Vsebina
- Redki elementi Zemlje niso "redki"
- Redke koncentracije zemeljskih elementov
- Alkalne magnetne kamnine in magme
- Razvrstitev redkih zemeljskih rud
- Redki depoziti vložkov v zemljo
- Preostali redki nanosi zemlje
- Redki zemeljski elementi pri pegmatitih
- Druge vrste redkih zemeljskih nahajališč
- Predelava mineralov za izzive
- Kompleksna predelava mineralov
Zemljevid redkih zemeljskih elementov: Območja z redkimi zemeljskimi elementi v ZDA so večinoma na zahodu. Ta zemljevid prikazuje lokacijo možnih lokacij proizvodnje - povečaj zemljevid, da si ogledate vse lokacije.
Redki elementi Zemlje niso "redki"
Več geoloških vidikov naravnega pojavljanja elementov redkih zemelj močno vpliva na oskrbo s surovinami redkih zemeljskih elementov. Ti geološki dejavniki so predstavljeni kot izjave dejstev, ki jim sledi podrobna razprava.
Ocenjena povprečna koncentracija redkozemeljskih elementov v zemeljski skorji, ki se giblje od približno 150 do 220 delov na milijon (tabela 1), presega koncentracijo številnih drugih kovin, ki jih pridobivamo v industrijskem obsegu, kot je baker (55 delov na milijon) in cinka (70 delov na milijon). Za razliko od večine komercialno izkopanih baz in plemenitih kovin pa so redko zemeljski elementi redko koncentrirani v rudna nahajališča.
Redke koncentracije zemeljskih elementov
Glavne koncentracije redkozemeljskih elementov so povezane z občasnimi vrstami magnetnih kamnin, in sicer alkalnimi kamninami in karbonatiti. Potencialno koristne koncentracije mineralov, ki vsebujejo REE, najdemo tudi v nahajališčih, ki se nahajajo v ostankih, ostankih, ki nastanejo zaradi globokih vremenskih vplivov magnetnih kamnin, pegmatitov, nahajališč bakro-zlata iz železovega oksida in morskih fosfatov (tabela 2).
Tabela 1. Ocene številčnosti skorje redkih zemeljskih elementov.
Alkalne magnetne kamnine in magme
Alkalne magnetne kamnine nastanejo zaradi ohlajanja magm, ki nastanejo z majhnimi stopnjami delnega taljenja kamnin v plašču Zemlje. Tvorba alkalnih kamnin je zapletena in ni popolnoma razumljiva, vendar jo je mogoče obravnavati kot geološki postopek, ki pridobiva in koncentrira tiste elemente, ki ne ustrezajo strukturi navadnih kamnin, ki tvorijo kamnine.
Nastale alkalne magme so redke in nenavadno obogatene z elementi, kot so cirkonij, niobij, stroncij, barijev, litij in redko zemeljski elementi. Ko se te magme dvignejo v zemeljsko skorjo, se njihova kemična sestava podvrže nadaljnjim spremembam kot odziv na spremembe v tlaku, temperaturi in sestavi okoliških kamnin. Rezultat je presenetljiva raznolikost vrst kamnin, ki so spremenljivo obogatene z gospodarskimi elementi, vključno z redko zemeljskimi elementi. Tudi rudna nahajališča, povezana s temi kamninami, so zelo raznolika in jih je nerodno razvrstiti, saj lahko njihove značilnosti in redkost povzročijo klasifikacije, ki vsebujejo le enega ali nekaj znanih primerov.
Geološki zemljevid redkih zemeljskih elementov: Splošna geološka karta večine območja z redkimi zemeljskimi elementi Mountain Pass, južna Kalifornija. Prikazana je le reprezentativna manjšina od stotine šokkinitnih, sienitnih in karbonatitnih nasipov. Široko razširjeni andezitni in rolitični nasipi, mezozojske ali terciarne starosti, niso prikazani. Iz USGS Open-File Report 2005-1219. Povečaj zemljevid.
Razvrstitev redkih zemeljskih rud
Sporna je tudi razvrstitev rud, povezanih z alkalnimi kamninami. Tabela 2 prikazuje razmeroma enostavno razvrstitev, ki sledi analognim kategorijam za nahajališča, povezana z nealkalnimi magnetnimi kamninami. Nekatere bolj nenavadne alkalne kamnine, ki gostijo ali so z njimi povezane, so rude REE karbonatit in foskorit, magnetne kamnine, sestavljene predvsem iz karbonatnih in fosfatnih mineralov. Karbonatiti in zlasti foskoriti so relativno redki, saj je na svetu le 527 karbonatitov (Woolley in Kjarsgaard, 2008). Ekonomske koncentracije mineralov, ki vsebujejo REE, se pojavljajo v nekaterih alkalnih kamninah, skarnah in nanosih, ki nadomeščajo karbonate, povezane z alkalnimi vdori, žilami in nasipi, ki razrežejo alkalne magnetne komplekse in okoliške kamnine ter tla in druge vremenske vplive alkalnih kamnin.
Periodična tabela REE: Redki zemeljski elementi so 15 elementov serije lantanidov in itrij. Skandij najdemo v večini nahajališč redkih zemeljskih elementov in ga včasih uvrščamo med redke zemeljske prvine. Slika avtor.
Redki depoziti vložkov v zemljo
Vremevanje vseh vrst kamnin daje usedline, ki se odlagajo v najrazličnejših okoljih, kot so potoki in reke, obrežja, aluvialni ventilatorji in delte. Proces erozije koncentrira gostejše minerale, predvsem zlato, v nahajališča, znana kot posesalke. Glede na vir erozije se lahko koncentrirajo nekateri redki zemeljski elementi, ki vsebujejo minerale, kot sta monazit in ksenotime, skupaj z drugimi težkimi minerali.
Vir ne sme biti alkalna magnetna kamnina ali s tem povezano nahajališče redke zemlje. Številne običajne magnetne, metamorfne in še starejše sedimentne kamnine vsebujejo dovolj monazita, da nastane monazit, ki nosi placer. Kot rezultat, monazit skoraj vedno najdemo v katerem koli nahajališču. Vendar so tipi posod z največjo koncentracijo monazita običajno ilmenitsko težki mineralni posodi, ki so jih izkopali zaradi pigmentov titanovega oksida, in cassiteritna posoda, ki jih kopamo za kositer.
Redko zemeljsko nahajališče Iron Hill: Pogled proti železnici Iron Hill v okrožju Gunnison v Koloradu proti severozahodu. Iron Hill tvori masivna zaloga karbonatita, ki tvori središče alkalno vsiljivega kompleksa. V tem kompleksu je veliko mineralnih surovin, vključno s titanom, niobijem, redkozemeljskimi elementi in torijem. Slika ZDA.
Preostali redki nanosi zemlje
V tropskih okoljih so kamnine globoko obremenjene, tako da tvorijo edinstven profil tal, sestavljen iz lateita, zemlje, bogate z železom in aluminijem, debelimi več deset metrov. Postopki tvorbe tal običajno koncentrirajo težke rudnine kot ostanke, zaradi česar nastane sloj obogatene kovine nad spodnjim, nepokvarjenim dnom.
Kadar je redkobeško nahajališče izpostavljeno takšnim vremenskim vplivom, ga je mogoče obogatiti z redko zemeljskimi elementi v koncentracijah gospodarskega pomena. Posebna vrsta nahajališča REE, vrsta ionskega absorpcije, nastane z izlivanjem redkozemeljskih elementov iz na videz običajnih magnetnih kamnin in pritrditvijo elementov na gline v tleh. Ta nahajališča so znana le na južnem Kitajskem in v Kazahstanu, njihovo nastajanje pa je slabo razumljeno.
Redki zemeljski elementi pri pegmatitih
Med pegmatiti spada skupina zelo grobozrnatih intruzivnih magnetnih kamnin, družina niobij-itrij-fluor, veliko število podtipov, oblikovanih v različnih geoloških okoljih. Ti podtipi so po sestavi granitni in jih običajno najdemo od obrobnih do velikih granitnih vdorov. Na splošno pa so redki zemeljski elementi, ki vsebujejo pegmatite, majhni in so gospodarski pomembni samo za zbiralce mineralov.
Druge vrste redkih zemeljskih nahajališč
Bakreno-zlato nahajališče železovega oksida je bilo prepoznano kot posebna vrsta nahajališča šele od odkritja velikanskega nahajališča Olimpijski jez v Južni Avstraliji v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Deponsko olimpijsko jezero je nenavadno, saj vsebuje velike količine redkih zemeljskih elementov in urana. Ekonomske metode za pridobivanje redkozemeljskih elementov iz teh nahajališč še niso našli. Po svetu je bilo ugotovljenih še veliko drugih tovrstnih nahajališč, vendar na splošno primanjkuje informacij o vsebnosti njihovih redkih zemeljskih elementov. V nadomestnih nahajališčih magnetit-apatita so bile ugotovljene tudi sledi redkozemeljskih elementov.
Kraški boksiti, tla bogata z aluminijem, ki se kopičijo v kavernoznem apnencu (pod kraško topografijo) v Črni gori in drugod, so obogateni z redko zemeljskimi elementi, vendar nastale koncentracije niso gospodarsko pomembne (Maksimovic in Pantó, 1996). Enako lahko rečemo za morska fosfatna nahajališča, ki lahko vsebujejo kar 0,1 odstotka REE oksidov (Altschuler in drugi, 1966). Rezultat tega je bila predelava redkih zemeljskih elementov kot stranskega proizvoda proizvodnje fosfatnih gnojil.
Predelava mineralov za izzive
V številnih nahajališčih baz in plemenitih kovin so pridobljene kovine visoko koncentrirane v eni mineralni fazi, na primer baker v halkopiritu (CuFeS2) ali cink v sfaleritu (ZnS). Ločitev ene same mineralne faze od kamnine je relativno lahka naloga. Končni produkt je koncentrat, ki ga običajno pošljemo v talilnico za končno ekstrakcijo in rafiniranje kovin. Cink, na primer, skoraj v celoti izvira iz mineralnega sfalerita, tako da je svetovna industrija taljenja in rafiniranja cinka razvila visoko specializirano zdravljenje tega minerala. Tako ima proizvodnja cinka izrazito stroškovno prednost, ker se uporablja enotna standardna tehnologija, razvoj novega rudnika cinka pa je večinoma konvencionalen postopek.
Trenutna praksa predelave mineralov lahko zaporedno loči več mineralnih faz, vendar to ni vedno stroškovno učinkovito. Ko se v dveh ali več mineralnih fazah najdejo elementi, ki zahtevajo drugačno tehnologijo ekstrakcije, je predelava mineralov relativno draga. Številna nahajališča redkih zemeljskih elementov vsebujejo dve ali več faz, ki nosijo redke zemeljske elemente. Zato imajo redki zemeljski elementi, v katerih so redkozemeljski elementi večinoma koncentrirani v eni sami mineralni fazi, konkurenčno prednost.Do danes je proizvodnja REE v veliki meri izhajala iz enofaznih nahajališč, kot so Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) in težko-mineralna gnojila (monazit).
Kompleksna predelava mineralov
Ko se enkrat ločijo minerali, ki vsebujejo redke zemeljske elemente, vsebujejo kar 14 posameznih redkih zemeljskih elementov (lantanidi in itrij), ki jih je treba še naprej ločevati in rafinirati. Kompleksnost pridobivanja in rafiniranja redkozemeljskih elementov prikazuje metalurški pretočni list za rudnik Mountain Pass v Kaliforniji (slika 2). Za razliko od kovinskih sulfidov, ki so kemično preproste spojine, so minerali, ki vsebujejo REE, precej zapleteni. Rude iz navadnih kovin, kot so sfalerit (ZnS), navadno talijo, da izgorevajo žveplo in ločijo nečistoče iz staljene kovine. Tako dobljeno kovino z elektrolizo dodatno rafiniramo do skoraj čistosti. Redki zemeljski elementi se po navadi ekstrahirajo in rafinirajo z več desetimi kemijskimi postopki za ločevanje različnih redkih zemeljskih elementov in odstranjevanje nečistoč.
Glavna škodljiva nečistoča rudnin, ki vsebujejo REE, je torij, ki daje rudi neželeno radioaktivnost. Ker je radioaktivne materiale težko rudariti in varno ravnati, so močno regulirani. Ko nastane radioaktivni odpadni proizvod, je treba uporabiti posebne metode odstranjevanja. Stroški ravnanja in odlaganja radioaktivnih snovi resno ovirajo gospodarsko pridobivanje bolj radioaktivnih mineralov, bogatih z REE, zlasti monazita, ki običajno vsebuje veliko količin torija. V resnici je uvedba strožjih predpisov o uporabi radioaktivnih mineralov v osemdesetih letih izvirala iz mnogih virov monazita s trga redkih zemeljskih elementov.
Kompleksno metalurgijo redkozemeljskih elementov še dodatno dopolnjuje dejstvo, da nobeni dve rudi REE nista resnično podobni. Zato ni standardnega postopka za pridobivanje mineralov, ki vsebujejo REE, in njihovo prečiščevanje v tržno redke zemeljske spojine. Za razvoj novih rudninskih elementov rudnik je treba rude temeljito preskusiti z različnimi znanimi metodami pridobivanja in edinstvenim zaporedjem optimiziranih korakov obdelave. V primerjavi z novim rudnikom cinka proces razvoja redkih zemeljskih elementov stane bistveno več časa in denarja.