acht gelassen werden. Die letzten beiden Arbeitspakete werden sich mit der Finalsierung und Markteintrittsstrategie beschäftigen.

Laufzeit: Mitte 2021

Dieses Projekt befindet sich innerhalb des EIT RawMaterials consortium. (https://eitrawmaterials.eu)

eitrawmaterials.eu/project/cera/

Ansprechpartner: Mali

Das Untersuchungsgebiet liegt im Nordwesten von Iran am Fuß des kleinen Ararat etwa 5 km E der türkischen Grenze und 30 km NW Poldasht auf einer Hochebene (ca. 800 m SH), die vom Aras Fluss durchflossenen wird, der auch die Grenze zu Asserbajian bildet.

Da die „Poldasht Magnesite“ in keiner Nahbeziehung zu ultrabasischen Gesteinsassoziationen stehen, wird sie als ein bisher nicht bekannter Typus einer Magnesit-Lagerstätte betrachtet. In Kooperation mit iranischen Geologen (Arian Zamin) soll dieser an Bela Stena Magnesite erinnernde Lagerstättentyp zur Erstellung eines genetischen Lagerstättenmodells umfassend geochemisch-mineralogisch-geologisch charakterisiert werden.            

Es wird davon ausgegangen, dass es sich um geologisch sehr junge Magnesite handelt, die im Quartär durch die Interaktion wechselnder Klimate (heiss/humid mit Gunstbedingungen für chemische Basaltverwitterung und arid mit Evaporitbildung) in Playas gebildet wurden, die dem Basalt auflagern. Die Erscheinungsform ähnelt dem Bela Stena Typ, nur dass das Umfeld nicht durch Ultrabasite dominiert wird und damit Basalte (mit einem MgO-Gehalt um 6 Gew. %) für die Herkunft des Mg in Frage kommen.

Innovative Aspekte ergeben sich dadurch, dass nun auch Basaltareale mit auflagernden jungen Sedimenten als prospektiv für Magnesit angesehen werden können.

Ansprechpartner: Mali

In den Ostalpen sind bisher etwa 80 Spodumen (LiAl[Si2O6]) führende Pegmatite bekannt, wovon das größte bekannte Vorkommen auf der Weinebene (Kärnten) derzeit prospektiert wird. Die Spodumen-Pegmatite sind immer mit einfachen Pegmatiten, die keine besonderen Mineralisationen zeigen, vergesellschaftet. Einheiten, die Pegmatite enthalten, sind über eine W-E Erstreckung von ca. 400 km verfolgbar.
Seit langem gibt es eine Diskussion über die Genese der Spodumen-Pegmatite. Einerseits handelt es sich um Selten-Element-Pegmatite der LCT-Familie, die nach ÈERNÝ & ERCIT (2005) nur durch fraktionierte Kristallisation von Mutterplutonen entstehen können. Auf der andere Seite wird für die räumlich und wahrscheinlich auch genetisch verbundenen einfachen Pegmatiten eine metamorphogene Bildung durch Anatexis aus den umgebenden migmatischen Glimmerschiefern und Paragesteinen angenommen (STÖCKERT, 1987; THÖNI & MILLER, 2000; ERTL et al. 2010). Im ersten Fall ergibt sich das Problem, dass es im Ostalpin keine Granite gibt, die als Mutterplutone in Frage kommen, während im zweiten Fall die Art der Schmelzbildung ungeklärt ist.

Ziel des Projektes ist es (1) ein Modell für die Genese der Spodumen-Pegmatite im Ostalpinen Kristallin zu entwickeln und (2) mittels geochemischer „Fingerprints“ die Verteilung von unterschiedlich stark fraktionierten Pegmatiten über die verschiedenen geologischen Einheiten des Ostalpins zu untersuchen, unbekannte Selten-Element-Pegmatite zu finden, Hoffnungsgebiete einzugrenzen sowie deren Lagerstättenpotential abzuschätzen.
Ein neues Verständnis des Ostalpins und detailierte Kartierungen aus den vergangenen Jahren geben uns jetzt die Möglichkeit das Problem neu zu untersuchen: Die Pegmatite entstanden im Perm, als die Lithosphäre des betroffenen Gebietes gedehnt wurde. Basaltschmelzen drangen an die Unterkruste auf, es kam zu einer Hochtemperatur-/Niederdruck-Metamorphose und zu intensivem Magmatismus (SCHUSTER & STÜWE, 2008). Die permischen P-T-t Pfade sind dabei durch Aufheizung bei leicht fallenden Drucken charakterisiert. Die Kartierungen zeigen, dass es Einheiten aus migmatischen Glimmerschiefern und Paragneisen mit zahlreichen eingelagerten Pegmatiten gibt, welche die Areale der Schmelzbildung darstellen könnten. Die Spodumen-Pegmatite finden sich gemeinsam mit stärker fraktionierten einfachen Pegmatiten (KOLLER et al., 1983; AHRER, 2014) in strukturell höheren Niveaus.

Im Zuge des Projektes sollen die Daten der permischen Granite im Ostalpin nochmals einer kritischen Betrachtung unterzogen werden, ob diese nicht doch als Mutterplutone in Frage kommen können. Alternativ soll aber ein metamorphogenes Genesemodell untersucht werden. Dieses geht von Anatexis in Metapeliten mit erhöhtem Li-Gehalt aus. Die Schmelzen sollen bei ~650°C and 0,4-0,6 GPa, externer H2O-Bufferung und niedrigen Aufschmelzraten entstehen. Neben der Schmelzbildung aus Hellglimmer, Feldspat und Quarz könnten andere Reaktionen für eine primäre Li-Anreicherung verantwortlich sein. Vor allem Reaktionen bei denen Staurolith prograd abgebaut wird erscheinen interessant, da Staurolith eines der Minerale mit der höchsten Li-Konzentration in Metapeliten darstellt. Erste Untersuchungen zeigen, dass die Al-reichen Metapelite im Ostalpinen Kristallin 40-90 ppm Li enthalten.
In jedem Fall durchliegen die pegmatitischen Schmelzen in weiterer Folge eine interne Fraktionierung, wobei die Li-Gehalte weiter anstiegen. In den am stärksten fraktionierten Schmelzen erreichte die LiO2–Konzentration mehr als 2 wt% und es kristallisierte Spodumen.

Der Fraktionierungsgrad von Pegmatiten läßt sich über verschiedene Verhältnisse an Alkalien, Erdalkalien, HFSE und REE ermitteln (LONDON, 2008). Untersuchungen von Pegmatiten aus dem Ostalpin zeigen, dass vor allem das K/Rb Verhältnis von Muskoviten gut zur Ermittlung des Fraktionierungsgrades geeignet ist. Auch manche einfache Pegmatite zeigen niedrige K/Rb Verhältnisse < 50 und somit hohe Differenzierungsgrade, während die Spodumen-Pegmatite mittel- bis hochgradig fraktioniert sind. Messungen an ~1000 Proben sollen ein flächiges Bild der Verteilung des Fraktionierungsgrades ergeben.
Die Bestätigung des metamorphogenen Genesemodelles hätte Auswirkungen auf die Prospektion auf Pegmatite der Selten-Element-Klasse auch in anderen Gebieten. Erkenntnisse über die Verteilung der fraktionierten Pegmatite in den Ostalpen wäre nicht nur eine Grundlage für die Prospektion nach Spodumen-Pegmatiten, sie würden auch helfen das Ostalpine Kristallin intern besser zu untergliedern. 

A) Einfacher Pegmatit mit Feldspat, Quarz, Turmalin und Granat (Koralpe, Steiermark). B) Spodumen-Pegmatit aus dem Rappold-Komplex (Lachtal, Niedere Tauern, Steiermark), mit dm-großen Spodumenkristallen in einer quarzreichen Matrix. C) Dünnschliff mit größeren Spodumenkristallen mit myrmekitischen Säumen aus Quarz und Spodumen, die in Kalifeldspat hineinwachen (Hohenwart, Niedere Tauern, Steiermark; X-pol. Licht).

Publikationen:

Jürgen Konzett, Christoph Hauzenberger, Thomas Ludwig, Roland Stalder; Anatectic Granitic Pegmatites from the Eastern Alps: A Case of Variable Rare Metal Enrichment During High-Grade Regional Metamorphism. II: Pegmatite Staurolite As an Indicator of Anatectic Pegmatite Parent Melt Formation – A Field and Experimental Study.  The Canadian Mineralogist ; 56 (4): 603–624.  https://doi.org/10.3749/canmin.1800011

Als Ergebnis-Produkte des Projektes werden angestrebt:

(1) Karten, welche die Verteilung der Pegmatite mit unterschiedlichem Fraktionierungsgrad zeigen

(2) eine Datenbank, die alle Daten zu den Pegmatiten enthält und über die IRIS-Datenbank der GBA abfragbar ist

(3) eine Belegstücksammlung, die auch Schliffe, Mineralkonzentrate usw. enthält und im (eingeschränkt) öffentlich zugänglichen Rohstoffarchiv an der GBA beheimatet ist

MRI-Projekt GBA

Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit und durch die finanzielle Unterstützung der Geologischen Bundesanstalt ermöglicht.

Ansprechpartner: Prochaska

During the last decades several attempts have been made to determine the provenance of marbles used in ancient architecture and sculpture. To pinpoint the place of origin of the marble to an area or even to a special quarry may be of appreciable importance in investigating ancient trading routes and trade relations. A material-specific classification can be conducive to understand if the workshops of an area used marbles of acceptable quality from a local quarry or quarrying areas or if they used imported marbles in or without combination with local ones. Furthermore during restoration activities the knowledge of the origin of the marbles used in architecture may be of importance for supplying more or less original types of marbles. It may also be of interest for evaluating the authenticity of an artifact information on the provenance of the used material.

 At the end of the 19 ^th century Lepsius (1891) used petrographic investigations to discriminate between different classical marbles. Some decades later instrumental chemical analyses, especially the analysis of trace elements, were used to find new criteria for ascribing a marble to a specific source (e.g. Rybach and Nissen 1965). In the last decades multi-element neutron activation analysis (NAA) of various trace elements was attempted to pinpoint the origins of marbles (e.g. Oddone et al. 1985; Grimanis and Vassilaki-Grimani 1988; Mello et al. 1988; Moens et al. 1992).

 With the advent of stable isotope analysis of carbonate rocks, a new method seemed to be at the archaeologists’ hand to assign a marble sample precisely to its origin. After the pioneering work of Craig and Craig in 1972 on the classical marbles of the Greek islands, legions of papers have been published on this topic. However, with the rapidly increasing number of historical marble quarrying sites and with the increasing number of analyzed samples in general, the compositional fields in the isotope diagram became larger and many classical marbles showed relatively large ranges of overlap. The most important and widely used databanks for stable isotope data of marbles were established by Herz (1987), Gorgoni et al. (2002), and Attanasio et al. (2006).

 Other analytical techniques based on isotope analysis, such as Sr isotopes (e.g., Brilli et al. 2005), have been attempted for this purpose, but still lack a substantial database and are usually too expensive to analyze large numbers of samples. The majority of researchers consider only a multi-method approach to assign white marble samples reliably to their original sources.

 During the last years we developed an additional method for investigating the provenance of marbles. By no means it is intended to substitute other established methods. The approach presented below to characterize marbles in general is expected to contribute substantially to the solution of the problem of the provenance of marbles and offers some fundamental advantages compared to different methods so far used for this purpose. Especially in cases where these procedures do not sufficiently discriminate between different samples or sample sets, this additional analytical approach may substantially increase the degree of discernability of different marble sources. Recently this method has been applied to investigate the origin of the marbles within the course of different projects.

PROJECTS IN PROGRESS

The ancient marble quarries and the use of marble artifacts in Eastern Bulgaria
Use and trade of ancient marbles in the Balkans (Felix Romuliana, Iustiniana Prima, Sirmium)
The giant architecture of the Serapis temple in Ephesos
Roman marble findings in St. Georgen Styria/Austria
The marble portraits of the Musée Saint-Raymond, Toulouse/France