Indhold
- Sjældne jordelementer er ikke "sjældne"
- Sjældne jordelementkoncentrationer
- Alkaline antændelige klipper og magmas
- Sjælden jordmalmklassificering
- Sjældne jordplaceringsindskud
- Rest sjældne jordindskud
- Sjældne jordelementer i Pegmatites
- Andre sjældne jordaflejringstyper
- Mineralbehandling til udfordringer
- Kompleks mineralbehandling
Sjældent jordelementkort: Sjældne jordelementdistrikter i De Forenede Stater er hovedsageligt beliggende i vest. Dette kort viser placeringen af potentielle produktionssteder - forstør kortet for at se alle placeringerne.
Sjældne jordelementer er ikke "sjældne"
Flere geologiske aspekter af den naturlige forekomst af sjældne jordelementer påvirker kraftigt forsyningen med råmaterialer med sjældne jordarter. Disse geologiske faktorer præsenteres som udsagn om fakta efterfulgt af en detaljeret diskussion.
Den estimerede gennemsnitlige koncentration af de sjældne jordelementer i jordskorpen, der spænder fra omkring 150 til 220 dele pr. Million (tabel 1), overstiger koncentrationen af mange andre metaller, der er udvindet i industriel skala, såsom kobber (55 dele pr. million) og zink (70 dele pr. million). I modsætning til de fleste kommercielt udvindede basis- og ædelmetaller, koncentreres sjældne jordelementer imidlertid sjældent til malbare malmaflejringer.
Sjældne jordelementkoncentrationer
De vigtigste koncentrationer af sjældne jordelementer er forbundet med usædvanlige sorter af stødende klipper, nemlig alkaliske klipper og carbonatitter. Potentielt nyttige koncentrationer af REE-bærende mineraler findes også i placeraflejringer, resterende aflejringer dannet fra dyb forvitring af stødende klipper, pegmatitter, jernoxid kobber-guldaflejringer og marine fosfater (tabel 2).
Tabel 1. Estimater af jordskorpeforekomster af sjældne jordelementer.
Alkaline antændelige klipper og magmas
Alkaliske, stødende klipper dannes ved afkøling af magmas afledt af små grader af delvis smeltning af klipper i jordens mantel. Dannelsen af alkaliske sten er kompleks og ikke fuldt ud forstået, men kan betragtes som en geologisk proces, der ekstraherer og koncentrerer de elementer, der ikke passer ind i strukturen i de almindelige klippeformede mineraler.
De resulterende alkaliske magmas er sjældne og usædvanligt beriget med elementer som zirconium, niobium, strontium, barium, lithium og de sjældne jordelementer. Når disse magmas stiger op i jordskorpen, gennemgår deres kemiske sammensætning yderligere ændringer som reaktion på variationer i tryk, temperatur og sammensætning af omgivende klipper. Resultatet er en forbløffende mangfoldighed af klippetyper, der variabelt er beriget med økonomiske elementer, inklusive de sjældne jordelementer. De mineralaflejringer, der er forbundet med disse klipper, er ligeledes ret forskellige og akavede at klassificere, idet de særlige træk ved disse aflejringer og deres sjældenhed kan resultere i klassifikationer, der kun har et eller nogle få kendte eksempler.
Sjældent jordelement geologisk kort: Generaliseret geologisk kort over det meste af Mountain Pass-sjældne jordelementdistriktet, det sydlige Californien. Kun et repræsentativt mindretal af de hundreder af shonkinit-, syenit- og carbonatit-diger vises. Udbredte andesitiske og rholitiske diger i mesozoisk eller tertiær alder vises ikke. Fra USGS Open-File Report 2005-1219. Forstør kort.
Sjælden jordmalmklassificering
Klassificering af malm relateret til alkaliske klipper er også kontroversiel. Tabel 2 viser en relativt simpel klassificering, der følger analoge kategorier for aflejringer relateret til ikke-alkaliske stollarter. Nogle af de mere usædvanlige alkaliske klipper, der er vært for eller er beslægtet med, REE-malme er carbonatit og phoscorite, stødarter, der hovedsagelig består af henholdsvis carbonat- og fosfatmineraler. Carbonatites, og især phoscorites, er relativt usædvanlige, da der kun er 527 kendte carbonatites i verden (Woolley og Kjarsgaard, 2008). Økonomiske koncentrationer af REE-bærende mineraler forekommer i nogle alkaliske klipper, hudklæder og carbonaterstatningsaflejringer forbundet med alkaliske indtrængen, vener og diger, der skærer alkaliske, stødende komplekser og omgivende klipper, og jordbund og andre vejrprodukter af alkaliske klipper.
REE periodisk tabel: De sjældne jordelementer er de 15 lanthanid-seriens elementer plus yttrium. Scandium findes i de fleste sjældne jordartselementer og klassificeres sommetider som et sjældent jordelement. Billede af.
Sjældne jordplaceringsindskud
Forvitring af alle typer klipper giver sedimenter, der aflejres i en lang række miljøer, såsom vandløb og floder, kystlinjer, alluviale fans og deltas. Erosionsprocessen koncentrerer tættere mineraler, især guld, til aflejringer kendt som placere. Afhængig af kilden til erosionsprodukterne kan visse miner, der indeholder bærere af sjældne jordarter, såsom monazit og xenotime, koncentreres sammen med andre tunge mineraler.
Kilden behøver ikke være en alkalisk, stødende klippe eller en beslægtet sjælden jordaflejring. Mange almindelige stødende, metamorfe og endda ældre sedimentære klipper indeholder nok monazit til at producere en monazit-bærende placering. Som et resultat findes monazit næsten altid i enhver placeringsaflejring. Imidlertid er typerne af placere med de største koncentrationer af monazit typisk ilmenit-tunge minerale plakkere, der er udvindet til titaniumoxidpigmenter og kassiteritplacere, der er udvindet til tin.
Iron Hill depositum med sjældne jordarter: Nordvestvendt udsigt over Iron Hill, Gunnison County, Colorado. Iron Hill er dannet af en massiv carbonatitbestand, der danner centrum for et alkalisk påtrængende kompleks. Dette kompleks er vært for mange mineralressourcer, herunder titan, niob, sjældne jordelementer og thorium. USGS-billede.
Rest sjældne jordindskud
I tropiske miljøer er klipper dybt forvitret til at danne en unik jordprofil bestående af laterit, en jern- og aluminiumrig jord, så meget som mange titalls meter tyk. Processerne med jorddannelse koncentrerer ofte tunge mineraler som restaflejringer, hvilket resulterer i et beriget metallag over det underliggende, ufjedrede grundgrund.
Når en sjælden jordaflejring gennemgår sådan forvitring, kan den beriges med sjældne jordelementer i koncentrationer af økonomisk interesse. En særlig type REE-aflejring, ionabsorptions-typen, dannes ved udvaskning af sjældne jordartselementer fra tilsyneladende almindelige stavarter og fastgør elementerne på ler i jorden. Disse forekomster er kun kendt i det sydlige Kina og Kasakhstan, og deres dannelse er dårligt forstået.
Sjældne jordelementer i Pegmatites
Blandt pegmatitter udgør en gruppe af meget grove kornet indtrængende, stavede klipper, niobium-yttrium-fluorfamilien, et stort antal undertyper dannet i forskellige geologiske miljøer. Disse undertyper er granitiske i sammensætning og findes sædvanligvis perifere til store granitiske indtrængen. Generelt er pegmatitter, der indeholder bærere af sjældne jordarter, generelt generelt små og er kun af økonomisk interesse for mineralopsamlere.
Andre sjældne jordaflejringstyper
Aflejring af jernoxid kobber-guldtype er først anerkendt som en særskilt aflejringstype siden opdagelsen af den gigantiske olympiske dæmning i South Australia i 1980'erne. Den olympiske dæmning er usædvanlig, idet den indeholder store mængder sjældne jordelementer og uran. En økonomisk metode til genvinding af sjældne jordelementer fra disse aflejringer er endnu ikke fundet. Mange andre aflejringer af denne type er blevet identificeret over hele verden, men information om deres sjældne jordelementers indhold mangler generelt. Spormængder af sjældne jordelementer er også blevet identificeret i magnetit-apatitudskiftningsaflejringer.
Karst-bauxitter, aluminiumrige jordarter, der akkumuleres i kavernøs kalksten (underliggende karst-topografi) i Montenegro og andre steder, er beriget med sjældne jordarter, men de resulterende koncentrationer er ikke af økonomisk interesse (Maksimovic og Pantó, 1996). Det samme kan siges om marine fosfataflejringer, der kan indeholde så mange som 0,1 procent REE-oxider (Altschuler m.fl., 1966). Som et resultat er genanvendelse af sjældne jordelementer som et biprodukt fra fremstilling af fosfatgødning undersøgt.
Mineralbehandling til udfordringer
I mange base- og ædelmetalaflejringer er de ekstraherede metaller stærkt koncentreret i en enkelt mineralfase, såsom kobber i chalcopyrit (CuFeS2) eller zink i sphalerit (ZnS). Adskillelse af en enkelt mineralfase fra sten er en relativt let opgave. Det endelige produkt er et koncentrat, der typisk sendes til et smelteværk til endelig ekstraktion og raffinering af metaller. Zink er for eksempel næsten udelukkende afledt af mineralet sphalerit, således at den globale zinksmeltnings- og raffineringsindustri har udviklet en højt specialiseret behandling af dette mineral. Produktion af zink har således en udtalt omkostningsfordel ved, at der anvendes en enkelt standardteknologi, og udviklingen af en ny zinkmine er en stort set konventionel proces.
Nuværende mineralforarbejdningspraksis er i stand til sekventiel adskillelse af flere mineralfaser, men det er ikke altid omkostningseffektivt at gøre det. Når elementer af interesse findes i to eller flere mineralfaser, der hver kræver en anden ekstraktionsteknologi, er mineralforarbejdning relativt kostbar. Mange aflejringer med sjældne jordelementer indeholder to eller flere sjældne jordelementbærende faser. Derfor har sjældne jordartselementer, hvor de sjældne jordelementer stort set er koncentreret i en enkelt mineralfase, en konkurrencefordel.Hidtil har REE-produktionen stort set stammet fra aflejringer i en enkelt mineralfase, såsom Bayan Obo (bastnasit), bjergpas (bastnasit) og tunge-minerale placere (monazit).
Kompleks mineralbehandling
Sjældne jordbærende mineraler, når de først er adskilt, indeholder så mange som 14 individuelle sjældne jordartselementer (lanthanider og yttrium), der skal adskilles yderligere og raffineres. Kompleksiteten ved at udvinde og raffinere sjældne jordelementer illustreres af et metallurgisk flowark til Mountain Pass-miner i Californien (fig. 2). I modsætning til metallsulfider, som er kemisk enkle forbindelser, er REE-bærende mineraler ganske komplicerede. Basismetalsulfidmalm, såsom sfalerit (ZnS), smeltes typisk for at afbrænde svovl og adskille urenheder fra det smeltede metal. Det resulterende metal raffineres yderligere til næsten renhed ved elektrolyse. Sjældne jordelementer, på den anden side, ekstraheres og raffineres gennem snesevis af kemiske processer for at adskille de forskellige sjældne jordelementer og fjerne urenheder.
Den vigtigste skadelige urenhed i REE-bærende mineraler er thorium, der giver malmene en uønsket radioaktivitet. Da radioaktive materialer er vanskelige at miner og håndteres sikkert, er de stærkt reguleret. Når der produceres et radioaktivt affaldsprodukt, skal der anvendes særlige bortskaffelsesmetoder. Omkostningerne ved håndtering og bortskaffelse af radioaktivt materiale er en alvorlig hindring for den økonomiske ekstraktion af de mere radioaktive REE-rige mineraler, især monazit, der typisk indeholder betydelige mængder thorium. Faktisk førte indførelse af strammere regler for brugen af radioaktive mineraler mange kilder til monazit ud af markedet for sjældne jordarter i løbet af 1980'erne.
Den komplekse metallurgi af sjældne jordelementer sammensættes af det faktum, at ingen to REE-malm virkelig er ens. Som et resultat er der ingen standardproces til ekstraktion af de REE-bærende mineraler og raffinering af dem til omsættelige sjældne jordforbindelser. For at udvikle en ny miner med sjældne jordarter skal malmene testes omfattende ved hjælp af en række kendte ekstraktionsmetoder og en unik række af optimerede behandlingstrin. Sammenlignet med en ny zinkmine koster procesudvikling for sjældne jordartselementer betydeligt mere tid og penge.