Eindrücke von der Seltenen Erden Lagerstätte Norra Kärr

[PolMik]

Hallo liebe Mineralienfreunde,
nachfolgend zeige ich ein paar Bilder von einem Nephelin-Syenit (Grännait) Dünnschliff. Die Lagerstätte Norra Kärr besuchte ich am 18. Mai diesen Jahres. Zunächst ein paar Angaben zur Geschichte und Gegenwart, dann Daten der häufigsten Minerale. Abschließend ein paar Bilder.

Norra Kärr ist eine Lagerstätte für Seltene Erden, Zirkonium, Yttrium, Hafnium und Niob. Sie liegt nahe der Ortschaft Gränna in Zentralschweden am Vätternsee. Die erste Beschreibung der alkalischen Intrusion erfolgte 1906 durch Törnebohm. Er nannte das Gestein Katapleiitsyenit mit Eudialyt. Es ist ein Nephelinsyenit. Die Boliden AB untersuchte das Vorkommen 1949 und in den 70-er Jahren. Danach wurden Grännait, Lakarpit, Pulaskit und Kaxtorpit unterschieden. Der Unterschied besteht darin, dass Grännait Eudialyt und Katapleiit enthält. In Lakarpit und Pulaskit kommt an deren Stelle das Zirkonmineral Rosenbuschit vor. Kaxtorpit ist dagegen sehr arm an Zirkoniummineralen. Petrologische Untersuchungen von Koark 1960 und 1968 kamen zu dem Ergebnis, dass Faltungsstrukturen und migmatitische Veränderungen des Gesteines Folge einer Regionalmetamorphose sind. Altersbestimmungen ergaben für den Nephelinsyenit rund 1,5 Mrd. Jahre. Er ist damit 300 Mio. Jahre jünger als der ihn umgebende Granit. Der Nephelinsyenit ist mit einer N/S-Ausrichtung nur 1200 m lang und 350 m breit. Die Kontaktzone zum benachbarten Granit fällt mit 35 - 40° nach Westen ein. 2009 bis 2016 wies das kanadische Unternehmen Tasman Metals Ltd mit der detaillierteren Erkundung mittels Kernbohrungen die Lagerstätte nach. Rund eine Million Tonnen Zirkonium und 200000 Tonnen Seltene Erden als Metall wurden erkundet. Außerdem Niob. Fast alle (95%) der Seltenen Erden wurden in Eudialyt gefunden. Der Geologische Dienst von Schweden gibt 18,6 Mio. t Seltene Erden und 42,2 Mio. t Zirkonium an. Der Uran- und Thoriumanteil des Gesteines lag bei 30 ppm. Im Kaxtorpit 85 ppm. Der Abbau im Tagebau sollte 2017 beginnen. Im Vergleich mit anderen Lagerstätten dieser Art handelt es sich um ein Reicherz. Es ist die viertgrößte Lagerstätte für Schwere Seltene Erden weltweit. Das Vorhaben wurde von Umweltschützern verhindert. Diese sahen eine Gefährdung des Trinkwassers aus dem Vätternsee durch die 1,5 km entfernten Anlagen als gegeben an. Die Typen wollen dort Greta-Spargel aufstellen. 2021 legte die Greena Mineral AB früher Tasman Metals Ltd einen neuen Plan für das Projekt vor. In dem ist die physikalische Anreicherung im Lagerstättenbereich vorgesehen. Die chemische Aufbereitung soll in einer bestehenden Anlage in Estland erfolgen. Eine biogeochemische Prospektion der Seltenen Erden soll mit dem Farn Dryopteris filis-mas möglich sein.

Anschließend möchte ich noch die optischen Parameter der Hauptbestandteile nach mindat.org und Akzessorien des Gesteines nach Tasman Metals Ltd vorstellen.
Aegirin rund 21% (NaFeSi₂O₆, monoklin, zweiachsig negativ, Brechungsindex 1,72 - 1,84, Doppelbrechung 0,037 - 0,061, 2V-Winkel 60 - 90°, IMA Symbol Aeg),
Albit rund 18% (NaAlSi₃O₈, triklin, zweiachsig positiv, Brechungsindex 1,53, Doppelbrechung 0,010, 2V-Winkel 45°, IMA Symbol Ab),
Mikroklin rund 16% (KAlSi₃O₈, triklin, zweiachsig negativ, Brechungsindex 1,51 - 1,52, Doppelbrechung 0,007 - 0,010, 2V-Winkel 66 - 103°, IMA Symbol MCC),
Zeolithe (Natrolith - Analcim) zusammen rund 16% hier Natrolith (Na₂(Si₃Al₂)O₁₀*2H₂O, orthorhombisch, zweiachsig positiv, Brechungsindex 1,47 - 1,50, Doppelbrechung 0,012 - 0,013, 2V-Winkel 58 - 64°, Fluoreszenz, IMA Symbol Ntr),
Analcim (Na[Si₂O₆]*H₂O, kubisch, isotrop, Brechungsindex 1,47 - 1,49, IMA Symbol Anl),
Nephelin rund 11% ((Na, K)[AlSiO₄], hexagonal, einachsig negativ, Brechungsindex 1,52-1,54, Doppelbrechung 0,003-0,004,  IMA Symbol Nph),
Eudialyt rund 8% (Na₁₅Ca₆Fe₃Zr₃(Si₁₅O₇₃)(O,OH,H₂O)₃(Cl,OH)₂, trigonal, einachsig positiv, Brechungsindex 1,60 - 1,61, Doppelbrechung 0,004, IMA Symbol Eud) und
Katapleiit rund 4% (Na₂Zr[Si₃O₉]*2H₂O, monoklin, zweiachsig positiv, Brechungsindex 1,59 - 1,62, Doppelbrechung 0,036, Fluoreszenz, IMA Symbol Ctp).
Glimmer nicht spezifiziert können 3% erreichen, an einem Stück von mir scheint das Muskovit zu sein. Daneben wurden als Akzessorien Fluorit (Flr), Prehnit, Britolith-Ce, Mosandrit, Blei, Mn-Calcit und Zirkon identifiziert.
Die Quelle ist Saxon, Berg, Leijd und Forrester: Geology, mineralogy, and metallurgical processing of the Norra Kärr heavy REE, Conference Paper 13 S. Im Mineralatlas sind rund 70 Minerale angegeben.

Heute ist die Lagerstätte ein hügeliges Wiesengelände mit einer Lagerhalle (Bild). Die Farne sind mir nicht aufgefallen. Dafür wenige, kleine, verkrüppelt aussehende Nadelgehölze. Ab und an finden sich Gruben und Schürfe mit den aufgeschlossenen Gesteinen. Außerdem Lesesteine auf der Wiese. Ich habe bei der Firma Krantz von 3 Grännait-Proben Schliffe anfertigen lassen. Von einem stelle ich einge Übersichtsbilder vor.

Grännait ist das am meisten vorkommende Gestein. Es sieht meist einem Gneis ähnlich. Es gibt auch Grännait mit granitischem und pegmatitischem Gefüge. Davon habe ich auch Schliffe, sie bringen keine weiteren Erkenntnisse zum Mineralbestand. Zunächst die Übersichtsbilder der Probe. IL ist das Auflicht - Bild bei 20-facher Vergrößerung. Das Durchlicht-Bild ohne gekreuzte Polarisatoren ist als TL gekennzeichnet. An diesem Bild ist insbesondere Eudialyt sehr gut an seiner violetten Färbung zu erkennen. Dann noch TLPol für das Bild mit Durchlicht und gekreuzten Polarisatoren. Diese Bilder sind alle mit 20-facher Vergrößerung unter dem Stereomikroskop SMZ-171 mit der Leica-Flexcam C3 angefertigt. Zwei weitere Fotos zeigen eine Kruste von Katapleiit auf Grännait und dessen Fluoreszenz.

Die nachfolgend vorgestellten Bilder stammen vom gneisartig aussehenden Grännait. Sie wurden mit dem Leica DM 750P mit der Canon EOS R10 und der Software EOS Utility angefertigt. Als Objektiv verwendete ich den Leica HCX Fluotar 10x/0.30 Pol. Sie wurden mit IrfanView bezüglich Farbkorrektur und Bildgröße nachbearbeit. Die Beschriftung der Minerale erfolgte mit Microsoft paint entsprechend der IMA Symbole. Aegirin fällt durch seine sehr hohen Brechungsindizes und die Farbe auf.  Albit, Mikroklin, Nephelin und Natrolith haben sehr ähnliche Brechungsindizes. Die Feldspäte sind durch Zwillingsgitter und -streifung zu unterscheiden. Natrolith und Nephelin unterscheiden sich am optischen Charakter. Die sekundär gebildeten Zeolithe habe ich auf den ersten Blick nicht erkannt. Für die Konoskopie verwendete ich das Leica Objektiv PL Fluotar 50x/0.85 P. Eudialyt und Katapleiit haben ebenfalls sehr ähnliche Brechungsindizes. Dort half die konoskopische Betrachtung, einachsig oder zweiachsig. Außerdem die signifikante Färbung von Eudialyt. In erster Linie an seiner charakteristischen nadeligen Form zu erkennen ist der gelbliche Rosenbuschit Na₆Ca₆Zr₃Ti(Si₂O₇)4O₂F₆) IMA - Symbol Rbs. Seine Brechungsindezes sind zwischen 1,68 und 1,70 niedriger als die von Aegirin(-Augit), aber höher als die der sonst im Schliff zu erwartenden Minerale.

[PolMik]

die restlichen Bilder hier.

Liebe Grüße
Michael

[hugojun]

Danke für deinen schönen Bericht.

Sicherlich ist dein Aufenthalt dort sehr spannend gewesen, sind doch die Seltenen Erden in aller Munde.

Die Dünnschliffbilder sind sehr schön geworden.

Für mich ist aus aktuellem Interesse besonders dein Lumineszenz Bild interessant. Kannst du (schon) sagen, welches Mineral,
bzw. welche SE für die grüne Fluoreszenz verantwortlich ist und in welchem Mineral es vorkommt? Gibt es auch ein ,,Nachleuchten ,,also eine Phosphoreszenz?
Hast du die Dünnschliffe mal mit 254nm UV bestrahlt? Meine Frage wird dich sicherlich nicht überraschen.

LG
Jürgen 

[PolMik]

Hallo Jürgen,
danke für die Nachricht. Das bei 254 nm UV-Licht leuchtende Mineral ist sicher Katapleiit. Für die Fluoreszenz können sowohl Seltene Erden als auch Zirkonium oder Uran in Verbindung mit der Struktur des Minerales die Ursachen sein. Ein Nachleuchten, Phosphoreszenz, war nicht zu beobachten. Ansonsten könnte noch Natrolith fluoreszieren. Dieser aber gelb oder orange. Beim Dünnschliff würde das Deckglas die Fluoreszenz verhindern. Die Seltenen Erden wurden durch die Veröffentlichung der LKAB in Kiruna wieder mal beleuchtet. Außerdem haben die Chinesen als Haupthersteller mit Lieferbeschränkungen für Unruhe im Westen gesorgt. Die Lagerstätte in Kiruna wird aber frühestens in 10 Jahren Seltene Erden gewinnen. Apatit (auch von Kiruna) widme ich später einen umfangreicheren Artikel.
LG
Michael

[Michael L.]

Hallo Michael,

toller Beitrag, sehr spannend, vielen Dank dafür!

Viele Grüße Michael L.

[MiR]

Hallo Michael [PolMik],
vielen Dank für den schönen Beitrag, mit seinen vielen interessanten Details! Mineralogie ist doch wirklich was Schönes ... Es wird wohl eine gaaaanze Weile dauern bis ich deinen Artikel einigermaßen überblicken kann. Du schreibst, dass du die Lagerstätte besucht hast, bedeutet das auch dass du die Proben selber gesammelt hast? Ich frage deshalb, weil ich gerne wissen würde, unter welchen Vorraussetzungen man (eventuell) selber Hand anlegen darf. Ach so, was unter -biogeochemische Prospektion- verstanden wird lässt sich ja schnell herausfinden, aber Greta-Spargel, da bin ich ratlos ..., ist vielleicht auch nicht so wichtig.
Viele Grüße aus Berlin,
Michael

[PolMik]

Hallo Namensvettern,

schönen Dank für die Antworten. Zu den Fragen. Ja, ich habe die Lagerstätte selbst besucht und die Proben selbst gesammelt. In Schweden darf man alles, was nicht verboten ist. Wenn man etwas falsch macht, sind die ansonsten ausgesprochen freundlichen und hilfsbereiten Schweden sehr direkt. Dort stehen keine Verbotsschilder, also darf man an der Stelle Steine sammeln. Auf einer deutschen Internetseite wurde behauptet, das wäre Naturschutzgebiet, ist es aber nicht. Naturschutzgebiete werden auch dort mit Schildern gekennzeichnet. Auch die Behauptung einer anderen deutschen Seite, dort wäre ein Lehrpfad, ist falsch. Dort ist einfach nur eine Wiese mit Gestrüpp ein paar Aufschlüssen und einer Lagergalle. Die Erze liegen direkt unter der Rasensohle. Man sieht diesem grauen wie einfacher Gneis aussehenden Gestein nicht an, dass er hochinteressante Minerale und Elemente enthält. Bei anderen Erzen ist es auch so. Das sind nur zu oft graue, schwarze oder weiße, undefinierbare Klumpen. Ein paar aus Schweden stelle ich noch vor.

An anderen Stellen gibt es Verbotsschilder und dort ist das Sammeln von Steinen ausdrücklich verboten. An anderen Stellen, auf Privatgelände muss man den Eigentümer fragen. Dann gibt es auch noch Erlebnisparks wie zum Beispiel den Skeleftea Adventure Park in Varuträsk. Dort muss man sich eine Lizenz kaufen, bekommt einen kleinen Schürfhammer, eine Schutzbrille und eine Karte mit möglichen Fundpunkten. An der ehemaligen Eisenerzlagerstätte Langban bei Filipstad kann man auch an der Rezeption eine Lizenz kaufen, um auf die eingezäunte Halde zu dürfen und bekommt einen Fäustel. Allerdings gibt es in der Umgebung auch genügend Halden auf denen man sein Glück versuchen kann. Und dann gibt es noch regelrechte Goldwäscherkurse z.B. in Aldelfors. Dort war ich noch nicht. Es ist aber sehr wahrscheinlich, dass man dort ein paar Goldflitterchen findet. Das ist bestimmt eine ganz spaßige Angelegenheit, insbesondere für Kinder.   

Die Greta-Spargel sind eine eigene Wortschöpfung. Damit sind die hierzulande, aber auch auf der Ostsee und in Schweden zum Beispiel auf der Insel Öland, massenhaft die Landschaft verzierenden riesigen Windmühlen gemeint. Nach der Schutzpatronin der Eisbären, Greta. In Schweden waren die Sommer (2020, 2021, 2022 und 2023) nach meinen Beobachtungen eher kalt. Temperaturen von 25°C wurden nur sehr selten erreicht. How dare you, Greta.
LG
Michael

[PolMik]

Hallo,
heute habe ich noch die Angaben des SGU, Schwedischer Geologischer Dienst, zu der Lagerstätte gefunden. Die sind direkt vom SGU als *.pdf heruntergeladen. Ich hänge sie hier an. Interessenten können sie sich abschnittsweise in z.B. den Google-übersetzer kopieren und lesen. Darin sind noch detailliertere Angaben zur Lagerstättenerkundung. Die Lagerstätte wird als vom nationalen Interesse klassifiziert. Aber nicht nur die. 
Viele Grüße
Michael

[Florian D.]

Glückauf Forum,

heute habe ich zu meiner grossen Freude ein Päckchen mit Gesteinsproben aus Norra Kärr erhalten und möchte mich dafür ganz herzlich bei Michael bedanken.
Leider hatte ich noch nicht viel Zeit, mich mit den Gesteinen zu beschäftigen, aber jetzt bei Dunkelheit habe ich zumindest die UV Lampe hervorgeholt.
Bei 365 nm beobachte ich allenfalls schwache Fluoreszenz, während bei 254 nm (korrigiert!) die weissen Gesteinsbestandteile schöne rote Fluoreszenz zeigen. In den Bildern im Anhang ist ein Bild im Weisslicht dem Fluoreszenzbild bei Anregung mit 254 nm gegenübergestellt.

Viele Grüsse
Florian

[PolMik]

Hallo Florian,
das sieht doch schon mal toll aus. Ich habe noch keine Idee, was das sein könnte. Da warten wir mal mit Interesse auf die Ergebnisse. Falls es Natrolith sein sollte, würde es mit Salzsäure reagieren. Von Katapleiit hatte ich nur grüne Flureszenz mit 254 nm, mit 365 nm nichts. Die Farbe bei 365 nm würde zu Calcit passen. Dazu würde allerdings Blau bei 254 nm gehören. Sogar mit Nachleuchten.
Viele Grüße
Michael

[Florian D.]

Jetzt habe ich auch einen Brocken mit der spektakulär grünen Fluoreszenz bei 254 nm Anregung gefunden. Mit dem Taschenspektroskop finden sich 3 relativ schmale Banden bei 500, 520 und 545 nm, wobei die bei 520 nm die stärkste ist.

[Florian D.]

Glückauf Forum,

die Lagen und Intensitäten der gefundenen Fluoreszenzbanden des Katapleiits passen sehr gut zu Uranyl VI Ionen, UO_2^2-. Siehe
https://www.fluomin.org/uk/fiche.php?id=95
In dieser interessanten Datenbank werden auch für Katapleiit Uranylionen als Aktivator angegeben:
https://www.fluomin.org/uk/fiche.php?id=260&name=CALCIUM
Man könnte dieses Mineral also mit Uranglas vergleichen.

Kleiner Nachtrag:
In dem Artikel
https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acs.jpca.2c03314
sind die elektronsichen Übergänge, die der Uranylfluoreszenz zugrunde liegen, näher beschrieben.
Der relevante Übergang, der für die Banden im Grünen verantwortlich ist, ist zwischen dem LUMO (lowest unoccupied molecular orbital, unbesetzt im Grundzustand) , bei dem es sich um ein auf dem U lokalisiertes f-Orbital handelt, in das HOMO (highest occupied molecular orbital, hauptsächlich ein sigma-bindendes p-Orbital auf den Sauerstoffen). Siehe Fig. 2 in dem zitierten Artikel.


Viele Grüsse
Florian

[ManK]

im Anhang die übersetzte Version der Angaben des SGU

[Rawfoto]

Hallo Michael,

Spannend, eine Aussage beschäftigt mich: das Deckglas verhindert die Fluoreszenz.
Das kann ich nicht nachvollziehen, ich rege ja eingedeckte Präparate mit bis zu 340nm an, die sind alle mit Deckglas und ich habe dabei kein Problem festgestellt ...

Liebe Grüße

Gerhard

[Florian D.]

Anbei noch ein Spektrum der Fluoreszenz des Katapleiits bei Anregung mit 254 nm. Das Spektrum passt sehr gut zu dem des Autumnits, was Uranylionen als Fluorophor beweist. Die scharfen Peaks ab 590 nm treten auch ohne Katapleiit auf und sind wohl Artefakte der Anregungslichtquelle.

Viele Grüsse
Florian