Kritieke metalen in het Grote Merengebied in Centraal-Afrika

Verlaten open mijn in Ntunga, Rwanda, waar tot voor kort tin en tantaal werd gewonnen uit verweerde pegmatieten. Mijnbouw en exploratie worden momenteel voortgezet in ondergrondse tunnels. © A. Borst

Het gebied van de Grote Meren herbergt heel wat mineralen rijk aan technologische metalen. De regio levert op wereldvlak bijvoorbeeld ongeveer de helft van het tantaal, dat wordt gebruikt in de mini-condensators van laptops en smartphones. Ook lithium en zeldzame aardmetalen (Rare Earth Elements of REE), die gebruikt worden in magneten, batterijen en motoren, zijn voorbeelden van kritieke metalen die cruciaal zijn voor groene energie-technologie. De vraag ernaar stijgt exponentieel.

Welke geologische processen leiden tot de vorming van deze minerale afzettingen? Hoe beïnvloeden de verschillende vormen van mineralisatie en mate van verwering de potentiële winningsmethoden? En wat is de maatschappelijke en milieu-impact van mijnbouwactiviteit in dit gebied? Met deze onderzoeksthema’s willen geologen van het Koninklijk Museum voor Centraal-Afrika de duurzame en eerlijke exploratie en exploitatie van deze grondstoffen ondersteunen. Daarin kaderen ook langdurige partnerschappen op het gebied van regionale geologie, de aanmaak van geologische kaarten en capaciteitsversterking van onderzoekers, universiteiten en geologische diensten.

Recente onderzoeksprojecten bestuderen de oorsprong van twee verschillende mineraliserende systemen die ertsafzettingen in Centraal-Afrika vormen: Lithium – Niobium – Tantalium – Tin – Wolfraam (Li-Nb-Ta-Sn-W-)-afzettingen geassocieerd met granieten, pegmatieten en kwartsaders; en zeldzame aardmetalen – Fosfor – Niobium (REE-P-Nb-) afzettingen in alkalische-carbonatietmagma’s.

Tin-tantaalmijnen in Rwanda

In februari 2022 voerde geologe Anouk Borst onderzoek naar pegmatieten en kwartsaders in tin-tantaalmijnen in Rwanda, samen met doctoraatsstudenten Jolan Acke en Laura van der Does. Beide gesteenten zijn vaak rijk aan de zeldzame en economisch interessante ertsen tin en tantaal, maar de mijnen worden ook geprospecteerd voor hun aanzienlijke lithiumpotentieel.

Pegmatiet is een grofkorrelig stollingsgesteente dat wordt gevormd uit de laatste restjes magma en vloeistoffen die overblijven nadat het grootste deel daarvan op de weg omhoog door de aardkorst is uitgekristalliseerd. “Deze ‘restjes’ bevatten vaak veel hogere concentraties zeldzame metalen dan andere gesteenten. Door de sterke verwering in dit tropische gebied is het gesteente zacht genoeg om zonder grote machines te verplaatsen en bewerken. We proberen de ideale omstandigheden, processen en ingrediënten te identificeren die leiden tot de vorming van mineraalafzettingen, zodat men ze gemakkelijker en op duurzamere wijze kan opsporen en delven,” legt Anouk Borst uit.

Boorkernstaal van een onverweerde pegmatiet rijk aan spodumeen (lichtroze, lithiumerts mineraal) van mijnbouwbedrijf Piran Rwanda Ltd, dat werkzaam is in het Musha en Ntunga gebied, Rwanda. © A. Borst

Grote cassiterietklomp (tinerts) uit de ondiepere kwartsaders in een boorkern van PIRAN Rwanda Ltd. © A. Borst

Het gebied wordt al decennia lang door vele kleinschalige mijnwerkers ontgonnen. De kwartsaders en pegmatieten met tin (in het mineraal cassiteriet) en tantaal (in de mineraalgroep columbiet-tantaliet, ook wel coltan genoemd) worden via verticale schachten en horizontale tunnels opgegraven. De waardevolle mineralen worden vervolgens met de hand of met water op basis van hun specifieke dichtheid van elkaar gescheiden. Het huidige tunnelsysteem in de mijn van Musha (Rwanda) bereikt zo bijvoorbeeld een diepte van ongeveer 50 meter.

Nieuwe boorkernen van het mijnbouwbedrijf waar de geologen tijdens hun veldwerk mee samen werkten laten zien dat gemineraliseerde kwartsaders en pegmatieten nog dieper doorlopen in de ondergrond. Vanaf ongeveer 150 meter diepte bevatten de boorkernen ook onverweerde pegmatieten rijk aan het mineraal spodumeen, een lithiumerts. Deze werden aangeboord tot een diepte van 400 meter. Het doel van de expeditie was dan ook om stalen te nemen voor mineralogisch en geochemisch onderzoek, om zo een beter beeld te vormen van zowel de regionale als microscopische verdeling van metalen in het systeem.

Duurzaam en eerlijk

De overgang naar groene energie en een koolstofarme economie is sterk afhankelijk van de mijnbouw van minerale grondstoffen. “Maar het is van enorm belang dat de winning van die cruciale grondstoffen en de verdeling van de inkomsten die eruit voortkomen eerlijk, veilig, duurzaam en conflictvrij gebeuren. Mijnbouw moet die landen waar de kritieke metalen gedolven worden, economische en sociale voordelen opleveren. Ook de koolstofvoetafdruk van de invoer van grondstoffen die elders worden gewonnen moet worden gecompenseerd, door de eindgebruiker”, aldus Anouk Borst.

Veldwerk en staalname in het Musha-Ntunga gebied, waar tin en tantaal wordt gedolven, en geprospecteerd voor lithium door Piran Rwanda Ltd. © J. Acke.

Anouk Borst (rechts), Jolan Acke (midden) en Laura van der Does (links) selecteren stalen die zijn opgegraven uit een 50 meter diepe mijnschacht in het Musha-Ntunga-gebied © J. Acke.

Ondergrondse staalname van pegmatiet en kwarts aders die voor cassiteriet worden gedolven in Musha. De mijnwerkers delven het erts met een handboor en vervoeren het met kruiwagens. © J. Acke.

Grotere klompjes cassiteriet worden met de hand gescheiden van de minder zware mineralen (kwarts en kaoliniet) alvorens verder geautomatiseerd te worden verwerkt. © A. Borst

Het met de hand gedolven cassiteriet- en coltanterts wordt dagelijks geconcentreerd door het te verpulveren en vervolgens op een schud-en wastafel te leggen, de geautomatiseerde versie van ‘sluicing’, op de mijnsite van Musha. © A. Borst

Artisanale mijnbouwwerkzaamheden ten zuiden van de Ntunga-site, waar fijnkorrelig coltan en cassiteriet worden gescheiden door 'sluicing'. Daarbij wordt gebruik gemaakt van een waterstroom om minder dense mineralen weg te spoelen en de zware ertsmineralen te concentreren. Het eindconcentraat wordt getoond in de hand. © A. Borst