Tartalom
- A ritkaföldfémek nem "ritkák"
- Ritkaföldfémek koncentrációi
- Lúgos, magnéziumi kőzetek és magmák
- Ritkaföldfémek érc osztályozása
- Ritkaföldföldesek betétei
- Maradványos ritkaföldfémek betétei
- Ritkaföldfémek a pegmatitokban
- Egyéb ritkaföldföldetípusok
- Ásványi feldolgozás kihívásokhoz
- Komplex ásványi feldolgozás
Ritkaföld elem: Az Egyesült Államok ritkaföldfémekkel rendelkező kerületei elsősorban nyugaton helyezkednek el. Ez a térkép mutatja a lehetséges termelési helyszíneket - a térkép nagyítása az összes hely megtekintéséhez.
A ritkaföldfémek nem "ritkák"
A ritkaföldfémek természetes előfordulásának számos geológiai szempontja erősen befolyásolja a ritkaföldfémek alapanyag-ellátását. Ezeket a geológiai tényezőket tények megállapításaként mutatják be, amelyeket egy részletes megbeszélés követ.
A ritkaföldfémek elemének becsült átlagos koncentrációja a földkéregben, amely körülbelül 150–220 milliomod részre esik (1. táblázat), meghaladja sok más ipari méretekben bányászott fémet, például réz (55 rész millió) és cink (70 millió rész). A kereskedelmileg bányászott alap- és nemesfémektől eltérően azonban a ritkaföldfémek ritkán koncentrálódnak ásványi érclerakódásokba.
Ritkaföldfémek koncentrációi
A ritkaföldfémek főbb koncentrációi az idegen kőzetek szokatlan fajtáival, nevezetesen az alkáli kőzetekkel és a karbonatitokkal kapcsolatosak. A REE-t hordozó ásványok potenciálisan hasznos koncentrációi megtalálhatók a placer lerakódásokban, az idegen kőzet mély időjárási viszonyaiból képződött maradék lerakódásokban, pegmatitokban, vas-oxid réz-arany lerakódásokban és tengeri foszfátokban (2. táblázat).
Asztal 1. Becslések a ritkaföldfémek kéregbeli előfordulásáról.
Lúgos, magnéziumi kőzetek és magmák
Lúgos bélköves kőzetek a magmák lehűlésekor alakulnak ki, mely a kőzeteknek a Föld köpenyében történő kis részleges olvadásával jár. A lúgos kőzetek képződése összetett és nem teljesen tisztázott, de olyan geológiai folyamatnak tekinthető, amely kivonja és koncentrálja azokat az elemeket, amelyek nem illeszkednek a szokásos kőképző ásványok szerkezetéhez.
A kapott alkáli magma ritka és szokatlanul gazdagodik olyan elemekben, mint például cirkónium, niobium, stroncium, bárium, lítium és a ritkaföldfémek. Amikor ezek a mágák feljutnak a földkéregbe, kémiai összetételük további változásokon megy keresztül, válaszul a környező kőzetek nyomásának, hőmérsékletének és összetételének változására. Az eredmény egy meglepő sokféleségű kőzet, amelyek változatosan gazdagodnak a gazdasági elemekben, beleértve a ritkaföldfémeket is. Az ezekhez a kőzetekhez kapcsolódó ásványi lerakódások szintén nagyon változatosak és nehézkes osztályozni, mivel ezeknek a lerakódásoknak a megkülönböztető tulajdonságai és ritkasága olyan osztályozást eredményezhetnek, amelyben csak egy vagy néhány ismert példa található.
Ritkaföld elem geológiai térkép: Kaliforniai déli hegyvidéki Mountain Pass ritkaföldfémből álló részének legtöbbjének általánosított geológiai térképe. A több száz shonkinit, syenite és karbonit gát csak reprezentatív kisebbséget mutat be. Mezozoikus vagy tercier korban elterjedt, andezitikus és riolitikus gátakat nem mutatnak. Az USGS nyílt állományú jelentése (2005-1219). Térkép nagyítása.
Ritkaföldfémek érc osztályozása
Az lúgos kőzetekhez kapcsolódó ércek osztályozása szintén ellentmondásos. A 2. táblázat egy viszonylag egyszerű osztályozást mutat, amely analóg kategóriákat követi a nem-kalinális magvakkal kapcsolatos lerakódásokra. A szokatlan alkáli kőzetek közül néhány, amelyek a REE érceket tárolják, vagy amelyek rokonok ezekhez, a karbonit és a foszkorit, idegen kőzetek, amelyek főként karbonát és foszfát ásványokból állnak. A karbonatitok, és különösen a foszkoritok viszonylag ritkák, mivel a világon csak 527 ismert karbonatit található (Woolley és Kjarsgaard, 2008). A REE-t hordozó ásványok gazdasági koncentrációi megfigyelhetők néhány lúgos kőzetben, koronában és karbonátpótló lerakódásban, amelyek lúgos behatolásokkal, erekkel és gátakkal alkotják az alkáli magok komplexeit és a környező kőzeteket, valamint a talajban és az alkáli kőzetek egyéb időjárási termékeiben.
REE periódusos rendszer: A ritkaföldfémek a 15 lantanid sorozat elemei, valamint az ittrium. A skandium megtalálható a legtöbb ritkaföldfémből, és néha ritkaföldfémekké osztályozzák. Kép készítette.
Ritkaföldföldesek betétei
Minden típusú szikla időjárása olyan üledékeket eredményez, amelyek sokféle környezetben lerakódnak, mint például patakok és folyók, partvidékek, alluviális ventilátorok és delta. Az eróziós folyamat a sűrűbb ásványokat, nevezetesen az aranyot, betéteknek nevezi, amelyeket placetereknek neveznek. Az eróziós termékek forrásától függően egyes ritkaföldfémeket hordozó ásványi anyagok, például a monazit és a xenotime koncentrálhatók más nehéz ásványokkal együtt.
A forrásnak nem kell lennie egy lúgos magmás kőzettel vagy azzal kapcsolatos ritkaföldfémekkel. Számos közönséges, metamorf és még régebbi üledékes kőzet elegendő monazitot tartalmaz, hogy monazitot hordozó placer képződjön. Ennek eredményeként a monazit szinte mindig megtalálható bármilyen placer lerakódásban. Ugyanakkor azok a helyettesítők, amelyekben a legnagyobb koncentrációban a monazit található, tipikusan ilmenit-nehéz ásványi anyagok, amelyeket titán-oxid pigmentek számára bányásztak, és kasziterit helyettesítők, amelyeket ónra bányásznak.
Iron Hill ritkaföldfémek lerakódása: Északnyugatra néző kilátás a Iron Hill-ről, Gunnison megye, Colorado. A Vashegyet egy hatalmas karbonatitkészlet képezi, amely egy lúgos, tolakodó komplexum központját képezi. Ez a komplex számos ásványi erőforrást tartalmaz, beleértve a titánt, niobiumot, ritkaföldfémeket és tóriumot. USGS kép.
Maradványos ritkaföldfémek betétei
Trópusi környezetben a kőzet mélyen viharvert, hogy egyedülálló talajprofilt képezzen, amely lateritból, vas- és alumíniumban gazdag talajból áll, akár több tíz méter vastag is. A talajképződés folyamatainak során általában a nehéz ásványi anyagokat maradék lerakódásokként koncentrálják, így dúsított fémréteg alakul ki az alatta lévõ, mítatlan alapkőzet fölött.
Ha egy ritkaföldfémek lerakódása ilyen időjárási viszonyokon megy keresztül, akkor gazdasági érdekű koncentrációban gazdagodhatnak ritkaföldfémekben. A REE-lerakódások egy speciális típusát, az ionabszorpciót a ritkaföldfémeknek a látszólag közönséges éghajlati kőzetekből történő kimosódása és az elemek a talajban lévő agyagokba történő rögzítése képezi. Ezek a lerakódások csak Dél-Kínában és Kazahsztánban ismertek, és kialakulásuk nem megfelelő.
Ritkaföldfémek a pegmatitokban
A pegmatitok közül egy nagyon durva szemcsés, idegesítő kőzetek csoportja, a niobium-ittrium-fluortartalmú család nagyszámú altípust tartalmaz, amelyek különböző geológiai környezetben képződnek. Ezek az altípusok granitos összetételűek és általában periférián találhatók a nagy granitos behatolásokig. Általában azonban a ritkaföldfémeket hordozó pegmatitok általában kicsik és gazdasági szempontból csak az ásványgyűjtőkre vonatkoznak.
Egyéb ritkaföldföldetípusok
A vas-oxid réz-arany betét típusát csak akkor tekintik különálló betét típusnak, amikor az 1980-as években Dél-Ausztráliában felfedezték az óriási olimpiai gátot. Az olimpiai gát lerakódása szokatlan, mivel nagy mennyiségben tartalmaz ritkaföldfém elemeket és uránt. A ritkaföldfémek ezen lerakódásokból történő visszanyerésére szolgáló gazdasági módszert még nem találtak. Számos más ilyen típusú lerakódást azonosítottak szerte a világon, de ritkaföldfém-tartalmukról általában nincs információ. A ritkaföldfémek nyomnyi mennyiségét is felismerték a magnetit-apatit pótló lerakódásokban.
A karsztbauxitok, az alumíniumban gazdag talajok, amelyek Montenegróban és másutt kavernális mészkőben (a karszt-topográfia) halmozódnak fel, ritkaföldfémekben dúsulnak, ám a kapott koncentrációk gazdasági szempontból nem relevánsak (Maksimovic és Pantó, 1996). Ugyanez mondható el a tengeri foszfátlerakódásokról, amelyek akár 0,1% REE-oxidot is tartalmazhatnak (Altschuler és mások, 1966). Ennek eredményeként megvizsgálták a ritkaföldfémek visszanyerését a foszfát-műtrágyák előállításának melléktermékeként.
Ásványi feldolgozás kihívásokhoz
Számos nemesfém- és nemesfémlerakódásban az extrahált fémek nagymértékben koncentrálódnak egyetlen ásványi fázisban, például réz kalkopiritben (CuFeS2) vagy cink szfaleritben (ZnS). Az ásványi fázis elválasztása a kőttől viszonylag egyszerű feladat. A végtermék egy koncentrátum, amelyet általában egy olvasztóüzembe küldnek a fémek végső extrahálása és finomítása céljából. Például a cink szinte teljes egészében az ásványi sphaleritből származik, így a cink-olvasztó és -finomító ipar világszerte kifejlesztette ezen ásványi anyag speciális kezelését. Így a cink előállítása kifejezett költség előnye annak, hogy egyetlen szabványos technológiát alkalmaznak, és egy új cinkbánya kifejlesztése nagyrészt hagyományos eljárás.
A jelenlegi ásványi feldolgozási gyakorlat képes több ásványi fázis egymást követő elválasztására, de ez nem mindig költséghatékony. Ha az érdeklődésre számot tartó elemek két vagy több ásványi fázisban találhatók, amelyek mindegyike eltérő kitermelési technológiát igényel, az ásványi feldolgozás viszonylag költséges. Sok ritkaföldfémből származó lerakódás két vagy több ritkaföldfémet hordozó fázist tartalmaz. Ezért a ritkaföldfémek olyan lerakódásai, amelyekben a ritkaföldfémek nagyrészt egyetlen ásványi fázisban koncentrálódnak, versenyelőnyhöz jutnak.A mai napig a REE előállítása nagyrészt az egy-ásványi fázisú lerakódásokból származik, mint például a Bayan Obo (bastnasit), a Mountain Pass (bastnasit) és a nehéz ásványi anyagok helyettesítői (monazit).
Komplex ásványi feldolgozás
A ritkaföldfémeket hordozó ásványok, elválasztásuk után, 14 egyedi ritkaföldfémet tartalmaznak (lantanidok és ittrium), amelyeket tovább kell elválasztani és finomítani. A ritkaföldfémek kinyerésének és finomításának bonyolultságát a kaliforniai Mountain Pass bánya fémkohászati folyamatábrája szemlélteti (2. ábra). A kémiailag egyszerű vegyületek fém-szulfidokkal ellentétben a REE-hordozó ásványok meglehetősen összetettek. Az alapfém-szulfidércek, például a szfalerit (ZnS) tipikusan olvasztva vannak, hogy a ként elégetjék és a szennyeződéseket elkülönítsék az olvadt fémtől. A kapott fémet elektrolízissel tovább tisztítják közel tisztaságra. A ritkaföldfémeket viszont általában tucatnyi kémiai eljárással extrahálják és finomítják, hogy elválaszthassák a különféle ritkaföldfémeket és eltávolítsák a szennyeződéseket.
A REE-tartalmú ásványok fő káros szennyeződése a torium, amely nem kívánt radioaktivitást kölcsönöz az érceknek. Mivel a radioaktív anyagokat nehéz bányászni és biztonságosan kezelni, ezek erősen szabályozottak. Radioaktív hulladéktermék előállításakor speciális ártalmatlanítási módszereket kell alkalmazni. A radioaktív anyagok kezelésének és ártalmatlanításának költségei súlyos akadályt jelentenek a radioaktív anyagokban gazdagabb ásványi anyagokban gazdag ásványok, különösen a monazit, amely tipikusan jelentős mennyiségű tóriumot tartalmaz. Valójában a radioaktív ásványok felhasználására vonatkozó szigorúbb előírások kivezetése sok monazit forrást vezett ki a ritkaföldfémek piacáról az 1980-as években.
A ritkaföldfémek bonyolult kohászatát összekapcsolja az a tény, hogy nincs két REE érc valóban egyforma. Ennek eredményeként nincs szabványos eljárás a REE-tartalmú ásványok kinyerésére és finomításra értékesíthető ritkaföldfémekké. Egy új ritkaföldfémből származó bánya kifejlesztéséhez az érceket széles körben meg kell vizsgálni számos ismert extrakciós módszer és az optimalizált feldolgozási lépések egyedi sorozatának felhasználásával. Egy új cinkbányával összehasonlítva a ritkaföldfémekkel kapcsolatos folyamatok fejlesztése lényegesen több időt és pénzt igényel.