Nickel ist ein wirtschaftlich bedeutendes Metall und wird hauptsächlich in der Herstellung von nichtrostenden Stählen und Nickellegierungen eingesetzt. Die weltweit verfügbaren und abbauwürdigen Reserven werden, je nach den Preisen an der Rohstoffbörse und unterschiedlichen Schätzungen auf rund 70 bis 170 Millionen Tonnen geschätzt. Davon wurde beispielsweise im Jahr 2006 ca. 1,340 Mio. Tonnen gefördert. Das Metall kommt zum größten Teil in zwei Lagerstättentypen vor. Zum einen die liquidmagmatischen Lagerstätten vom Typ des Sudbury-Komplexes im Süden Kanadas. Auf der anderen Seite die lateritischen Lagerstätten, von denen die auf Neukaledonien mit die größten sind. Neukaledonien liegt im westlichen Südpazifik, zwischen 17° und 23° südlicher Breite und 163° und 167° östlicher Länge, rund 1500 Kilometer von der Küste Australien (Queensland) entfernt. Sie waren vor der Entdeckung von Sudbury die bedeutendsten Lagerstätten für dieses Metall und sind auch heute noch mit rund 30 – 35 % an der Weltproduktion beteiligt. Diese Lagerstätten sind in den meisten Fällen miozän bis sub-rezenter Entstehung und liegen daher auch vielfach in den tropischen bis subtropischen Breiten, wie zum Beispiel Kuba, Neukaledonien, Australien, Indonesien, Philippinen, Brasilien, aber es sind auch fossile Vertreter bekannt, in Gegenden, in denen heute keine tropische Verwitterung mehr stattfindet (Ural, Albanien, Griechenland, Schlesien). Beispielsweise stellen die sedimentären Karst-Nickelerze von Euböa (Griechenland) eine Trümmereisenerzlagerstätte dar, deren Basis mit bis zu 6% Nickel angereichert ist. Hier wurden während der Kreide die lateritische Verwitterungsdecken umliegender Ophiolithe abgetragen und in flachen Bereichen des Meeres abgelagert. Aus Lösungen wurde in den unterlagernden Kalken der Trias und der Jura Nickel wieder ausgefällt. Auch hier in Deutschland haben wir Lagerstätten dieses Typs, beispielsweise im sächsischen Granulitgebirge. Dort bemüht sich zurzeit die Deutsche Rohstoff AG um den Abbau des Erzes. Das Hauptmineral der Nickellaterite auf Neukaledonien ist Garnierit (Nickel-Chrysotil), der die Zusammensetzung (Ni,Mg) 6 [(OH) 8 /Si 4 O 10 ] hat. Meist ist dieses Mineral vergesellschaftet mit Nickel-Chlorit (Schuchardit), Nickel-Talk (Willemseit, Nickel-Montmorillonit (Pimelit) sowie mit Chrysopras, einer durch Nickel grüngefärbten Varietät von Quarz. Goethit kann ebenfalls bis 1,5% Ni enthalten. Das ist das rötliche Material, das in dem Video der DRAG bei 1:46 s gezeigt wird. Wie entstehen diese Nickellaterite? Das Ausgangsgestein enthält meist nur sehr wenig Nickel, aber im Zuge der Verwitterung kann es sich anreichern. Das ist ein Vorgang, der in Etwa eine Ähnlichkeit mit dem Kochen von Kaffee hat. Flüssigkeit trifft auf Gestein mit großer Oberfläche und bestimmte Stoffe werden gelöst. Diese werden dann von der Lösung abgeführt (und ergeben Kaffee) und andere, un- oder schwerer lösliche Stoffe bleiben zurück. Dadurch wird eine räumliche Trennung und eine Aufkonzentration verschiedener Elemente erreicht. Bleiben wir beim Beispiel Neukaledonien.
Die Hauptinsel ist rund 400 Kilometer lang und 40 Kilometer breit. Das Klima ist subtropisch, heftige Regenfälle treten vor allem im Sommer (Januar bis März) auf. Mit gut 7000km 2 machen mehr oder weniger serpentinisierte ultramafische Gesteine 1/3 der gesamten Hauptinsel aus. Die ursprünglichen Gesteine waren Olivin-reiche Harzburgite und Dunite, untergeordnet auch Lherzolithe, Wherlite etc. Diese Ultramafite wurden im Oligozän auf mesozoische Grauwacken, Schiefer und Sandsteine sowie Basalte des Eozän in Richtung Südwest überschoben. Von den ultramafischen Massiven ist das südliche Massiv mit gut 5500 km2 das größte. Kleinere Massive finden sich entlang der Westküste vom Norden bis hin zu dem südlichen Massiv. In den ultramafischen Gesteinen war Olivin mit 0,3% Ni der Hauptnickelträger, gefolgt von Orthopyroxen mit 0,06%. Das sind in Etwa Werte, wie wir sie auch bei den Ausgangsgesteinen der sächsischen Serpentinite wieder finden. So hat ein durchschnittlicher Harzburgit aus der Region um Poro Olivine und Orthopyroxene mit der folgenden Zusammensetzung: Olivin: Mg 1,82 -Fe 0,8 -Ni 0, 007 (SiO) 4 Orthopyroxen: Mg 0,9 - Fe 0,09 -Ni 0,002 (SiO) 3 Im Jahr 1865 fand der französischer Bergbauingenieur Jules Garnier ein grünes, nickelhaltige Magnesiumsilikat, welches später nach ihm benannt werden sollte: Garnierit.
Bereits im Jahr 1875 begann der Abbau. Damals betrug der Nickelgehalt des Erzes noch bis zu 10%. Knapp 100 Jahre später, im Jahr 1974 wurden 7 Millionen Tonnen Erz abgebaut, die rund 2.63% Nickel enthielten. Dieser Abbau entspricht 20 Millionen Tonnen bewegten Gesteins. Heute ist der größte Nickelproduzent, die Societe Metallurgique le Nickel (SLN) in 4 Gebieten tätig: Thio, Kouaoua und Poro an der östlichen Küste sowie Nepui an der Westküste. Das gewonnene Erz wird nach Noumea verschifft, um in der Hütte von Doniambo verhüttet zu werden. Da die bauwürdigen Erzvorkommen nirgends sehr tief unter der Oberfläche liegen, gleichen die Bergbauregionen mehr dem terrassenförmigen Reisanbau in bergigen Gegenden als tiefen Tagebauen wie sie aus den Porphyry-Lagerstätten bekannt sind. Aber wie bekommt man nun aus einem Gestein, in dem Nickel bestenfalls in Spuren, aber eben nicht in abbauwürdigen Mengen vorkommt, ein Erz, das sich abzubauen auch wirtschaftlich lohnt? Hier kommt die tropische Verwitterung ins Spiel. Die Verwitterung geht von Spalten im Gestein aus, wobei das frische Gestein langsam durch verwittertes Material verdrängt wird. Ultramafische Gesteine sind besonders anfällig für tropische Verwitterung. Olivin ist unter den Bedingungen der Erdoberfläche äußerst instabil und wird leicht aufgelöst. Wenn ein Mineral im Vergleich zu einem anderen unter den gegebenen Bedingungen instabil ist, dann wird leicht das erste Mineral durch das Zweite ausgetauscht. Da Olivin auch das Mineral ist, welches in den Ultramafiten den höchsten Gehalt an Nickel hat, geht mit seinem Zerfall nicht nur Magnesium, sondern auch Nickel in Lösung. Dafür gibt es mehrere Wege (Schellmann, 1983):
4Mg 2 SiO 4 + 10H + ----> Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 + 5Mg ++ + 4H 2 O Forsterit Saponit 4O 2 + 4Fe 2 SiO 4 + 8H + --> Fe 2 Si 4 O 10 (OH) 2 + 6FeO(OH) Fayalit Nontronit Goethit 4Ni 2 SiO 4 + 10H + --> Ni 3 Si 4 O10(OH) 2 + 5Ni ++ + 4H 2 O Ni-Olivin Pimelit
Unter den normalerweise während der Verwitterung herrschenden Bedingungen sind die Talke diejenigen Magnesiumsilikate mit der geringsten Löslichkeit. Unter mehr sauren Bedingungen kann auch Quarz ausgefällt werden.
Ein weiterer Weg, Nickelsilikate zu erhalten läuft über Austauschreaktionen. Diese Reaktionen sind typisch für Minerale mit variabler chemischer Zusammensetzung, wie beispielsweise Serpentinen, Smectiten und anderen in den Lateriten vorkommenden Silikatmineralen. Dabei ist die hier interessante Reaktion der Austausch von Nickel gegen Magnesium, wobei im Bodenwasser gelöste Nickelionen Magnesium in den Serpentinen verdrängen.
Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 3Ni ++ (aq) <-> Ni 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 3Mg ++ (aq)
Bei dieser Reaktion liegt das Gleichgewicht auf der rechten Seite, Nickel ist also stabiler im Serpentin
Projektvideo der Deutschen Rohstoff AG über ihr Abbauvorhaben im sächsischen Granulitgebirge.
Golightly, J.P. (1979): Nickeliferous Laterites: A general description. International Laterite Symposium, pp. 3-23. Guilbert, J. (1986): The geology of ore deposits. Freeman, pp. 783 - 789. Langer, E. (1969): Die Nickellagerstätte des Morro do Niquel in Minas Gerais, Brasilien. Ihr Aufschluß, ihre Bemusterung und Bewertung. Bornträger, Stuttgart. Schellmann, W. (1983): Geochemical principles of lateritic nickel ore formation. Proc. of the II international Seminar on Lateritic Processes. pp. 119-135. Troly, G., Esterle, M., Pelletier, B., Reibell, W. (1979): Nickel deposits in New Caledonia. Some factors influencing their formation. International Laterite Symposium, pp. 85-119.
