Innehåll
- Sällsynta jordelement är inte "sällsynta"
- Sällsynta jordelementkoncentrationer
- Alkaliska antigentiska stenar och magmas
- Rare Earth Ore Classification
- Sällsynta jordplaceringsinsättningar
- Restsällsynta jorduppsättningar
- Sällsynta jordelement i Pegmatites
- Andra typer av sällsynta jordar
- Mineralbehandling för utmaningar
- Komplex mineralbehandling
Rare earth element map: Sällsynta jordelementdistrikt i USA finns huvudsakligen i väster. Denna karta visar platsen för potentiella produktionsplatser - förstora kartan för att se alla platserna.
Sällsynta jordelement är inte "sällsynta"
Flera geologiska aspekter av den naturliga förekomsten av sällsynta jordartselement påverkar starkt utbudet av råvaror med sällsynta jordartsmetaller. Dessa geologiska faktorer presenteras som uttalanden av fakta följt av en detaljerad diskussion.
Den uppskattade genomsnittliga koncentrationen av de sällsynta jordelementen i jordskorpan, som sträcker sig från cirka 150 till 220 delar per miljon (tabell 1), överstiger den för många andra metaller som bryts i industriell skala, till exempel koppar (55 delar per miljoner) och zink (70 delar per miljon). Till skillnad från de flesta kommersiellt utvinnna bas- och ädelmetaller koncentreras emellertid sällsynta jordartselement sällan till malbara malmavlagringar.
Sällsynta jordelementkoncentrationer
De huvudsakliga koncentrationerna av sällsynta jordartselement är förknippade med ovanliga varianter av tarmar, nämligen alkaliska bergarter och karbonatiter. Potentiellt användbara koncentrationer av REE-bärande mineraler återfinns också i placeravlagringar, restavlagringar som bildas av djup förvitring av stollar, pegmatiter, järnoxid koppar-guldavlagringar och marina fosfater (tabell 2).
Bord 1. Uppskattningar av jordens överflöd av sällsynta jordelement.
Alkaliska antigentiska stenar och magmas
Alkaliska stolliga bergarter bildas från kylning av magmas härledda genom små grader av partiell smältning av stenar i jordens mantel. Bildningen av alkaliska bergarter är komplex och inte helt förstås men kan tänkas vara en geologisk process som extraherar och koncentrerar de element som inte passar in i strukturen för de vanliga bergbildande mineralerna.
De resulterande alkaliska magmasna är sällsynta och ovanligt berikade i element som zirkonium, niob, strontium, barium, litium och de sällsynta jordelementen. När dessa magmas stiger upp i jordskorpan genomgår deras kemiska sammansättning ytterligare förändringar som svar på variationer i tryck, temperatur och sammansättning av omgivande bergarter. Resultatet är en häpnadsväckande mångfald av bergarter som varierat berikas i ekonomiska element, inklusive de sällsynta jordelementen. Mineralavlagringarna som är förknippade med dessa bergarter är också ganska olika och besvärliga att klassificera, i och med att de särdragen hos dessa avlagringar och deras sällsynthet kan resultera i klassificeringar som endast har ett eller några få kända exempel.
Geologisk karta för sällsynta jordelement: Generaliserad geologisk karta över större delen av Mountain Pass-sällsynta jordelementdistrikt, södra Kalifornien. Endast en representativ minoritet av de hundratals diken shonkinite, syenite och carbonatite visas. Utbredda andesitiska och rolitiska diker, från mesozoisk eller tertiär ålder, visas inte. Från USGS Open-File Report 2005-1219. Förstora karta.
Rare Earth Ore Classification
Klassificering av malmer relaterade till alkaliska bergarter är också kontroversiella. Tabell 2 presenterar en relativt enkel klassificering som följer analoga kategorier för avlagringar relaterade till icke-alkaliska stavar. Några av de mer ovanliga alkaliska bergarter som är värd för eller är relaterade till REE-malmer är karbonatit och foskorit, stollformiga bergarter som huvudsakligen består av karbonat- och fosfatmineraler. Karbonatiter, och speciellt foskoriter, är relativt ovanliga, eftersom det endast finns 527 kända karbonatiter i världen (Woolley och Kjarsgaard, 2008). Ekonomiska koncentrationer av REE-bärande mineraler förekommer i vissa alkaliska bergarter, hudar och karbonatersättningsavlagringar som är förknippade med alkaliska intrång, vener och diker som skär alkaliska stavliga komplex och omgivande bergarter, och jordar och andra väderprodukter av alkaliska bergarter.
REE periodisk tabell: De sällsynta jordelementen är de 15 lanthanid-seriens element, plus yttrium. Scandium finns i de flesta sällsynta jordelementelement och klassificeras ibland som ett sällsynt jordelement. Bild av.
Sällsynta jordplaceringsinsättningar
Väderträning av alla typer av stenar ger sediment som deponeras i en mängd olika miljöer, som bäckar och floder, strandlinjer, alluviala fans och deltor. Erosionsprocessen koncentrerar tätare mineraler, särskilt guld, till avlagringar som kallas placers. Beroende på erosionsprodukternas källa, kan vissa mineraler med sällsynta jordelement, som monazit och xenotime, koncentreras tillsammans med andra tunga mineraler.
Källan behöver inte vara ett alkaliskt stollar eller en besläktad sällsynt jordartsavlagring. Många vanliga stollande, metamorfa och till och med äldre sedimentära bergarter innehåller tillräckligt med monazit för att producera en monazitbärande placer. Som ett resultat finns monazit nästan alltid i varje placeringsavlagring. Emellertid är de typer av placers med de största koncentrationerna av monazit vanligtvis ilmenit-tunga mineralplaceringar, som har bryts ut för titanoxidpigment, och kassiterit-placers, som bryts för tenn.
Iron Hill sällsynta jordfyndighet: Nordväst vänd utsikt över Iron Hill, Gunnison County, Colorado. Iron Hill bildas av ett massivt karbonatitbestånd som utgör centrum för ett alkaliskt påträngande komplex. Detta komplex är värd för många mineralresurser, inklusive titan, niob, sällsynta jordartselement och thorium. USGS-bild.
Restsällsynta jorduppsättningar
I tropiska miljöer är klipporna djupt väderbitna för att bilda en unik markprofil bestående av laterit, en järn- och aluminiumrik jord, så mycket som många tiotals meter tjock. Processerna för markbildning koncentrerar vanligtvis tunga mineraler som restavlagringar, vilket resulterar i ett anrikat metallskikt över den underliggande, ofjäder berggrunden.
När en sällsynt jordartsfyndighet genomgår sådan väderbitning kan den berikas med sällsynta jordartselement i koncentrationer av ekonomiskt intresse. En speciell typ av REE-avlagring, jonabsorptionstypen, bildas genom utlakning av sällsynta jordartselement från till synes vanliga stollar och fixerar elementen på leror i jord. Dessa insättningar är bara kända i södra Kina och Kazakstan och deras bildning är dåligt förstått.
Sällsynta jordelement i Pegmatites
Bland pegmatiterna innefattar en grupp mycket grovkorniga påträngande stavar, familjen niobium-yttrium-fluor, ett stort antal undertyper som bildas i olika geologiska miljöer. Dessa subtyper är granitiska i komposition och förekommer vanligtvis perifera till stora granitiska intrång. I allmänhet är emellertid pegmatiter med sällsynta jordelement i allmänhet små och är av ekonomiskt intresse endast för mineralsamlare.
Andra typer av sällsynta jordar
Insättningen av järnoxid av koppar-guld har erkänts som en distinkt deponeringstyp först efter upptäckten av den jättefyndiga Olympic Dam-insättningen i South Australia på 1980-talet. Oljedamavlagringen är ovanlig eftersom den innehåller stora mängder sällsynta jordartselement och uran. En ekonomisk metod för att utvinna sällsynta jordartselement från dessa insättningar har ännu inte hittats. Många andra avlagringar av denna typ har identifierats över hela världen, men information om deras sällsynta jordartselementinnehåll saknas i allmänhet. Spårmängder av sällsynta jordartselement har också identifierats i magnetit-apatitutbyten.
Karstbauxiter, aluminiumrika jordar som samlas i kavernös kalksten (underliggande karsttopografi) i Montenegro och på andra håll, berikas med sällsynta jordartsmetaller, men de resulterande koncentrationerna är inte av ekonomiskt intresse (Maksimovic och Pantó, 1996). Detsamma kan sägas för marina fosfatavlagringar, som kan innehålla så många som 0,1 procent REE-oxider (Altschuler m.fl., 1966). Som ett resultat har utvinning av sällsynta jordartsmetaller som en biprodukt av fosfatgödselstillverkning undersökts.
Mineralbehandling för utmaningar
I många bas- och ädelmetallavlagringar är de extraherade metallerna mycket koncentrerade i en enda mineralfas, såsom koppar i chalcopyrite (CuFeS2) eller zink i sfalerit (ZnS). Separation av en enda mineralfas från berg är en relativt enkel uppgift. Den slutliga produkten är ett koncentrat som vanligtvis skickas till ett smältverk för slutlig extraktion och raffinering av metallerna. Zink är till exempel nästan helt härrörande från mineralen spalerit, så att den globala zinksmältnings- och raffineringsindustrin har utvecklat en mycket specialiserad behandling av detta mineral. Produktion av zink har således en uttalad kostnadsfördel genom att en enda standardteknologi används, och utvecklingen av en ny zinkgruva är en i stort sett konventionell process.
Nuvarande mineralbearbetningspraxis kan sekventiell separering av flera mineralfaser men det är inte alltid kostnadseffektivt att göra det. När element av intresse hittas i två eller flera mineralfaser, som var och en kräver en annan extraktionsteknologi, är mineralbearbetning relativt kostsamt. Många avlagringar av sällsynta jordartselement innehåller två eller flera faser med sällsynta jordartselement. Därför har sällsynta jordelementelement i vilka de sällsynta jordartselementen till stor del är koncentrerade i en enda mineralfas en konkurrensfördel.Hittills har REE-produktionen i stor utsträckning kommit från enskilda mineralfasavlagringar, såsom Bayan Obo (bastnasit), Mountain Pass (bastnasit) och tungmineraliska placers (monazit).
Komplex mineralbehandling
Sällsynta jordelementbärande mineraler, en gång separerade, innehåller så många som 14 enskilda sällsynta jordartselement (lantanider och yttrium) som måste separeras ytterligare och förfinas. Komplexiteten i att extrahera och förädla sällsynta jordartselement illustreras av ett metallurgiskt flödesark för Mountain Pass-gruvan i Kalifornien (fig. 2). Till skillnad från metallsulfider, som är kemiskt enkla föreningar, är REE-bärande mineraler ganska komplexa. Basmetallsulfidmalmer, såsom sfalerit (ZnS), smälts vanligtvis för att bränna bort svavel och separera föroreningar från den smälta metallen. Den resulterande metallen förfinas ytterligare till nära renhet genom elektrolys. Sällsynta jordelement, å andra sidan, extraheras och förfinas vanligtvis genom dussintals kemiska processer för att separera de olika sällsynta jordartselementen och ta bort föroreningar.
Den huvudsakliga skadliga föroreningen i REE-bärande mineraler är thorium, vilket ger malmen en oönskad radioaktivitet. Eftersom radioaktiva material är svåra att bryta och hantera säkert, regleras de kraftigt. När en radioaktiv avfallsproduktion produceras måste särskilda bortskaffningsmetoder användas. Kostnaderna för hantering och bortskaffande av radioaktivt material är ett allvarligt hinder för den ekonomiska utvinningen av de mer radioaktiva REE-rika mineralerna, i synnerhet monazit, som typiskt innehåller betydande mängder thorium. Faktum är att införandet av strängare bestämmelser om användning av radioaktiva mineraler drev många källor till monazit från marknaden för sällsynta jordartsmetaller under 1980-talet.
Den komplexa metallurgin av sällsynta jordartselement förvärras av det faktum att inga två REE-malmer verkligen är lika. Som ett resultat finns det ingen standardprocess för att extrahera de REE-bärande mineralerna och förädla dem till säljbara sällsynta jordartsföreningar. För att utveckla en ny gruva med sällsynta jordartsmetaller måste malmerna testas i stor omfattning med användning av en mängd kända extraktionsmetoder och en unik sekvens av optimerade bearbetningssteg. Jämfört med en ny zinkgruva kostar processutveckling för sällsynta jordartsmetaller betydligt mer tid och pengar.