Waar lithium lonkt: zoute vlakten tot ruige bergen

01-12-2021

Naar geen enkel metaal stijgt de vraag zo snel - lithium wordt op de meest uiteenlopende plaatsen ter wereld ontgonnen, van de grote hoogtes in het Andesgebergte tot de laagvlakten van Australië. Dit "witte goud" is niet meer weg te denken in het klimaat van de energietransitie. Het is onontbeerlijk in batterijen voor mobiele telefoons, laptops en elektrische voertuigen, en ook in batterijen voor de opslag van wispelturige zonne- en windenergie. Om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen enigszins te beteugelen, zal er in de toekomst steeds meer lithium nodig zijn. Men is wereldwijd op zoek naar betrouwbare voorraden. Lithiumertsen kunnen opgespoord worden in eigen land, of aandelen in mijnen kunnen worden verworven in de grote lithium-producerende regio's zoals in Zuid-Amerika, Australië of Zimbabwe. (Ik schreef reeds over lithiumbatterijen en mijnen in de Verenigde Staten).

Schrijver: Dr. Roseanne Chambers. Vertaling: K. Bonne.

Lithium is een primordiaal element dat ontstaan is tijdens de oerknal en dus al bestond toen het heelal begon uit te dijen. Lithium is daarom wijdverspreid op de planeet Aarde. Het wordt aangetroffen in oceaanwater, in veel stollingsgesteenten en zelfs in planten en dieren. Maar omdat de concentraties van dit metaal doorgaans vrij laag zijn, zijn er tot op heden relatief weinig bronnen gevonden die economisch interessant zijn. Lithium komt in hogere concentraties voor in drie bronnen: in zoute meren of brijnen (pekels), in bepaalde mineralen in granietgesteenten die uiterst langzaam zijn gevormd (pegmatiet), en tegenwoordig wordt ook kleisteen die bestaat uit oude, versteende meer-afzettingen, steeds meer erkend als een potentieel lithiumerts.

Kaart met de belangrijkste brijn- en pegmatietreserves van lithium (USGS).
Kaart met de belangrijkste brijn- en pegmatietreserves van lithium (USGS).

Lithium in pekel

De "Lithiumdriehoek" in de landen Bolivia, Chili en Argentinië, herbergt naar schatting 50% van de wereldreserves. Dit lithium wordt gevonden in uitgestrekte zoutvlaktes, de overblijfselen van een reusachtige prehistorische meren die ooit een groot deel van deze hoogvlakte in de Andes bedekten. Salar de Uyuni wordt beschouwd als de werelds grootste zoutvlakte en strekt zich uit over ongeveer 4.000 vierkante kilometer (het is ongeveer 100 keer groter dan de Bonneville Salt Flats in Utah, die ik al gigantisch vond toen ik er overheen reed op Highway 80). Tienduizenden jaren geleden begon het water in de oude meren te verdampen, waardoor zoutkorsten en zeer zout oppervlakte- en grondwater achterbleven. Lithium is geconcentreerd in deze pekel, ook brijn genoemd, die wordt opgepompt en in verdampingsbassins overpompt zodat overtollig water kan verdampen. Wanneer verschillende chemicaliën aan de pekel worden toegevoegd, slaan de zouten neer en kan het waardevolle lithium worden gewonnen.

Een kleurrijke hemel weerspiegeld in een meer in Salar de Uyuni, Bolivia.
Een kleurrijke hemel weerspiegeld in een meer in Salar de Uyuni, Bolivia.

Er zijn nog meer plaatsen in de wereld waar zulke zoutvlaktes voorkomen. Onder andere in Nevada, waar de Silver Peak-mijn momenteel de enige werkende lithiummijn in de Verenigde Staten is. In China wordt een belangrijke voorraad aan lithium gewonnen uit het hypersaline water van het Zabuye-meer, op 4400 meter boven het zeeniveau in Tibet.

Flamingo in Chili.
Flamingo in Chili.

Helaas verbruiken lithiummijnen grote hoeveelheden water, dat hoe dan ook schaars is in dorre gebieden. Het waterverbruik heeft een impact op het ecosysteem van de zoutvlakten. In de brakke lagunes van de Salar de Atacama in de Andes leven pekelkreeftjes, en het is ook een belangrijk broedgebied voor flamingo's. Het zakken van het waterpeil om de bekkens te bevloeien zal zich wreken op dit delicate, extreme evenwicht. In Nevada kunnen drinkplaatsen voor wilde dieren, zoals woestijndikhoornschapen, verdwijnen. Ook de plaatselijke bevolking is afhankelijk van dit water en ziet de uitbreiding van de mijnbouwactiviteiten met lede ogen aan.

Lithium in stollingsgesteente

Economisch interessante hoeveelheden lithium worden ook gewonnen uit granietrotsen. Daarvoor worden de zware technieken van de mijnbouw in hard gesteente (hard-rock mining) gebruikt. Granietgesteente ontstaat in regio's waar vulkanische activiteit en aardbevingen het resultaat zijn van twee botsende (convergerende) tektonische platen. In dit soort omgeving ontstaan poelen van gesmolten magma, diep onder de grond, de zogeheten magmakamers. Een deel van dit magma barst uit via vulkanen, maar het grootste deel van het magma blijft in de diepte en koelt daar langzaamaan af, en zo vormen zich zeer grote granietmassa's die bekend staan als batholieten. In de loop der tijd zijn veel van deze batholieten opgeheven, en nadat het gesteente erboven afgesleten is, komen de batholieten bloot te liggen in ruige bergketens.

Wanneer magma langzaam afkoelt en de vloeibare massa begint te stollen, vormen zich verschillende soorten mineralen die, naarmate de temperatuur in de magmakamer daalt, uit de vloeistof naar beneden dwarrelen. Zwaardere elementen, zoals mangaan en ijzer, kristalliseren eerder (dus bij hogere temperaturen) dan lichtere elementen, zoals silica en lithium, die in de vloeistof blijven hangen en geconcentreerd raken. Dit afkoelingsproces kan soms extreem langzaam verlopen. Dan kunnen uitzonderlijk grote kristallen ontstaan (want de kristallen hebben dan erg veel tijd om te groeien) en zo vormt zich pegmatietgesteente. Deze grofkorrelige pegmatieten - gekenmerkt door kristallen van minstens 2,5 cm in diameter - kunnen relatief hoge concentraties van zeldzame elementen bevatten. Zonder dit trage proces van concentratie, zouden elementen zoals taltalium, beryllium, boor, fluor, uranium - en lithium - wel in het gesteente voorkomen, maar heel erg dun uitgesmeerd zijn. Lithium komt vaak voor in de mineralen spodumeen en petaliet, beide zijn lithiumaluminiumsilicaten. Deze lithiumhoudende mineralen zijn het doelwit van de ontginning in hard gesteente.

Elbaiettoermalijn (olijfgroen) en lepidolietmica (violet), uit een lithiumrijke Braziliaanse pegmatiet.
Elbaiettoermalijn (olijfgroen) en lepidolietmica (violet), uit een lithiumrijke Braziliaanse pegmatiet.

Pegmatietkristallen kunnen enorme afmetingen aannemen. In de Etta-mijn in de Black Hills van Zuid-Dakota werden reusachtige spodumeenkristallen aangetroffen, waaronder vele van 10 meter lang en met diameters van één meter. Het grootste spodumeenkristal dat ooit werd gevonden kwam wellicht uit de Etta-mijn - een echte reus die naar verluidt 14 meter lang was met een maximale diameter van 1,6 meter. Deze mijn werd in 1959 gesloten - en waarschijnlijk liggen er nog vele geweldig grote spodumeenkristallen verborgen onder de grond.

Het delven van harde en sterke granietrotsen voor lithium is peperduur en het landschap wordt verwoest door de aanleg van dagbouwmijnen. Bulldozers en springstof zijn nodig om het erts af te graven, en vervolgens moet het gesteente worden gebroken, met zuur worden behandeld en worden verhit om een commercieel bruikbare vorm van lithium te verkrijgen. Niettemin is granietgesteente wijdverspreid over onze planeet, en veel landen richten zich in hun zucht naar lithium op binnenlandse granietontsluitingen. Lithiumhoudende mineralen in pegmatieten worden in Australië en Zimbabwe ontgonnen, en in nieuw erkende gebieden in Europese landen, waaronder Oostenrijk en Tsjechië.

Lithium in klei

Afzettingsgesteenten zoals klei kunnen ook grote hoeveelheden lithium bevatten. Lithium is een metaal dat zeer goed oplosbaar is, zodat het in vloeistoffen in de dunne buitenlagen van de aardkorst rondstroomt en soms een wisselwerking met klei aangaat. Pogingen om te begrijpen hoe lithiumrijke vloeistoffen stromen en migreren, en waar zij ingesloten kunnen raken, zijn ondersteund door computermodellen ontwikkeld om circulatie van aardolie en grondwater te beschrijven. Breuklijnen en andere geologische structuren kunnen ondergrondse stromingen kanaliseren en de ontwikkeling van waardevolle mineraalconcentraties mogelijk maken.

Het doelwit van de Thacker Pass-mijn in het noorden van Nevada, waarin exploitatie onlangs is goedgekeurd, is de lithiumrijke kleisteen uit oude meerafzettingen. Deze versteende kleiafzettingen bevinden zich in de McDermitt Caldera, de krater van een vulkaan die 16 miljoen jaar geleden is uitgebarsten. Na de uitbarsting sijpelde grondwater door het lithiumhoudende vulkanische gesteente, zo raakte dit water verrijkt aan lithium. Dit water begon een groot meer te vullen in de vulkaankrater, en daarin zette zich het lithiumrijke sediment af, en hoopte zich, laagje na laagje, op. Uiteindelijk liep het meer leeg en kwamen de dikke afzettingen van lithiumrijke kleisteen bloot te liggen. In Thacker Pass zijn dagbouw en een uitloogcircuit met zwavelzuur en andere chemicaliën gepland om het metaal uit de kleisteenlaag te winnen en lithium van batterijkwaliteit te produceren.

De vulkaan die de McDermitt Caldera heeft gevormd, is ontstaan uit dezelfde bron als de vulkaanuitbarstingen die zich de afgelopen 2 miljoen jaar in de Yellowstone-regio hebben voorgedaan. Een spoor van vulkanen trekt over een afstand van minstens 800 km van Yellowstone in zuidwestelijke richting tot in Nevada, waarbij de ouderdom van deze vulkanen naar het westen toe toeneemt. (Al tientallen jaren wordt uitgegaan van een hotspot-model voor het vulkanisme van Yellowstone, hoewel dit omstreden is; lees er meer over in dit artikel). Hoewel ik tot dusver geen specifieke informatie met betrekking tot lithium heb gevonden, heb ik zeer sterk vermoeden dat er ook in andere oude kraters en meren in de verschillende vulkanische gebieden van de westerlijk VS naar het witte goud wordt gezocht.

In Clayton Valley, Nevada, is er ook lithiumrijke kleisteen ontdekt vlak naast de Silver Peak-mijn, de hierboven beschreven fabriek die lithiumpekel verwerkt. In de Clayton Valley heeft Pure Energy Minerals ontginningsclaims op meer dan 20.000 hectare terrein rondom Silver Peak. De kleisteen is ontstaan als rivierbedding, nu opgedroogd en versteend. De ontginning van het lithium uit de kleisteen is, net als bij de pekel-ontginning, zeer waterintensief. Pure Energy Mineral begonnen met proefboringen onmiddellijk nadat de Nevada Division of Water Resources in januari 2019 de waterrechten voor het project had toegekend. Veel lokale bewoners in de regio, maar ook daarbuiten, zien de volgende stap in de vraag naar water, om nog maar te zwijgen van grootschalige mijnbouw, met vrees tegemoet.

De mijnen voorbij

Ik heb al geschreven op mijn blog over lithium, en de donkere kant van de ontginning ervan. Open mijnen, en de grote oppervlaktes die nodig zijn om pekel te concentreren in verdampingsbekkens, zijn duidelijk vernietigend voor landschappen. Maar gelukkig zijn er maatregelen beschikbaar die de schade enigszins kunnen beperken, die ik ook in andere artikelen bespreek (zie hieronder). 

--------------

Lees meer over lithium:

Noot van de vertaler (K.B.): het geopolitieke panorama is continu in beweging. Terwijl ik vertaal en opzoekingswerk doe, ontdek ik dat Afghanistan voor biljoenen dollars aan onontgonnen lithium bezit (zie kaart in dit artikel). Het is maar de vraag of de Taliban deze ertsen zal ontginnen en wat dat zal betekenen voor het land zelf en voor de internationale relaties. We schreven al op GondwanaTalks over een andere schat van Afghanistan, lapis lazuli, ontgonnen sinds de Oudheid.  

Afbeeldingen: 

Title Photo: Salar de Uyuni by Leonardi Rossatti on Pexels. https://www.pexels.com/photo/uyuni-salt-flat-2613110/

Photo of low light over the Salar de Uyuni in Bolivia by otsuka88 from Pixabay. https://pixabay.com/photos/bolivia-salar-de-uyuni-salt-lake-1802043

Photo of flamingo in Chile, Image by falco from Pixabay https://pixabay.com/photos/flamingo-chile-south-america-798591/

Photo of elbaite tourmaline (olive-green) and lepidolite mica (violet), from a lithium-enriched pegmatite in Brazil. https://en.wikipedia.org/wiki/Pegmatite#/media/File:Elba%C3%AFte_et_mica_(Br%C3%A9sil)_1.JPG

Dit artikel is een vertaling van 'Where Lithium Lurks' van de Amerikaanse geologe Dr. Roseanne Chambers. In haar blog schrijft ze wekelijks over geologie, geografie en geschiedenis, met extra aandacht voor het Andesgebergte, haar specialiteit. Lees Roseanne's blog: www.roseannechambers.com.