Περιεχόμενο
- Στοιχεία σπάνιων γαιών δεν είναι "σπάνια"
- Συγκέντρωση στοιχείων σπάνιων γαιών
- Αλκαλικές Igneous Rocks και Magmas
- Ταξινόμηση σπανίων γαιών
- Καταθέσεις σπανίων γαιών
- Υπολειμματικές καταθέσεις σπανίων γαιών
- Στοιχεία σπάνιων γαιών σε Pegmatites
- Άλλοι τύποι κατάθεσης σπανίων γαιών
- Επεξεργασία Ορυκτών για Προκλήσεις
- Σύνθετη Μεταποίηση Ορυκτών
Χάρτης στοιχείων σπάνιων γαιών: Οι περιοχές σπάνιων γαιών στις Ηνωμένες Πολιτείες βρίσκονται κυρίως στα δυτικά. Αυτός ο χάρτης δείχνει τη θέση των πιθανών τοποθεσιών παραγωγής - μεγεθύνετε τον χάρτη για να δείτε όλες τις τοποθεσίες.
Στοιχεία σπάνιων γαιών δεν είναι "σπάνια"
Αρκετές γεωλογικές πτυχές της φυσικής εμφάνισης των στοιχείων σπάνιων γαιών επηρεάζουν έντονα την προσφορά πρώτων υλών στοιχείων σπάνιων γαιών. Αυτοί οι γεωλογικοί παράγοντες παρουσιάζονται ως δηλώσεις γεγονότων που ακολουθούνται από λεπτομερή συζήτηση.
Η εκτιμώμενη μέση συγκέντρωση των στοιχείων σπανίων γαιών στη γήινη φλούδα, η οποία κυμαίνεται από περίπου 150 έως 220 μέρη ανά εκατομμύριο (πίνακας 1), υπερβαίνει εκείνη πολλών άλλων μετάλλων που εξορύσσονται σε βιομηχανική κλίμακα, όπως ο χαλκός (55 μέρη ανά εκατ. ευρώ) και ψευδάργυρο (70 μέρη ανά εκατομμύριο). Σε αντίθεση με τις περισσότερες εμπορικά εκλεπτυσμένες βάσεις και πολύτιμα μέταλλα, ωστόσο, τα στοιχεία σπανίων γαιών σπάνια συγκεντρώνονται σε αποθέσεις μεταλλευμάτων.
Συγκέντρωση στοιχείων σπάνιων γαιών
Οι κύριες συγκεντρώσεις στοιχείων σπανίων γαιών συνδέονται με ασυνήθιστες ποικιλίες πυριγενών πετρωμάτων, δηλαδή αλκαλικών πετρωμάτων και ανθρακικών αλάτων. Πιθανώς χρήσιμες συγκεντρώσεις ορυκτών που φέρουν REE βρίσκονται επίσης σε εναπομείναντα κοιτάσματα, υπολειμματικές αποθέσεις που σχηματίζονται από βαθιές καιρικές συνθήκες από πυριγενή πετρώματα, πεγκματίτες, αποθέσεις χαλκού-χρυσού οξειδίου σιδήρου και θαλάσσια φωσφορικά άλατα (Πίνακας 2).
Τραπέζι 1. Εκτιμήσεις των μαζικών αφθονιών των στοιχείων σπανίων γαιών.
Αλκαλικές Igneous Rocks και Magmas
Τα αλκαλικά πυριγενή πετρώματα σχηματίζονται από την ψύξη των μαγματωμάτων που προέρχονται από μικρούς βαθμούς μερικής τήξης βράχων στο μανδύα της Γης. Ο σχηματισμός αλκαλικών πετρωμάτων είναι περίπλοκος και δεν είναι πλήρως κατανοητός αλλά μπορεί να θεωρηθεί ως μια γεωλογική διαδικασία που εκχυλίζει και συγκεντρώνει εκείνα τα στοιχεία που δεν ταιριάζουν στη δομή των κοινών ορυκτών που σχηματίζουν πετρώματα.
Τα αλκαλικά μαγμά που προκύπτουν είναι σπάνια και ασυνήθιστα εμπλουτισμένα σε στοιχεία όπως το ζιρκόνιο, το νιόβιο, το στροντίου, το βάριο, το λίθιο και τα στοιχεία σπανίων γαιών. Όταν αυτά τα μάγματα ανεβαίνουν στη γήινη φλούδα, η χημική τους σύνθεση υφίσταται περαιτέρω αλλαγές, ανταποκρινόμενη στις μεταβολές της πίεσης, της θερμοκρασίας και της σύνθεσης των γύρω βράχων. Το αποτέλεσμα είναι μια εκπληκτική ποικιλία τύπων βράχων που είναι μεταβλητά εμπλουτισμένα σε οικονομικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένων των στοιχείων σπάνιων γαιών. Οι ορυκτές κοιλότητες που συνδέονται με αυτά τα πετρώματα είναι επίσης πολύ διαφορετικές και αμήχανες για να ταξινομηθούν, καθώς τα χαρακτηριστικά χαρακτηριστικά αυτών των κοιλοτήτων και η σπανιότητά τους μπορούν να οδηγήσουν σε ταξινομήσεις που έχουν μόνο ένα ή λίγα γνωστά παραδείγματα.
Γεωλογικός χάρτης στοιχείων σπάνιας γης: Γενικευμένος γεωλογικός χάρτης των περισσοτέρων περιοχών της περιοχής των σπάνιων γαιών του Mountain Pass, στη νότια Καλιφόρνια. Μόνο μια αντιπροσωπευτική μειονότητα των εκατοντάδων δονητών σονκινίτη, συενίτη και καρβανατίτη παρουσιάζονται. Οι εκτεταμένες ανδεσιτικές και ριολιθικές διχές, της Μεσοζωικής ή της Τριτογενούς ηλικίας, δεν παρουσιάζονται. Από την αναφορά ανοιχτού αρχείου USGS 2005-1219. Μεγέθυνση χάρτη.
Ταξινόμηση σπανίων γαιών
Η ταξινόμηση των μεταλλευμάτων που σχετίζονται με αλκαλικά πετρώματα είναι επίσης αμφιλεγόμενη. Ο Πίνακας 2 παρουσιάζει μια σχετικά απλή ταξινόμηση που ακολουθεί ανάλογες κατηγορίες για καταθέσεις που σχετίζονται με μη αλκαλικά πυριγενή πετρώματα. Μερικά από τα πιο ασυνήθιστα αλκαλικά πετρώματα που φιλοξενούν ή σχετίζονται με μεταλλεύματα REE είναι ανθρακικά και φωσφορώδη, πυριγενή πετρώματα που αποτελούνται κυρίως από ανθρακικά και φωσφορικά άλατα, αντίστοιχα. Οι ανθρακικά, και ιδιαίτερα οι φωσφορίτες, είναι σχετικά ασυνήθιστοι, καθώς υπάρχουν μόνο 527 γνωστοί καρβονίτες στον κόσμο (Woolley and Kjarsgaard, 2008). Οι οικονομικές συγκεντρώσεις ορυκτών που φέρουν REE εμφανίζονται σε μερικά αλκαλικά πετρώματα, σκάρνια και εναποθέσεις ανθρακικού άλατος που συνδέονται με αλκαλικές εισβολές, φλέβες και αναχώματα που κόβουν αλκαλικά πυριτικά σύμπλοκα και περιβάλλοντα πετρώματα και εδάφη και άλλα προϊόντα που προκαλούν αλλοίωση των αλκαλικών πετρωμάτων.
REE Περιοδικός Πίνακας: Τα στοιχεία σπάνιων γαιών είναι τα στοιχεία σειράς 15 λανθανιδών, συν το ύττριο. Το σκάνδιο βρίσκεται στις περισσότερες καταθέσεις στοιχείων σπανίων γαιών και μερικές φορές ταξινομείται ως στοιχείο σπάνιων γαιών. Εικόνα από.
Καταθέσεις σπανίων γαιών
Ο καιρός όλων των τύπων βράχων αποδίδει ιζήματα που εναποτίθενται σε μια ευρεία ποικιλία περιβαλλόντων, όπως ρέματα και ποτάμια, ακτογραμμές, αλλουβιακοί ανεμιστήρες και δέλτα. Η διαδικασία της διάβρωσης συγκεντρώνει πυκνότερα ανόργανα στοιχεία, κυρίως χρυσό, σε αποθέσεις γνωστές ως πλακίδια. Ανάλογα με την πηγή των προϊόντων διάβρωσης, ορισμένα ορυκτά που φέρουν στοιχεία σπάνιων γαιών, όπως το monazite και το xenotime, μπορούν να συγκεντρωθούν μαζί με άλλα βαριά μέταλλα.
Η πηγή δεν χρειάζεται να είναι αλκαλικό πυριγενές βράχο ή σχετική εναπόθεση σπανίων γαιών. Πολλοί κοινά πυριγενείς, μεταμορφωμένοι και ακόμη και παλαιότεροι ιζηματογενείς βράχοι περιέχουν αρκετό μονοζώδες για να παράγουν έναν μολυσμένο φορέα. Ως αποτέλεσμα, το monazite σχεδόν πάντα βρίσκεται σε οποιαδήποτε κατάθεση placer. Εν τούτοις, οι τύποι πλακών με τις μεγαλύτερες συγκεντρώσεις μοναζικού είναι τυπικά ιμαντοειδείς μεταλλικοί πλακούντες, οι οποίοι εξορύσσονται για χρωστικές οξειδίου του τιτανίου και κασσιτερίτες, οι οποίοι εξορύσσονται για κασσίτερο.
Iron Depot σπάνια γη: Βορειοδυτική όψη του Iron Hill, Gunnison County, Κολοράντο. Το Iron Hill σχηματίζεται από ένα τεράστιο απόθεμα ανθρακικών που σχηματίζει το κέντρο ενός αλκαλικού παρεμβατικού συμπλέγματος. Αυτό το συγκρότημα φιλοξενεί πολλούς ορυκτούς πόρους, όπως το τιτάνιο, το νιόβιο, τα στοιχεία σπανίων γαιών και το θόριο. Εικόνα USGS.
Υπολειμματικές καταθέσεις σπανίων γαιών
Σε τροπικά περιβάλλοντα, οι βράχοι είναι βαθιά ξεθωριασμένοι για να σχηματίσουν ένα μοναδικό εδαφικό προφίλ αποτελούμενο από λατέρι, έδαφος πλούσιο σε σίδηρο και αλουμίνιο, πάχους πολλών δεκάδων μέτρων. Οι διεργασίες σχηματισμού εδάφους συνήθως συγκεντρώνουν τα βαριά μέταλλα ως εναπομένοντα αποθέματα, με αποτέλεσμα ένα στρώμα εμπλουτισμένου μετάλλου πάνω από το υποκείμενο, ανεξερεύνητο υπόστρωμα.
Όταν ένα απόθεμα σπάνιων γαιών υφίσταται τέτοιες καιρικές συνθήκες, μπορεί να εμπλουτιστεί σε στοιχεία σπάνιων γαιών σε συγκεντρώσεις οικονομικού ενδιαφέροντος. Ένας ιδιαίτερος τύπος αποθέματος REE, ο τύπος απορρόφησης ιόντων, σχηματίζεται από την έκπλυση στοιχείων σπάνιων γαιών από φαινομενικά κοινά πυριγενή πετρώματα και τη στερέωση των στοιχείων σε αργίλους στο έδαφος. Αυτές οι καταθέσεις είναι γνωστές μόνο στη νότια Κίνα και στο Καζακστάν και ο σχηματισμός τους είναι ελάχιστα κατανοητός.
Στοιχεία σπάνιων γαιών σε Pegmatites
Μεταξύ των πεγκματιδίων, μια ομάδα από πολύ χονδρόκοκκους διεισδυτικούς πυριγενείς βράχους, η οικογένεια νιοβίου-υττρίου-φθορίου, περιλαμβάνει ένα μεγάλο αριθμό υποτύπων που σχηματίζονται σε διαφορετικά γεωλογικά περιβάλλοντα. Αυτοί οι υποτύποι είναι γρανιτικοί ως προς τη σύνθεση και συνήθως βρίσκονται περιφερειακά έως μεγάλες γρανιτικές εισβολές. Σε γενικές γραμμές, ωστόσο, τα στοιχεία σπάνιων γαιών που φέρουν πεγκματίτες είναι γενικά μικρά και είναι οικονομικού ενδιαφέροντος μόνο για συλλέκτες ορυκτών.
Άλλοι τύποι κατάθεσης σπανίων γαιών
Η κατάθεση χαλκού-χρυσού τύπου οξειδίου του σιδήρου αναγνωρίστηκε ως ξεχωριστός τύπος κατάθεσης μόνο από την ανακάλυψη της γιγαντιαίας κατάθεσης των Ολυμπιακών φραγμάτων στη Νότια Αυστραλία τη δεκαετία του 1980. Η εναπόθεση του Ολυμπιακού Φράγματος είναι ασυνήθιστη, καθώς περιέχει μεγάλες ποσότητες στοιχείων σπανίων γαιών και ουρανίου. Δεν έχει βρεθεί ακόμη οικονομική μέθοδος για την ανάκτηση στοιχείων σπανίων γαιών από αυτές τις καταθέσεις. Πολλές άλλες καταθέσεις αυτού του τύπου έχουν αναγνωριστεί σε όλο τον κόσμο, αλλά γενικά δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με το περιεχόμενο των σπάνιων στοιχείων τους. Παρατηρούμενες ποσότητες στοιχείων σπανίων γαιών έχουν επίσης ταυτοποιηθεί σε εναποθέσεις αντικατάστασης μαγνητίτη-απατίτη.
Οι βωξίτες του καρστ, τα πλούσια σε αλουμίνιο εδάφη που συσσωρεύονται σε σπηλαιώδη ασβεστόλιθο (υποκείμενη καρστική τοπογραφία) στο Μαυροβούνιο και αλλού, εμπλουτίζονται σε στοιχεία σπάνιων γαιών, αλλά οι συγκεντρώσεις που προκύπτουν δεν παρουσιάζουν οικονομικό ενδιαφέρον. (Maksimovic and Pantó, 1996). Το ίδιο μπορεί να λεχθεί και για τις θαλάσσιες αποθέσεις φωσφορικών αλάτων, οι οποίες μπορούν να περιέχουν έως και 0,1% REE οξείδια (Altschuler και άλλοι, 1966). Ως αποτέλεσμα, έχει διερευνηθεί η ανάκτηση στοιχείων σπανίων γαιών ως παραπροϊόν της παραγωγής φωσφορικών λιπασμάτων.
Επεξεργασία Ορυκτών για Προκλήσεις
Σε πολλές εναποθέσεις βάσεων και πολύτιμων μετάλλων, τα εκχυλισμένα μέταλλα είναι ιδιαίτερα συμπυκνωμένα σε μια απλή μεταλλική φάση, όπως ο χαλκός σε χαλκοπυρίτη (CuFeS2) ή ο ψευδάργυρος σε σαλλερίτη (ZnS). Ο διαχωρισμός μιας μεμονωμένης ορυκτής φάσης από το βράχο είναι ένα σχετικά εύκολο έργο. Το τελικό προϊόν είναι ένα συμπύκνωμα που τυπικά αποστέλλεται σε ένα μεταλλουργείο για τελική εκχύλιση και εξευγενισμό των μετάλλων. Ο ψευδάργυρος, για παράδειγμα, προέρχεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από τον μεταλλικό σαλλερίτη, έτσι ώστε η παγκόσμια βιομηχανία τήξης και ραφιναρίσματος ψευδαργύρου να έχει αναπτύξει μια εξειδικευμένη επεξεργασία αυτού του μεταλλεύματος. Συνεπώς, η παραγωγή ψευδαργύρου έχει ένα έντονο πλεονέκτημα ως προς το κόστος, δεδομένου ότι χρησιμοποιείται μια ενιαία τυποποιημένη τεχνολογία και η ανάπτυξη ενός νέου ορυχείου ψευδαργύρου είναι μια κατά κανόνα συμβατική διαδικασία.
Η τρέχουσα πρακτική επεξεργασίας ορυκτών είναι ικανή για διαδοχικό διαχωρισμό των πολλαπλών ορυκτών φάσεων, αλλά δεν είναι πάντοτε οικονομικά αποδοτικό να γίνει αυτό. Όταν τα στοιχεία ενδιαφέροντος βρίσκονται σε δύο ή περισσότερες ορυκτές φάσεις, εκάστη των οποίων απαιτεί διαφορετική τεχνολογία εξαγωγής, η επεξεργασία ορυκτών είναι σχετικά δαπανηρή. Πολλές αποθέσεις σπανίων γαιών περιέχουν δύο ή περισσότερες φάσεις φαινομένων σπανίων γαιών. Επομένως, τα στοιχεία των σπανίων γαιών, στα οποία τα στοιχεία σπανίων γαιών συγκεντρώνονται σε μεγάλο βαθμό σε μια μεμονωμένη μεταλλική φάση, έχουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα.Μέχρι σήμερα, η παραγωγή REE προέρχεται κατά ένα μεγάλο μέρος από εναποθέσεις μίας ορυκτής φάσης, όπως το Bayan Obo (βαστανίτης), το Mountain Pass (βασνασίτης) και οι βαριές μεταλλικές πλάκες (monazite).
Σύνθετη Μεταποίηση Ορυκτών
Τα ορυκτά που φέρουν στοιχεία σπανίων γαιών, αφού διαχωριστούν, περιέχουν έως και 14 ξεχωριστά στοιχεία σπάνιων γαιών (λανθανίδες και ύττριο) που πρέπει να διαχωριστούν και να καθαριστούν περαιτέρω. Η πολυπλοκότητα της εξόρυξης και εξευγενισμού στοιχείων σπανίων γαιών απεικονίζεται από ένα μεταλλουργικό φύλλο ροής για το ορυχείο Mountain Pass στην Καλιφόρνια (εικ. 2). Σε αντίθεση με τα σουλφίδια μετάλλων, τα οποία είναι χημικά απλές ενώσεις, τα ορυκτά που φέρουν REE είναι αρκετά περίπλοκα. Τα μεταλλεύματα θειούχων βασικών μετάλλων, όπως ο σπαλερίτης (ZnS), τυπικά τήχθηκαν για να καούν θείο και ξεχωριστές προσμίξεις από το τηγμένο μέταλλο. Το προκύπτον μέταλλο περαιτέρω εξευγενίζεται σε σχεδόν καθαρότητα με ηλεκτρόλυση. Τα στοιχεία σπανίων γαιών, από την άλλη πλευρά, εξάγονται και εξευγενίζονται συνήθως μέσω δεκάδων χημικών διεργασιών για τον διαχωρισμό των διαφόρων στοιχείων σπανίων γαιών και την απομάκρυνση ακαθαρσιών.
Η κύρια επιβλαβής πρόσμειξη στα ορυκτά που φέρουν REE είναι το θόριο, το οποίο προσδίδει ανεπιθύμητη ραδιενέργεια στα μεταλλεύματα. Επειδή τα ραδιενεργά υλικά είναι δύσκολο να μεταχειριστούν και να χειριστούν με ασφάλεια, είναι βαριά ρυθμισμένα. Όταν παράγεται προϊόν ραδιενεργών αποβλήτων, πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικές μέθοδοι διάθεσης. Το κόστος του χειρισμού και της διάθεσης ραδιενεργών υλικών αποτελεί σοβαρό εμπόδιο στην οικονομική εξαγωγή των πιο ραδιενεργών ορυκτών που είναι πλούσιες σε REE, ιδιαίτερα του monazite, που συνήθως περιέχει σημαντικές ποσότητες θορίου. Στην πραγματικότητα, η επιβολή αυστηρότερων κανονισμών σχετικά με τη χρήση ραδιενεργών ορυκτών οδήγησε πολλές πηγές monazite από την αγορά στοιχείων σπάνιων γαιών κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1980.
Η πολύπλοκη μεταλλουργία στοιχείων σπανίων γαιών εντείνεται από το γεγονός ότι δεν υπάρχουν δύο όμοια μεταλλεύματα REE. Ως αποτέλεσμα, δεν υπάρχει καμία τυποποιημένη διαδικασία για την εξαγωγή των ορυκτών που φέρουν REE και τη διύλιση αυτών σε εμπορεύσιμες ενώσεις σπανίων γαιών. Για να αναπτυχθεί ένα νέο ορυχείο στοιχείων σπανίων γαιών, τα μεταλλεύματα πρέπει να δοκιμαστούν εκτενώς χρησιμοποιώντας μια ποικιλία γνωστών μεθόδων εξαγωγής και μια μοναδική σειρά βελτιστοποιημένων βημάτων επεξεργασίας. Σε σύγκριση με ένα νέο ορυχείο ψευδαργύρου, η ανάπτυξη διαδικασιών για στοιχεία σπάνιων γαιών κοστίζει σημαντικά περισσότερο χρόνο και χρήμα.