Sadržaj
- Rijetki elementi Zemlje nisu "rijetki"
- Rijetke koncentracije elemenata Zemlje
- Alkalno magnetske stijene i magme
- Klasifikacija rijetke zemljine rude
- Retki naslage plastera na Zemlji
- Preostali rijetki nanosi zemlje
- Rijetki zemaljski elementi u pegmatitima
- Ostale vrste rijetkih zemljanih taloga
- Obrada minerala za izazove
- Složena prerada minerala
Karta rijetkih zemljanih elemenata: Kotači rijetkih zemaljskih elemenata u Sjedinjenim Državama uglavnom su smješteni na zapadu. Ova karta prikazuje lokaciju potencijalnih proizvodnih lokacija - povećajte kartu da biste vidjeli sve lokacije.
Rijetki elementi Zemlje nisu "rijetki"
Nekoliko geoloških aspekata prirodne pojave rijetkozemnih elemenata snažno utječu na opskrbu sirovinama rijetkih zemljanih elemenata. Ti se geološki čimbenici prikazuju kao izjave činjenica nakon čega slijedi detaljna rasprava.
Procijenjena prosječna koncentracija rijetkozemnih elemenata u Zemljinoj kori, koja se kreće od oko 150 do 220 dijelova na milijun (tablica 1), prelazi koncentraciju mnogih drugih metala koji se kopaju u industrijskim razmjerima, poput bakra (55 dijelova po milijuna) i cinka (70 dijelova na milijun). Za razliku od većine komercijalno iskopanih baznih i plemenitih metala, rijetko su zemaljski elementi koncentrirani u rudna ležišta.
Rijetke koncentracije elemenata Zemlje
Glavne koncentracije rijetkozemnih elemenata povezane su s neuobičajenim vrstama magnetskih stijena, naime alkalnim stijenama i karbonatitima. Potencijalno korisne koncentracije minerala koji sadrže REE nalaze se i u ležištima placera, rezidualnim naslagama formiranim dubokim vremenskim utjecajima magnetskih stijena, pegmatitima, ležištima bakra i zlata od oksida željeza i morskim fosfatima (tablica 2).
Stol 1. Procjene brojnosti krovnih elemenata rijetkih zemlja.
Alkalno magnetske stijene i magme
Alkalne magmatske stijene nastaju hlađenjem magmi koje su dobivene malim stupnjem djelomičnog otapanja stijena u Zemljinom plaštu. Formiranje alkalnih stijena složeno je i nije u potpunosti razumljivo, ali može se smatrati geološkim procesom koji ekstrahira i koncentrira one elemente koji se ne uklapaju u strukturu uobičajenih minerala koji formiraju stijene.
Nastale alkalne magme rijetke su i neobično obogaćene elementima poput cirkonija, niobija, stroncijuma, barija, litija i rijetkozemnih elemenata. Kad se te magme penju u zemljinu koritu, njihov kemijski sastav podvrgava se dodatnim promjenama kao odgovor na razlike u tlaku, temperaturi i sastavu okolnih stijena. Rezultat je zadivljujuća raznolikost vrsta stijena koje su varijabilno obogaćene ekonomskim elementima, uključujući i rijetke zemaljske elemente. Depoziti minerala povezani s tim stijenama također su prilično raznoliki i nespretno ih se klasificirati, tako da razlikovne značajke tih ležišta i njihova rijetkost mogu rezultirati klasifikacijama koje imaju samo jedan ili nekoliko poznatih primjera.
Geološka karta rijetkih zemljanih elemenata: Generalizirana geološka karta većine područja rijetkih zemaljskih elemenata Mountain Pass, južna Kalifornija. Prikazana je samo reprezentativna manjina od stotine nasipa šokkinita, sijenita i karbonatita. Široko rasprostranjeni andezijski i riolitni nasipi, mezozojske ili tercijarne dobi, nisu prikazani. Iz USGS-ovog izvješća o otvorenim spisima 2005-1219. Uvećaj kartu.
Klasifikacija rijetke zemljine rude
Klasifikacija ruda vezanih za alkalne stijene također je kontroverzna. Tablica 2 prikazuje relativno jednostavnu klasifikaciju koja slijedi analogne kategorije za naslage povezane s nealkalnim magnetskim stijenama. Neke neobičnije alkalne stijene u kojima se nalaze REE rude ili su u vezi s njima su karbonatit i foskorit, magmatske stijene sastavljene uglavnom od karbonatnih i fosfatnih minerala. Karbonatiti, a posebno foskoriti, relativno su neuobičajeni jer u svijetu postoji samo 527 karbonatita (Woolley i Kjarsgaard, 2008). Ekonomske koncentracije minerala koji sadrže REE javljaju se u nekim alkalnim stijenama, skarnama i naslagama koje zamjenjuju karbonate povezane s alkalnim upadima, venama i nasipima koji sijeku alkalne magmatske komplekse i okolne stijene, te na tlima i ostalim proizvodima alkalnih stijena.
REE periodična tablica: Rijetki elementi Zemlje su 15 elemenata iz serije lantanida, plus itrij. Skandija se nalazi u većini naslaga rijetkih zemljanih elemenata i ponekad se klasificira kao rijetko zemljani element. Image by.
Retki naslage plastera na Zemlji
Izdržavanje vremena svih vrsta stijena daje sedimente koji se talože u širokom rasponu okruženja, poput potoka i rijeka, obalnih linija, aluvijalnih obožavatelja i delta. Proces erozije koncentrira gušće minerale, ponajviše zlato, u naslage poznate kao pospremivači. Ovisno o izvoru produkata erozije, određeni minerali koji sadrže rijetke zemlje, poput monazita i ksenotema, mogu se koncentrirati zajedno s drugim teškim mineralima.
Izvor ne mora biti alkalna magnetska stijena ili srodna taloga rijetke zemlje. Mnoge uobičajene magmatske, metamorfne, pa čak i starije sedimentne stijene sadrže dovoljno monazita da nastane placer s monazitom. Kao rezultat, monazit se gotovo uvijek nalazi u bilo kojem ležištu. Međutim, tipovi posuda s najvećim koncentracijama monazita obično su mineralni placenti s teškim mineralnim ilmenitima, koji su minirani zbog pigmenata titanijevog oksida, i kasiterski posađivači, koji se kopaju za kalaj.
Rijetko zemljano ležište Iron Hill: Pogled na sjeverozapad na Iron Hill, okrug Gunnison, Colorado. Iron Hill nastaje masivnom zalihom karbonatita koji čini središte alkalno intruzivnog kompleksa. U ovom se kompleksu nalaze mnoga mineralna bogatstva, uključujući titan, niobijum, rijetko zemaljski elementi i torij. USGS slika.
Preostali rijetki nanosi zemlje
U tropskim sredinama, stijene su duboko istrošene da formiraju jedinstveni profil tla koji se sastoji od lateita, tla bogatog željezom i aluminijom, debljine čak nekoliko desetaka metara. Postupci formiranja tla obično teške minerale koncentriraju kao zaostale naslage, što rezultira obogaćenim slojem metala preko donjeg, nepotpunog korita.
Kada se rijetkozemno ležište podvrgne takvim vremenskim uvjetima, ono se može obogatiti elementima rijetke zemlje u koncentracijama od gospodarskog interesa. Posebna vrsta ležišta REE, vrsta apsorpcije iona, nastaje ispiranjem rijetkozemnih elemenata iz naizgled uobičajenih magnetskih stijena i pričvršćivanjem elemenata na gline u tlu. Ta su ležišta poznata samo u južnoj Kini i Kazahstanu i njihovo formiranje se slabo razumije.
Rijetki zemaljski elementi u pegmatitima
Među pegmatitima, skupina vrlo grubo zrnatih intruzivnih magnetskih stijena, obitelj niobij-itrij-fluor, sastoji se od velikog broja podtipova formiranih u različitim geološkim okruženjima. Ovi podtipovi su po sastavu granitni i obično se nalaze periferno do velikih granitnih upada. No općenito su rijetko zemaljski elementi koji sadrže pegmatite, a gospodarski su zanimljivi samo za sakupljače minerala.
Ostale vrste rijetkih zemljanih taloga
Bakreno-zlatno ležište željezo-oksida prepoznato je kao poseban tip ležišta tek od otkrića divovskog ležišta olimpijskih brana u Južnoj Australiji 1980-ih. Olimpijsko ležište na brani je neobično po tome što sadrži velike količine rijetkozemnih elemenata i urana. Još nije pronađena ekonomska metoda za prikupljanje rijetkozemnih elemenata iz tih ležišta. Mnoga druga ležišta ove vrste identificirana su širom svijeta, ali općenito nedostaje informacija o njihovom sadržaju rijetkih zemaljskih elemenata. Količine rijetkih zemljanih elemenata u tragovima također su identificirane u zamjenama magnetit-apatita.
Kraški boksiti, tla bogata aluminijom koja se u Crnoj Gori i drugdje nakupljaju u kavernoznom krečnjaku (pod krškom topografijom), obogaćeni su rijetkim zemaljskim elementima, ali rezultirajuće koncentracije nisu od gospodarskog interesa (Maksimović i Pantó, 1996). Isto se može reći za morske fosfatne naslage, koje mogu sadržavati čak 0,1 posto REE oksida (Altschuler i drugi, 1966). Kao rezultat toga, ispitano je oporavak rijetkozemnih elemenata kao nusproizvoda proizvodnje fosfatnih gnojiva.
Obrada minerala za izazove
U mnogim naslagama baznih i plemenitih metala izvučeni metali su visoko koncentrirani u jednoj mineralnoj fazi, poput bakra u halkopiritu (CuFeS2) ili cinka u sfaleritu (ZnS). Izdvajanje jedne mineralne faze od stijene relativno je lak zadatak. Krajnji produkt je koncentrat koji se obično šalje u topionicu radi konačne ekstrakcije i rafiniranja metala. Na primjer, cink se gotovo u cijelosti dobiva iz mineralnog sfalerita, tako da je globalna industrija topljenja i rafiniranja cinka razvila visoko specijalizirani tretman ovog minerala. Dakle, proizvodnja cinka ima izraženu troškovnu prednost jer se koristi jedinstvena tehnologija, a razvoj novog kopa cinka uglavnom je konvencionalan postupak.
Sadašnja praksa prerade minerala može biti uzastopno odvajanje više mineralnih faza, ali to nije uvijek isplativo. Kada se pronađu elementi interesa u dvije ili više mineralnih faza, a svaka od njih zahtijeva drugačiju tehnologiju ekstrakcije, obrada minerala je relativno skupa. Mnoga nalazišta rijetkih zemlja sadrže dvije ili više faza nošenja rijetkih zemljanih elemenata. Stoga naslage rijetkozemnih elemenata u kojima su rijetkozemni elementi uglavnom koncentrirani u jednoj mineralnoj fazi imaju konkurentsku prednost.Do danas, proizvodnja REE u velikoj mjeri potječe iz jednofaznih ležišta, kao što su Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) i teški minerali (monazit).
Složena prerada minerala
Jednom razdvojeni minerali koji nose rijetke zemaljske elemente sadrže čak 14 pojedinačnih rijetkih zemljanih elemenata (lantanidi i itrij) koji se moraju dalje razdvojiti i pročistiti. Složenost vađenja i rafiniranja rijetkozemnih elemenata ilustrira metalurški tok za rudnik Mountain Pass u Kaliforniji (slika 2). Za razliku od metalnih sulfida, koji su kemijski jednostavni spojevi, minerali koji sadrže REE prilično su složeni. Rudne sulfidne rude, poput sfalerita (ZnS), obično se talje da izgori sumpor i odvojene nečistoće iz rastaljenog metala. Dobiveni metal se elektrolizom dalje rafinira do krajnje čistoće. S druge strane, rijetkozemni elementi se obično ekstrahiraju i rafiniraju kroz desetine kemijskih procesa za odvajanje različitih rijetkozemnih elemenata i uklanjanje nečistoća.
Glavna štetna nečistoća u mineralima koji sadrže REE je torij, koji rudi daje neželjenu radioaktivnost. Budući da je radioaktivne materijale teško minerati i sigurno rukovati, oni su jako regulirani. Kad se proizvodi radioaktivni otpadni otpad, moraju se koristiti posebne metode zbrinjavanja. Troškovi rukovanja i odlaganja radioaktivnog materijala ozbiljno su ometali ekonomsko vađenje minerala radioaktivnih REE, posebno monazita, koji obično sadrži značajne količine torija. Zapravo, nametanje strožih propisa o uporabi radioaktivnih minerala izbacilo je tijekom osamdesetih mnogo izvora monazita s tržišta rijetkih zemaljskih elemenata.
Složenu metalurgiju rijetkozemnih elemenata usložnjava činjenica da nijedna REE ruda nije uistinu slična. Kao rezultat toga, ne postoji standardni postupak za vađenje minerala koji sadrže REE i njihovo rafiniranje u retke zemljane spojeve koje se mogu prodati. Da bi se razvili novi rudnički elementi rudnika, rude se moraju temeljito ispitati uporabom različitih poznatih metoda ekstrakcije i jedinstvenog slijeda optimiziranih koraka obrade. U usporedbi s novim rudnikom cinka, razvoj procesa za rijetke zemaljske elemente košta znatno više vremena i novca.