Coltan: Herkunftsnachweis von Columbit-Tantaliterzen

Land / Region: überregional, Schwerpunkt Afrika

Projektanfang: 13.07.2006

Projektende: 31.10.2009

Projektstand: 31.10.2009

Abbildung 1: Artisanaler Kleinbergbau auf "Coltan" in Mosambik Quelle: BGR

Der illegale Abbau von Gold, Diamanten, Kupfer, Kobalt und „Coltan“, einem wichtigen Tantalerz, in den Ostprovinzen der DR Kongo wurde als ein Motor für die Fortsetzung bewaffneter Konflikte identifiziert. Eine VN-Expertengruppe regte daher an, eine Pilotstudie für ein Zertifizierungssystem durchzuführen, mit dessen Hilfe mineralische Rohstoffe aus der DR Kongo von denen aus anderen Regionen unterschieden werden können. Das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) hat die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) beauftragt, eine Projektstudie über den „Herkunftsnachweis von Coltan“ anzufertigen. In einer vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) angeregten Studie der BGR "Zertifizierte Handelsketten im Bereich mineralischer Rohstoffe" wurde der analytische Herkunftsnachweis als mögliche Säule einer Zertifizierung aufgenommen.

Ziel: Mit Hilfe von Laborverfahren wird geprüft, ob die Herkunft von Coltanerzen eindeutig durch eine „Coltan-Signatur“ belegt werden kann. Hierzu werden (1) in einer ersten Übersicht Referenzproben bekannter Lokalitäten mit verschiedenen Verfahren analysiert, und (2) in Pilotstudien werden ausgewählte Abbaugebiete in Afrika detailliert untersucht und mit einer Herkunftssignatur belegt. 

Was ist Coltan?

Unter dem Begriff „Coltan“ werden Mineralkonzentrate bezeichnet, die hohe Konzentrationen der Elemente Tantal (Ta) und Niob (Nb) aufweisen. Diese liegen zu einem großen Teil als Glieder der Columbit Mischkristallreihe zwischen Niobit [(Fe,Mn)Nb₂O₆] und Tantalit [(Fe,Mn)Ta₂O₆] vor. Coltan ist der wichtigste Tantal-Rohstoff, ein seltenes Metall, das vor allem in der Elektronikindustrie als Bestandteil von miniaturisierten Kondensatoren mit hohen Kapazitäten (z.B. in Mobiltelefonen), und zur Herstellung von hochschmelzenden, hochfesten Legierungen stark nachgefragt ist. Coltan wird aus hoch differenzierten Seltenen-Metall-Pegmatiten, und aus deren Verwitterungsprodukten (eluviale und alluviale Seifen) gewonnen.

Die Weltbergbauproduktion (2008) von etwa 1930 Tonnen Tantalpentoxid  (Ta₂O₅) stammt aus Afrika (38%), Australien (31%), Asien (13%), Brasilien (12%), Kanada (4%) und Europa (4%). Mit der Schließung bedeutender Tantalminen in Australien, Mosambik und Kanada im Jahre 2009 stieg der Anteil der afrikanischen Produktion, die fast ausschließlich durch artisanalen Bergbau gewonnen wird, auf über 50%. Mehr als die Hälfte dieser Produktion stammt wiederum aus der Demokratischen Republik Kongo.

Herkunftsnachweis

Nachweismethoden zur Herkunft von Coltan Quelle: BGR

Die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Nb-Ta-Oxiden ist äußerst komplex. Zusätzlich zur Columbit-Reihe treten weitere Nb-Ta-reiche Phasen auf: Tapiolit [FeTa₂O₆], Wodginit [(Mn,Sn,Fe,Ti,Li)Ta₂O₈], Ixiolith [(Ta,Nb,Sn,Fe,Mn,Ti)₄O₈], Bismutotantalit [Bi(Nb,Ta)O₄], Stibiotantalit [Sb(Nb,Ta)O₄], Minerale der Pyrochlor-Gruppe (z.B. Mikrolith, [(Ca,Na)₂Ta₂O₆(O,OH,F)], und Minerale der komplexen Fergusonit-, Aeschynit- und Euxenit-Gruppen. Die Glieder der Columbit-Gruppe zeigen eine sehr variable chemische Zusammensetzung, die sich mit bestimmten Pegmatitklassen korrelieren lässt.

In diesem Projekt wird die gesamte, in Coltankonzentraten gespeicherte mineralogische und chemische Information genutzt, um Erzprovinzen und Lagerstätten im zentral- und ostafrikanischen Raum diskriminieren zu können. Die verwendeten Analysenmethoden sind in der Abbildung 2 dargestellt.

Erster Schritt ist die Bestimmung der mineralogischen Parameter, wie Modalbestand, Korngrößenverteilung, und Verwachsungen mittels „Mineral Liberation Analysis“ (MLA). Coltanerz besteht in der Regel aus Columbit mit unterschiedlichen Beimengungen, deren Zusammensetzungen und Verwachsungsgrad fallweise bereits diagnostisch für ein Herkunftsgebiet sind.

In einem zweiten Schritt werden die Konzentrationen der Haupt- und Nebenelemente in allen Nb-Ta Phasen mittels Laser Ablation-ICPMS bestimmt. Columbit enthält Neben- und Spurenelemente, die potenziell für einen Herkunftsnachweis geeignet sind, z.B. Seltene Erdelemente, Li, Sc, Sn, Ti, W, Th und U. An den häufig stark zonar gebauten Kristallen werden Profilmessungen oder Mehrfachmessungen durchgeführt. Dadurch wird die komplette Variation der Columbitchemie innerhalb eines Konzentrates oder einer Probenlokalität bestimmt.

Die erhöhten Konzentrationen von Uran, neben relativ geringen Konzentrationen von gewöhnlichem Blei, ermöglichen genaue Datierungen von Columbit. Ein wichtiger Parameter der Fingerprinting-Methode ist daher die Bestimmung der U-Pb Alter mittels LA-ICPMS und/oder konventioneller TIMS nach einem geeigneten nasschemischen Aufschluss- und Trennverfahren. Die Homogenität einer Population wird getestet, und ein Alter für Einzelkörner bestimmt. In den untersuchten Vorkommen können in Afrika fünf Alterspopulationen erkannt werden: (1) archaisch (>2.6 Ga), (2) paläoproterozisch (1.9-2.1 Ga), (3) jungproterozoisch (0.93-0.98 Ga) und frühpaläozoisch (0.4-<0.6 Ga) und (5) mesozoisch (0.2 Ma). Die meisten zentralafrikanischen Columbite können den jungproterozoischen „Kibariden“ zugeordnet werden, und sind mit der Intrusion von postorogenen „Zinngraniten“ verknüpft.

Projektbeiträge:

• “Coltan fingerprint”: BGR enables the certification of trading chains
• „Coltan-Fingerprint“ der BGR macht Zertifizierung von Handelsketten möglich

Partner:

• Mineralogisches Institut, Universität Erlangen
• Institut für Geowissenschaften, Universität Frankfurt am Main
• Department of Geology, University of Toronto, Ontario, Canada
• Royal Museum for Central Africa, Tervuren, Belgien
• Geologische Dienste in Mosambik, Namibia, Äthiopien und Ruanda
• Bergbaufirmen