Innhold
- Sjeldne jordelementer er ikke "sjeldne"
- Sjeldne jordelementkonsentrasjoner
- Alkaline stollarter og magmas
- Rare Earth Ore Classification
- Sjeldne Earth Placer-innskudd
- Rest sjeldne jordinnskudd
- Sjeldne jordelementer i Pegmatitter
- Andre sjeldne jordforekomsttyper
- Mineralbehandling for utfordringer
- Kompleks mineralbehandling
Sjeldent jordelementskart: Sjeldne jordelementdistrikter i USA ligger hovedsakelig i vest. Dette kartet viser plasseringen av potensielle produksjonssteder - forstør kart for å se alle stedene.
Sjeldne jordelementer er ikke "sjeldne"
Flere geologiske aspekter ved den naturlige forekomsten av sjeldne jordartselementer påvirker tilførselen av sjeldne jordartselementer råvarer. Disse geologiske faktorene presenteres som uttalelser om fakta fulgt av en detaljert diskusjon.
Den estimerte gjennomsnittlige konsentrasjonen av de sjeldne jordelementene i jordskorpen, som varierer fra 150 til 220 deler per million (tabell 1), overstiger den for mange andre metaller som er utvunnet i industriell skala, for eksempel kobber (55 deler pr. million) og sink (70 deler per million). I motsetning til de fleste kommersielt utvunnet base og edle metaller, blir sjeldne jordelementer imidlertid sjelden konsentrert til malbare malmforekomster.
Sjeldne jordelementkonsentrasjoner
De viktigste konsentrasjonene av sjeldne jordartselementer er assosiert med uvanlige varianter av tarmete bergarter, nemlig alkaliske bergarter og karbonatitter. Potensielt nyttige konsentrasjoner av REE-bærende mineraler finnes også i placeravsetninger, restavsetninger som dannes fra dyp forvitring av stollende bergarter, pegmatitter, jernoksyd kobbergullforekomster og marine fosfater (tabell 2).
Tabell 1. Estimater av jordskorpeforekomsten av sjeldne jordelementer.
Alkaline stollarter og magmas
Alkaliske stollartede bergarter dannes fra avkjøling av magmas avledet ved små grader av delvis smelting av bergarter i jordens mantel. Dannelsen av alkaliske bergarter er kompleks og ikke helt forstått, men kan tenkes som en geologisk prosess som trekker ut og konsentrerer de elementene som ikke passer inn i strukturen til de vanlige bergdannende mineralene.
De resulterende alkaliske magmaene er sjeldne og uvanlig beriket i elementer som zirkonium, niob, strontium, barium, litium og sjeldne jordelementer. Når disse magmaene stiger opp i jordskorpen, gjennomgår deres kjemiske sammensetning ytterligere endringer som respons på variasjoner i trykk, temperatur og sammensetning av omkringliggende bergarter. Resultatet er et forbløffende mangfold av bergarter som er berikede med økonomiske elementer, inkludert de sjeldne jordelementene. Mineralforekomstene som er forbundet med disse bergartene er på samme måte ganske forskjellige og vanskelig å klassifisere, i og med at særtrekkene ved disse forekomstene og deres sjeldenhet kan føre til klassifiseringer som bare har ett eller noen få kjente eksempler.
Sjeldent jordelement geologisk kart: Generalisert geologisk kart over det meste av sjeldne jordelementdistriktet i Mountain Pass, Sør-California. Bare et representativt mindretall av de hundrevis av shonkinitt-, syenitt- og karbonatittdiker er vist. Utbredte andesittiske og rolitiske diker, i mesozoisk eller tertiær alder, er ikke vist. Fra USGS Open-File Report 2005-1219. Forstørr kart.
Rare Earth Ore Classification
Klassifisering av malmer relatert til alkaliske bergarter er også kontroversiell. Tabell 2 viser en relativt enkel klassifisering som følger analoge kategorier for avsetninger relatert til ikke-alkaliske stollarter. Noen av de mer uvanlige alkaliske bergartene som er vert for eller er relatert til REE-malmer, er karbonatitt og foskoritt, stollarter som hovedsakelig er sammensatt av henholdsvis karbonat- og fosfatmineraler. Karbonatitter, og spesielt foskoritter, er relativt uvanlige, da det bare er 527 kjente karbonatitter i verden (Woolley og Kjarsgaard, 2008). Økonomiske konsentrasjoner av REE-bærende mineraler forekommer i noen alkaliske bergarter, skjørn og karbonat-erstatningsavsetninger assosiert med alkaliske inntrengninger, årer og diker som kutter alkaliske stavsområder og omkringliggende bergarter, og jordsmonn og andre forvitringsprodukter av alkaliske bergarter.
REE periodisk tabell: De sjeldne jordelementene er de 15 lanthanid-serieelementene, pluss yttrium. Scandium finnes i de fleste sjeldne jordartselementer og er noen ganger klassifisert som et sjeldent jordelement. Bilde av.
Sjeldne Earth Placer-innskudd
Forvitring av alle typer bergarter gir sedimenter som er avsatt i et bredt spekter av miljøer, for eksempel bekker og elver, strandlinjer, alluviale vifter og deltas. Erosjonsprosessen konsentrerer tettere mineraler, spesielt gull, til avsetninger kjent som placers. Avhengig av kilden til erosjonsproduktene, kan visse mineraler som inneholder bærere av sjeldne jordarter, som monazitt og xenotime, konsentreres sammen med andre tunge mineraler.
Kilden trenger ikke være en alkalisk stollbergart eller et beslektet sjeldent jordforekomst. Mange vanlige stollende, metamorfe og til og med eldre sedimentære bergarter inneholder nok monazitt til å produsere en monazittbærende placering. Som et resultat er monazitt nesten alltid å finne i ethvert placeravsetning. Imidlertid er typene placers med de største konsentrasjonene av monazitt typisk ilmenitt-tunge minerale plakkere, som har blitt utvunnet for titanoksidpigmenter, og kassiterittplakkere, som er utvunnet for tinn.
Iron Hill sjeldne jordforekomst: Nordvestvendt utsikt over Iron Hill, Gunnison County, Colorado. Iron Hill er dannet av en massiv karbonatittbestand som danner sentrum for et alkalisk påtrengende kompleks. Dette komplekset har mange mineralressurser, inkludert titan, niob, sjeldne jordelementer og thorium. USGS Image.
Rest sjeldne jordinnskudd
I tropiske miljøer er bergarter dypt forvitret for å danne en unik jordprofil bestående av lateritt, en jern- og aluminiumrik jord, så mange titalls meter tykk. Prosessene med dannelse av jord konsentrerer ofte tunge mineraler som restavsetninger, noe som resulterer i et anriket metalllag over den underliggende, ufjærede berggrunnen.
Når et sjeldent jordforekomst gjennomgår slik forvitring, kan det berikes med sjeldne jordartselementer i konsentrasjoner av økonomisk interesse. En spesiell type REE-avsetning, ioneabsorpsjons-typen, dannes ved utvasking av sjeldne jordartselementer fra tilsynelatende vanlige stollarter og feste elementene på leire i jord. Disse forekomstene er bare kjent i Sør-Kina og Kasakhstan, og deres dannelse er dårlig forstått.
Sjeldne jordelementer i Pegmatitter
Blant pegmatitter, består en gruppe veldig grovkornede påtrengende stavarter, niobium-yttrium-fluorfamilien, et stort antall undertyper dannet i forskjellige geologiske miljøer. Disse undertypene er granittiske i sammensetning og blir vanligvis funnet perifere til store granittiske inntrengninger. Generelt er imidlertid sjeldne jordbærende pegmatitter generelt små og er av økonomisk interesse bare for mineraloppsamlere.
Andre sjeldne jordforekomsttyper
Avsetningen av jernoksid kobbergulltype har blitt anerkjent som en distinkt avsetningstype først siden oppdagelsen av den gigantiske olympiske dammen i Sør-Australia på 1980-tallet. Olympic Dam-avsetningen er uvanlig ved at den inneholder store mengder sjeldne jordelementer og uran. En økonomisk metode for utvinning av sjeldne jordartselementer fra disse forekomstene er ennå ikke funnet. Mange andre forekomster av denne typen er identifisert over hele verden, men informasjon om innholdet av sjeldne jordartselementer mangler generelt. Spormengder av sjeldne jordartselementer er også blitt identifisert i magnetitt-apatitt-erstatningsavsetninger.
Karst bauxitter, aluminiumrike jordarter som samler seg i kavernøs kalkstein (underliggende karsttopografi) i Montenegro og andre steder, er beriket av sjeldne jordartselementer, men de resulterende konsentrasjonene er ikke av økonomisk interesse (Maksimovic og Pantó, 1996). Det samme kan sies for marine fosfatforekomster, som kan inneholde så mange som 0,1 prosent REE-oksider (Altschuler og andre, 1966). Som et resultat er utvinning av sjeldne jordartselementer som et biprodukt fra fosfatgjødselfremstilling undersøkt.
Mineralbehandling for utfordringer
I mange avsetninger av base og edelt metall er de ekstraherte metaller sterkt konsentrert i en enkelt mineralfase, så som kobber i chalcopyrite (CuFeS2) eller sink i spaleritt (ZnS). Separasjon av en enkelt mineralfase fra berg er en relativt enkel oppgave. Det endelige produktet er et konsentrat som vanligvis sendes til et smelteverk for endelig ekstraksjon og raffinering av metaller. For eksempel er sink nesten helt avledet fra mineralet spaleraler, slik at den globale smelte- og raffineringsindustrien har utviklet en høyspesialisert behandling av dette mineralet. Dermed har produksjon av sink en uttalt kostnadsfordel ved at en enkelt standardteknologi brukes, og utviklingen av en ny sinkgruve er en stort sett konvensjonell prosess.
Nåværende mineralbehandlingspraksis er i stand til sekvensiell separasjon av flere mineralfaser, men det er ikke alltid det er kostnadseffektivt å gjøre det. Når elementer av interesse finnes i to eller flere mineralfaser, som hver krever en annen ekstraksjonsteknologi, er mineralbehandling relativt kostbar. Mange avsetninger av sjeldne jordartselementer inneholder to eller flere sjeldne jordelementbærende faser. Derfor har sjeldne jordartselementer som de sjeldne jordelementene stort sett er konsentrert i en enkelt mineralfase, et konkurransefortrinn.Til dags dato har REE-produksjonen i stor grad kommet fra en-mineralfaseavsetninger, som Bayan Obo (bastnasitt), Mountain Pass (bastnasite) og tungmineraliske placere (monazite).
Kompleks mineralbehandling
Sjeldne jordbærende mineraler, når de først er separert, inneholder så mange som 14 individuelle sjeldne jordartselementer (lantanider og yttrium) som må skilles ytterligere og raffineres. Kompleksiteten ved å trekke ut og foredle elementer av sjeldne jordarter illustreres av et metallurgisk strømningsark for Mountain Pass-gruven i California (fig. 2). I motsetning til metallsulfider, som er kjemisk enkle forbindelser, er REE-bærende mineraler ganske kompliserte. Basismetallsulfidmalmer, så som sfæraleritt (ZnS), smeltes typisk for å brenne av svovel og skille urenheter fra det smeltede metallet. Det resulterende metall raffineres videre til nær renhet ved elektrolyse. Sjeldne jordelementer, derimot, blir typisk trukket ut og raffinert gjennom dusinvis av kjemiske prosesser for å skille de forskjellige sjeldne jordelementene og fjerne urenheter.
Den viktigste skadelige urenheten i REE-bærende mineraler er thorium, som gir malmene en uønsket radioaktivitet. Fordi radioaktive materialer er vanskelige å utvinne og håndtere trygt, er de sterkt regulert. Når det produseres et radioaktivt avfallsprodukt, må spesielle avfallsmetoder brukes. Kostnadene for håndtering og avhending av radioaktivt materiale er en alvorlig hindring for økonomisk utvinning av de mer radioaktive REE-rike mineralene, spesielt monazitt, som typisk inneholder betydelige mengder thorium. Innføring av strammere forskrifter for bruk av radioaktive mineraler drev faktisk mange kilder til monazitt ut av markedet for sjeldne jordarealer på 1980-tallet.
Den komplekse metallurgien av sjeldne jordartselementer blir forsterket av at ingen to REE-malmer virkelig er like. Som et resultat er det ingen standardprosess for å trekke ut de REE-bærende mineralene og raffinere dem til salgbare sjeldne jordforbindelser. For å utvikle en ny gruve med sjeldne jordarter, må malmene testes omfattende ved å bruke en rekke kjente ekstraksjonsmetoder og en unik sekvens av optimaliserte prosesseringstrinn. Sammenlignet med en ny sinkgruve koster prosessutvikling for sjeldne jordartselementer vesentlig mer tid og penger.