Conţinut
- Elemente de pământ rare nu sunt „rare”
- Concentrații rare ale elementelor de pământ
- Stânci și magne alcaline alcaline
- Clasificarea mineralelor rare
- Depozite de placer de pământuri rare
- Depozite reziduale de pământ
- Elemente de pământ rare în Pegmatite
- Alte tipuri de depozit de pământuri rare
- Prelucrarea mineralelor pentru provocări
- Prelucrare complexă a mineralelor
Harta elementelor de pământuri rare: Districtele cu elemente de pământuri rare din Statele Unite sunt situate mai ales în vest. Această hartă arată locația locațiilor potențiale de producție - măriți harta pentru a vedea toate locațiile.
Elemente de pământ rare nu sunt „rare”
Câteva aspecte geologice ale apariției naturale a elementelor de pământuri rare influențează puternic furnizarea de materii prime cu elemente de pământuri rare. Acești factori geologici sunt prezentați ca declarații de fapte urmate de o discuție detaliată.
Concentrația medie estimată a elementelor de pământ rare din scoarța terestră, care variază între 150 și 220 de părți pe milion (tabelul 1), o depășește pe cea a multor alte metale care sunt exploatate la scară industrială, cum ar fi cuprul (55 de părți pe milioane) și zinc (70 părți pe milion). Spre deosebire de majoritatea bazelor minate comercial și a metalelor prețioase, totuși, elementele de pământ rare sunt rareori concentrate în depozite de minere mineabile.
Concentrații rare ale elementelor de pământ
Concentrațiile principale ale elementelor de pământuri rare sunt asociate cu soiuri neobișnuite de roci ignee, și anume roci alcaline și carbonatite. Concentrațiile potențial utile de minerale purtătoare de REE se găsesc și în depozitele de placi, în depozitele reziduale formate din intemperiile profunde ale rocilor ignee, pegmatite, depozite de cupru-oxid de fier și aur și în fosfații marini (tabelul 2).
Tabelul 1. Estimări ale abundențelor cruste ale elementelor de pământ rare.
Stânci și magne alcaline alcaline
Roci igrene alcaline se formează din răcirea magmelor derivate prin mici grade de topire parțială a rocilor din manta Pământului. Formarea rocilor alcaline este complexă și nu este pe deplin înțeleasă, dar poate fi gândită ca un proces geologic care extrage și concentrează acele elemente care nu se încadrează în structura mineralelor comune formatoare de roci.
Magmele alcaline rezultate sunt rare și îmbogățite neobișnuit în elemente precum zirconiu, niobiu, stronțiu, bariu, litiu și elemente rare din pământ. Când aceste magme urcă în scoarța terestră, compoziția lor chimică suferă modificări suplimentare ca răspuns la variații ale presiunii, temperaturii și compoziției rocilor înconjurătoare. Rezultatul este o uimitoare diversitate de tipuri de roci care se îmbogățesc variabil în elemente economice, inclusiv în elementele rare de pământ. Depozitele minerale asociate acestor roci sunt, de asemenea, destul de diverse și incomode de clasificat, prin faptul că caracteristicile distinctive ale acestor zăcăminte și raritatea lor pot duce la clasificări care au doar unul sau câteva exemple cunoscute.
Harta geologică a elementelor de pământuri rare: Harta geologică generalizată din cea mai mare parte a districtului elementelor de pământuri rare din Mountain Pass, sudul Californiei. Sunt prezentate doar o minoritate reprezentativă din sutele de shonkinite, syenite și diguri de carbonatită. Nu sunt prezentate digurile andezitice și rolitice larg răspândite, de vârstă mezozoică sau terțiară. Din Raportul USGS Open-File 2005-1219. Măriți harta.
Clasificarea mineralelor rare
Clasificarea minereurilor legate de rocile alcaline este de asemenea controversată. Tabelul 2 prezintă o clasificare relativ simplă, care urmează categorii analoage pentru depozitele aferente rocilor igene nealcaline. Unele dintre rocile alcaline mai neobișnuite care găzduiesc, sau sunt înrudite cu minereurile REE sunt carbonatita și fosforitul, roci igrene compuse în principal din minere de carbonat și, respectiv, fosfați. Carbonatitele, și mai ales foscoritele, sunt relativ puțin frecvente, deoarece există doar 527 de carbonatite cunoscute în lume (Woolley și Kjarsgaard, 2008). Concentrațiile economice ale mineralelor purtătoare de REE apar în unele roci alcaline, zaruri și depozite de înlocuire a carbonatului asociate cu intruziuni alcaline, vene și diguri care taie complexe ignee alcaline și roci înconjurătoare, și soluri și alte produse de intemperii ale rocilor alcaline.
Tabelul REE: Elemente de pământuri rare sunt cele 15 elemente din seria lantanidelor, plus litiu. Scandiumul se găsește în majoritatea depozitelor de elemente de pământ rare și este uneori clasificat ca element de pământ rar. Imagine după.
Depozite de placer de pământuri rare
Vremea tuturor tipurilor de roci produce sedimente care sunt depuse într-o mare varietate de medii, cum ar fi pârâurile și râurile, coastele, fanii aluviale și delte. Procesul de eroziune concentrează mineralele mai dense, în special aurul, în depozite cunoscute sub numele de plasere. În funcție de sursa produselor de eroziune, anumite minerale purtătoare de pământuri rare, cum ar fi monazitul și xenotimul, pot fi concentrate împreună cu alte minerale grele.
Sursa nu trebuie să fie o rocă igienă alcalină sau un depozit aferent pământurilor rare. Multe roci sedimentare ignoase, metamorfice și chiar mai vechi conțin suficient de monazit pentru a produce o placă purtătoare de monazit. Drept urmare, monazitul se găsește aproape întotdeauna în orice depozit de plasă. Cu toate acestea, tipurile de agenți de plasare cu cele mai mari concentrații de monazit sunt în mod obișnuit plasme minerale cu ilmenit, care au fost minate pentru pigmenții de oxid de titan și pentru plasatoarele de casiterită, care sunt minate pentru staniu.
Depozitul de pământ rar al fierului de fier: Vedere spre nord-vest a Dealului Fierului, județul Gunnison, Colorado. Dealul de fier este format dintr-un stoc masiv de carbonatită care formează centrul unui complex intrusiv alcalin. Acest complex găzduiește numeroase resurse minerale, inclusiv titan, niobiu, elemente de pământuri rare și toriu. USGS Imagine.
Depozite reziduale de pământ
În mediile tropicale, rocile sunt adânc împânzite pentru a forma un profil unic de sol format din laterit, un sol bogat în fier și aluminiu, la fel de mulți zeci de metri grosime. Procesele de formare a solului concentrează în mod obișnuit mineralele grele sub formă de depozite reziduale, rezultând un strat de metal îmbogățit peste stratul de bază nealterat.
Când un depozit de pământuri rare suferă astfel de intemperii, acesta poate fi îmbogățit în elemente de pământuri rare, în concentrații de interes economic. Un tip particular de depozit REE, tipul de absorbție de ioni, este format prin scurgerea elementelor de pământuri rare din roci igene aparent comune și fixarea elementelor pe argile din sol. Aceste depozite sunt cunoscute doar în sudul Chinei și Kazahstan, iar formarea lor este slab înțeleasă.
Elemente de pământ rare în Pegmatite
Dintre pegmatite, un grup de roci intrinseci cu granule foarte grosiere, familia niobiu-itriu-fluor, cuprinde un număr mare de subtipuri formate în diferite medii geologice. Aceste subtipuri au compoziție granitică și se găsesc, de obicei, periferice la intruziuni granitice mari. În general, însă, pegmatitele purtătoare de elemente de pământuri rare sunt, în general, mici și sunt de interes economic doar pentru colectorii de minerale.
Alte tipuri de depozit de pământuri rare
Depozitul tip cupru-oxid de cupru-aur a fost recunoscut ca un tip de depozit distinct numai de la descoperirea depozitului gigant al barajului olimpic din Australia de Sud în anii '80. Depozitul barajului olimpic este neobișnuit, deoarece conține cantități mari de elemente de pământ rare și uraniu. O metodă economică pentru recuperarea elementelor de pământuri rare din aceste depozite nu a fost încă găsită. Multe alte depozite de acest tip au fost identificate în întreaga lume, însă informațiile privind conținutul lor de elemente de pământuri rare lipsesc în general. Cantitățile de urme ale elementelor de pământuri rare au fost, de asemenea, identificate în depozitele de înlocuire a magnetite-apatitului.
Bauxitele carstice, soluri bogate în aluminiu, care se acumulează în calcarul cavernos (topografia carstică subiacentă) din Muntenegru și în alte părți, sunt îmbogățite în elemente de pământuri rare, dar concentrațiile rezultate nu prezintă interes economic (Maksimovic și Pantó, 1996). La fel se poate spune și pentru depozitele de fosfat marin, care pot conține până la 0,1 la sută oxizi REE (Altschuler și alții, 1966). Drept urmare, a fost investigată recuperarea elementelor de pământuri rare ca produs secundar al producției de îngrășăminte fosfat.
Prelucrarea mineralelor pentru provocări
În multe depozite de bază și metale prețioase, metalele extrase sunt puternic concentrate într-o singură fază minerală, cum ar fi cuprul în chalcopyrite (CuFeS2) sau zincul în sphalerită (ZnS). Separarea unei singure faze minerale de rocă este o sarcină relativ ușoară. Produsul final este un concentrat trimis de obicei într-o topitorie pentru extracția finală și rafinarea metalelor. Zincul, de exemplu, este derivat aproape în totalitate din sfalerita minerală, astfel încât industria globală de topire și rafinare a zincului a dezvoltat un tratament extrem de specializat al acestui mineral. Astfel, producția de zinc are un avantaj pronunțat în ceea ce privește costurile prin faptul că se folosește o tehnologie unică standard, iar dezvoltarea unei noi mine de zinc este un proces în mare parte convențional.
Practica actuală de prelucrare a mineralelor este capabilă de separarea secvențială a mai multor faze minerale, dar nu este întotdeauna eficientă. Când elementele de interes se găsesc în două sau mai multe faze minerale, fiecare necesitând o tehnologie de extracție diferită, prelucrarea mineralelor este relativ costisitoare. Multe depozite de elemente de pământuri rare conțin două sau mai multe faze purtătoare de elemente de pământ rare. Prin urmare, depozitele de pământuri rare în care elementele de pământ rare sunt concentrate în mare parte într-o singură fază minerală au un avantaj competitiv.Până în prezent, producția REE a provenit în mare parte din depozite monofazice, cum ar fi Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) și plasatoare cu minerale grele (monazite).
Prelucrare complexă a mineralelor
Minereele purtătoare de elemente de pământuri rare, odată separate, conțin până la 14 elemente individuale de pământuri rare (lantanide și ytrium) care trebuie să fie mai apoi separate și rafinate. Complexitatea extragerii și rafinării elementelor de pământuri rare este ilustrată de o foaie de flux metalurgică pentru mina Mountain Pass din California (fig. 2). Spre deosebire de sulfurile metalice, care sunt compuși simpli chimic, mineralele purtătoare de REE sunt destul de complexe. Minereurile de sulfură de metale de bază, cum ar fi sphalerita (ZnS), sunt topite în mod obișnuit pentru a arde sulful și a separa impuritățile de metalul topit. Metalul rezultat este rafinat în continuare la puritate aproape prin electroliză. Pe de altă parte, elementele de pământuri rare sunt extrase și rafinate prin zeci de procese chimice pentru a separa diferitele elemente de pământuri rare și a elimina impuritățile.
Principala impuritate periculoasă a mineralelor purtătoare de REE este toriu, care dă o radioactivitate nedorită minereurilor. Deoarece materialele radioactive sunt dificil de minat și manevrat în siguranță, acestea sunt puternic reglementate. Atunci când este produs un deșeu radioactiv, trebuie utilizate metode speciale de eliminare. Costurile de manipulare și eliminare a materialelor radioactive reprezintă un impediment serios pentru extracția economică a mineralelor mai radioactive REE, în special monazit, care conține de obicei cantități considerabile de toriu. De fapt, impunerea unor reglementări mai stricte cu privire la utilizarea de minerale radioactive a scos pe piața elementelor rare de pe piața elementelor rare din anii '80.
Metalurgia complexă a elementelor de pământuri rare este îngreunată de faptul că nu există două minereuri REE cu adevărat similare. Ca urmare, nu există un proces standard pentru extragerea mineralelor purtătoare de REE și perfecționarea acestora în compuși de pământuri rare comercializabile. Pentru a dezvolta o mină nouă de elemente de pământuri rare, minereurile trebuie testate pe larg folosind o varietate de metode de extracție cunoscute și o secvență unică de etape de prelucrare optimizate. În comparație cu o nouă mină de zinc, dezvoltarea proceselor pentru elementele de pământ rare costă substanțial mai mult timp și bani.