Съдържание
- Рядкостните земни елементи не са „редки“
- Редки концентрации на земни елементи
- Алкални игномни скали и маги
- Класификация на редките земни руди
- Редки наслоения на Земята
- Остатъчни редки земни наноси
- Редки земни елементи в пегматитите
- Други редки типове земни депозити
- Преработка на минерали за предизвикателства
- Сложна минерална обработка
Карта на редките земни елементи: Рядкоземните стихии в САЩ са разположени главно на запад. Тази карта показва местоположението на потенциалните производствени места - увеличете картата, за да видите всички локации.
Рядкостните земни елементи не са „редки“
Няколко геоложки аспекта на естественото възникване на редкоземни елементи силно влияят на доставките на суровини от редкоземни елементи. Тези геоложки фактори се представят като изявления на факти, последвани от подробна дискусия.
Прогнозната средна концентрация на редкоземните елементи в земната кора, която варира от около 150 до 220 части на милион (таблица 1), надвишава концентрацията на много други метали, които се добиват в индустриален мащаб, като мед (55 части на милион) и цинк (70 части на милион). За разлика от повечето добивани основни и благородни метали в търговската мрежа, рядко земните елементи рядко се концентрират в руднични рудни находища.
Редки концентрации на земни елементи
Основните концентрации на редкоземните елементи са свързани с нечести разновидности на магматични скали, а именно алкални скали и карбонатити. Потенциално полезни концентрации на минерали, съдържащи РЕЕ, също се намират в местоположенията на местоположенията, остатъчните отлагания, образувани от дълбоко изветряне на магматични скали, пегматити, медно-златни находища от железен оксид и морски фосфати (Таблица 2).
Маса 1. Оценки за коренното изобилие на редки земни елементи.
Алкални игномни скали и маги
Алкални магматични скали се образуват от охлаждане на магмите, получени от малки степени на частично топене на скали в мантията на Земята. Образуването на алкални скали е сложно и не е напълно разбрано, но може да се мисли за геоложки процес, който извлича и концентрира онези елементи, които не се вписват в структурата на обикновените скалообразуващи минерали.
Получените алкални магми са редки и необичайно обогатени с елементи като цирконий, ниобий, стронций, барий, литий и редкоземните елементи. Когато тези магми се изкачат в земната кора, химичният им състав претърпява допълнителни промени в отговор на промени в налягането, температурата и състава на околните скали. Резултатът е изумително разнообразие от видове скали, които са променливо обогатени с икономически елементи, включително редкоземните елементи. Минералните залежи, свързани с тези скали, също са доста разнообразни и неудобни за класифициране, тъй като отличителните особености на тези находища и тяхната рядкост могат да доведат до класификации, които имат само един или няколко известни примера.
Геологична карта на редките земни елементи: Обобщена геоложка карта на по-голямата част от редки земни елементи на планинския проход, Южна Калифорния. Показани са само представително малцинство от стотиците шонкинитови, сиенитни и карбонатитни диги. Не са показани широко разпространени андезитни и риолитни диги от мезозойска или третична възраст. От USGS Open-File Report 2005-1219. Увеличи картата.
Класификация на редките земни руди
Класификацията на руди, свързани с алкални скали, също е спорна. Таблица 2 представя сравнително проста класификация, която следва аналогични категории за находища, свързани с неалкални магматични скали. Някои от по-необичайните алкални скали, които приютяват или са свързани с РЕЕ рудите, са карбонатит и фоскорит, магматични скали, съставени главно от карбонатни и фосфатни минерали. Карбонатитите и особено фоскоритите са сравнително рядко срещани, тъй като в света има само 527 известни карбонатита (Woolley and Kjarsgaard, 2008). Икономически концентрации на минерали, съдържащи РЕЕ, се наблюдават в някои алкални скали, скари и карбонатни заместващи находища, свързани с алкални прониквания, вени и диги, рязащи алкални магматични комплекси и околни скали, и почви и други атмосферни продукти от алкални скали.
REE Периодична таблица: Редките земни елементи са 15-те елемента от серия лантанид, плюс итрий. Скандиумът се намира в повечето находища на редки земни елементи и понякога се класифицира като рядкоземен елемент. Изображение от.
Редки наслоения на Земята
Изветрянето на всички видове скали дава седименти, които се отлагат в голямо разнообразие от среди, като потоци и реки, брегови линии, алувиални вентилатори и делти. Процесът на ерозия концентрира по-плътни минерали, най-вече златото, в находища, известни като плаценти. В зависимост от източника на ерозионните продукти, някои рядкоземни елементи, носещи минерали, като моназит и ксенотайм, могат да бъдат концентрирани заедно с други тежки минерали.
Източникът не трябва да бъде алкална магматична скала или свързано с нея рядкоземно находище. Много от обикновените магматични, метаморфни и дори по-стари утаечни скали съдържат достатъчно моназит, за да се получи моназит, носещ пласмент. В резултат на това моназитът почти винаги се намира във всеки депозит на място. Въпреки това, типовете разредители с най-големи концентрации на моназит обикновено са илменитови тежки минерални разреди, които са добивани за пигменти от титанов оксид, и каситеритни разредители, които се добиват за калай.
Редки земни находища на Iron Hill: Изглед от северозапад към Iron Hill, окръг Gunnison, Колорадо. Железният хълм се образува от масивен карбонатитен запас, който оформя центъра на алкално натрапчив комплекс. Този комплекс е домакин на много минерални ресурси, включително титан, ниобий, рядкоземни елементи и торий. USGS изображение.
Остатъчни редки земни наноси
В тропическа среда скалите са дълбоко изморени, за да образуват уникален почвен профил, състоящ се от латерит, богата на желязо и алуминий почва с дебелина толкова десетки метра. Процесите на почвообразуване обикновено концентрират тежки минерали като остатъчни отлагания, което води до обогатен метален слой върху основата на непокрита основа.
Когато рядкоземното находище е подложено на такова изветряне, то може да бъде обогатено с рядкоземни елементи в концентрации от икономически интерес. Особен вид находище на РЕЕ, типът на йонопоглъщане, се образува чрез излугване на редкоземни елементи от на пръв поглед обикновени магматични скали и фиксиране на елементите върху глините в почвата. Тези находища са известни само в Южен Китай и Казахстан и образуването им е слабо разбрано.
Редки земни елементи в пегматитите
Сред пегматитите група от много едрозърнести интрузивни магнитни скали, семейство ниобий-итрий-флуор, включва голям брой подтипове, образувани в различни геоложки среди. Тези подтипове имат граничен състав и обикновено се намират периферни до големи гранитни прониквания. По принцип обаче пегматитите, носещи рядкоземни елементи, обикновено са малки и представляват икономически интерес само за колекционерите на минерали.
Други редки типове земни депозити
Медно-златният вид находище от железен оксид е признат за обособен вид находище едва след откриването на гигантското находище на Олимпийски язовири в Южна Австралия през 80-те години. Депозитът на язовир Олимпик е необичаен по това, че съдържа големи количества рядкоземни елементи и уран. Все още не е намерен икономически метод за възстановяване на редки земни елементи от тези находища. Много други находища от този тип са идентифицирани по целия свят, но като цяло липсва информация за съдържанието на техните редки земни елементи. Следи от рядкоземни елементи също са установени в магнетито-апатитовите заместващи находища.
Карстовите боксити, богати на алуминий почви, които се натрупват в кавернозен варовик (в основата на карстовата топография) в Черна гора и на други места, са обогатени в рядкоземни елементи, но получените концентрации не представляват икономически интерес (Maksimovic and Pantó, 1996). Същото може да се каже и за морските фосфатни залежи, които могат да съдържат до 0,1 процента РЕЕ оксиди (Altschuler и други, 1966). В резултат на това е проучено възстановяването на рядкоземни елементи като страничен продукт от производството на фосфатни торове.
Преработка на минерали за предизвикателства
В много находища на основни и благородни метали извлечените метали са силно концентрирани в една минерална фаза, като мед в халкопирит (CuFeS2) или цинк в сфалерит (ZnS). Отделянето на единна минерална фаза от скалата е сравнително лесна задача. Крайният продукт е концентрат, който обикновено се изпраща до плавилня за окончателно извличане и рафиниране на металите. Цинкът, например, почти изцяло се извлича от минералния сфалерит, така че световната индустрия за топене и рафиниране на цинк е разработила високо специализирана обработка на този минерал. По този начин производството на цинк има ясно изразено предимство на разходите с това, че се използва единна стандартна технология и разработването на нова цинкова мина е до голяма степен конвенционален процес.
Настоящата практика за обработка на минерали е способна на последователно разделяне на множество минерални фази, но това не винаги е рентабилно. Когато елементи от интерес се открият в две или повече минерални фази, всяка от които изисква различна технология на извличане, обработката на минерали е сравнително скъпа. Много находища на редкоземни елементи съдържат две или повече фази, носещи рядкоземни елементи. Следователно, находищата на редкоземни елементи, в които рядкоземните елементи са концентрирани до голяма степен в една минерална фаза, имат конкурентно предимство.Към днешна дата производството на РЕЕ до голяма степен идва от едноминерални фази, като Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) и тежки минерални разреди (monazite).
Сложна минерална обработка
Редките земни елементи, носещи веднъж разделени, съдържат 14 отделни редки земни елемента (лантаниди и итрий), които трябва да бъдат допълнително разделени и прецизирани. Сложността на извличането и рафинирането на редкоземни елементи е илюстрирана от металургичен лист за рудник Mountain Pass в Калифорния (фиг. 2). За разлика от металните сулфиди, които са химически прости съединения, минералите, съдържащи REE, са доста сложни. Рудните основни метални сулфиди, като сфалерит (ZnS), обикновено се топят за изгаряне на сяра и отделяне на примеси от разтопения метал. Полученият метал допълнително се пречиства до почти чистота чрез електролиза. Рядкоземните елементи, от друга страна, обикновено се извличат и рафинират чрез десетки химични процеси за разделяне на различните рядкоземни елементи и отстраняване на примеси.
Основното вредно примеси в минералите, съдържащи РЕЕ, е торий, който придава нежелана радиоактивност на рудите. Тъй като радиоактивните материали са трудни за експлоатация и безопасна работа, те са силно регулирани. Когато се получава радиоактивен отпадъчен продукт, трябва да се използват специални методи за обезвреждане. Разходите за обработка и изхвърляне на радиоактивни материали са сериозна пречка за икономическото извличане на по-радиоактивните минерали, съдържащи РЕЕ, по-специално моназит, който обикновено съдържа значителни количества торий. В действителност, налагането на по-строги разпоредби относно използването на радиоактивни минерали изтласка много източници на моназит от пазара на редкоземни елементи през 80-те години.
Сложната металургия на редкоземните елементи се усложнява от факта, че няма две РЕЕ руди наистина еднакви. В резултат на това няма стандартен процес за извличане на минерали, съдържащи РЕЕ, и рафинирането им в продаваеми рядкоземни съединения. За да се разработи нов редкоземни елементи мина, рудите трябва да бъдат подробно изпитани чрез използване на различни известни методи за извличане и уникална последователност от оптимизирани етапи на обработка. В сравнение с нова мина за цинк, разработването на процеси за редкоземни елементи струва значително повече време и пари.