جيولوجيا عناصر الأرض النادرة

المحتوى

• عناصر الأرض النادرة ليست "نادرة"
• تركيزات عنصر الأرض النادرة
• القلوية Igneous الصخور و Magmas
• نادر الأرض خام تصنيف
• ودائع الأرض النادرة الغرينية
• ودائع الأرض النادرة المتبقية
• العناصر النادرة في الأرض
• أنواع الودائع النادرة الأخرى
• معالجة المعادن للتحديات
• معالجة المعادن المعقدة

خريطة العناصر الأرضية النادرة: تقع مناطق العناصر الأرضية النادرة في الولايات المتحدة بشكل أساسي في الغرب. توضح هذه الخريطة موقع مواقع الإنتاج المحتملة - تكبير الخريطة لمشاهدة جميع المواقع.

عناصر الأرض النادرة ليست "نادرة"

تؤثر العديد من الجوانب الجيولوجية للظواهر الطبيعية للعناصر الأرضية النادرة تأثيرا قويا على توريد المواد الخام النادرة العناصر الأرضية. يتم تقديم هذه العوامل الجيولوجية كبيانات حقائق تليها مناقشة مفصلة.

يتجاوز متوسط ​​تركيز العناصر الأرضية النادرة في قشرة الأرض ، والتي تتراوح من حوالي 150 إلى 220 جزءًا في المليون (الجدول 1) ، تركيز العديد من المعادن الأخرى التي يتم استخراجها على نطاق صناعي ، مثل النحاس (55 جزءًا لكل مليون) والزنك (70 أجزاء لكل مليون). على عكس معظم المعادن الملغومة تجاريا والمعادن النفيسة ، ومع ذلك ، نادرا ما تتركز العناصر الأرضية النادرة في رواسب خام قابلة للتعدين.

تركيزات عنصر الأرض النادرة

وترتبط التركيزات الرئيسية لعناصر الأرض النادرة بأصناف غير شائعة من الصخور النارية ، وهي الصخور القلوية والكربونات. كما توجد تركيزات مفيدة محتملة للمعادن الحاملة للتربة في رواسب الغرينية والودائع المتبقية المتكونة من التجوية العميقة للصخور النارية والبيغماتيت ورواسب النحاس والذهب وأكسيد الحديد والفوسفات البحري (الجدول 2).

الجدول 1. تقديرات الوفرة القشرية للعناصر الأرضية النادرة.

القلوية Igneous الصخور و Magmas

تتشكل الصخور القلوية البركانية من تبريد الصهارة المستمدة من درجات صغيرة من الانصهار الجزئي للصخور في عباءة الأرض. تشكل الصخور القلوية معقدة وغير مفهومة تمامًا ولكن يمكن اعتبارها عملية جيولوجية تستخرج وتركز العناصر التي لا تتلاءم مع بنية المعادن الشائعة المكونة للصخور.

الصهارة القلوية الناتجة نادرة ومخصبة بشكل غير عادي في عناصر مثل الزركونيوم والنيوبيوم والسترونتيوم والباريوم والليثيوم والعناصر الأرضية النادرة. عندما تصعد هذه الصهارة إلى قشرة الأرض ، يخضع تركيبها الكيميائي لمزيد من التغييرات استجابة للتغيرات في الضغط ودرجة الحرارة وتكوين الصخور المحيطة. والنتيجة هي تنوع مذهل في أنواع الصخور التي يتم تخصيبها بشكل متفاوت في العناصر الاقتصادية ، بما في ذلك العناصر الأرضية النادرة. بالمثل ، تعد الرواسب المعدنية المرتبطة بهذه الصخور متنوعة جدًا وغير ملائمة ، حيث يمكن أن تؤدي السمات المميزة لهذه الرواسب وندرتها إلى تصنيفات تحتوي على مثال واحد أو بضعة أمثلة معروفة.

خريطة الأرض الجيولوجية النادرة: الخريطة الجيولوجية المعممة لمعظم منطقة ممر الجبال الأرضية النادرة في جنوب كاليفورنيا. يتم عرض أقلية تمثيلية فقط من مئات السدود shonkinite و syenite و carbonatite. لا يتم عرض السدود الانديزية والريوليتية على نطاق واسع ، في عصر الدهر الوسيط أو التعليم العالي. من تقرير هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية المفتوح ، 2005-1219. تكبير الخريطة.

نادر الأرض خام تصنيف

تصنيف الخامات المتعلقة بالصخور القلوية مثير للجدل أيضًا. يقدم الجدول 2 تصنيفًا بسيطًا نسبيًا يتبع فئات مماثلة للودائع المتعلقة بالصخور النارية غير القلوية. بعض الصخور القلوية الأكثر غرابة التي تستضيف ، أو ترتبط ، خامات REE هي كربوناتيت وفوسكوريت ، صخور نارية تتكون أساسًا من معادن كربونات وفوسفات ، على التوالي. إن الكربوناتيت ، وخصوصًا الفوسوريت ، غير شائع نسبيًا ، حيث لا يوجد سوى 527 كربونات معروف في العالم (Woolley and Kjarsgaard، 2008). تحدث التركيزات الاقتصادية للمعادن الحاملة للتربة في بعض الصخور القلوية والرواسب والودائع البديلة لاستبدال الكربونات المرتبطة بالاقتحامات القلوية والأوردة والسدود التي تقطع المجمعات القلوية والصخور المحيطة بها والتربة وغيرها من منتجات التجوية للصخور القلوية.

REE الجدول الدوري: العناصر النادرة للأرض هي 15 سلسلة من عناصر اللانثانيد ، بالإضافة إلى الإيتريوم. يوجد سكانديوم في معظم رواسب العناصر الأرضية النادرة ، ويصنف أحيانًا كعنصر أرضي نادر. الصورة بواسطة.

ودائع الأرض النادرة الغرينية

ينتج عن التجوية لجميع أنواع الصخور رواسب تترسب في مجموعة متنوعة من البيئات ، مثل الجداول والأنهار ، والسواحل ، والمراوح الغرينية ، والدلتا. تركّز عملية التعرية على المعادن الكثيفة ، وعلى الأخص الذهب ، في الرواسب المعروفة باسم الغرينية. اعتمادًا على مصدر منتجات التآكل ، يمكن تركيز بعض المعادن النادرة الحاملة لعناصر الأرض ، مثل المونازيت وزينوتيم ، مع المعادن الثقيلة الأخرى.

لا يجب أن يكون المصدر صخرة بركانية قلوية أو رواسب أرضية نادرة ذات صلة. تحتوي العديد من الصخور البركانية الشائعة والمتحولة وحتى القديمة على ما يكفي من المونازيت لإنتاج صفيحة أحادية المونازيت. نتيجة لذلك ، يوجد المونازيت دائمًا في أي رواسب غرينية. ومع ذلك ، فإن أنواع الغرينات التي تحتوي على أكبر تركيزات من المونازيت هي عادةً صفيحات معدنية ثقيلة من الإلمنيت ، والتي تم تعدينها من أجل أصباغ أكسيد التيتانيوم ، وألواح الغشاء الكاسيتيت ، التي يتم استخراجها للقصدير.

ايرون هيل نادرة الأرض الودائع: الشمال الغربي التي تواجه عرض من هيل هيل ، مقاطعة Gunnison ، كولورادو. يتكون Iron Hill بواسطة مخزون كربونات هائل يشكل مركز مجمع قلوي. يستضيف هذا المجمع العديد من الموارد المعدنية ، بما في ذلك التيتانيوم والنيوبيوم والعناصر الأرضية النادرة والثوريوم. هيئة المسح الجيولوجي الامريكية صورة.

ودائع الأرض النادرة المتبقية

في البيئات المدارية ، يتم تجفيف الصخور بعمق لتشكيل ملف تربة فريد من نوعه يتكون من تريتيت ، تربة غنية بالحديد والألمنيوم ، يصل سمكها إلى عشرات الأمتار. تركز عمليات تكوين التربة بشكل عام على المعادن الثقيلة باعتبارها رواسب متبقية ، مما يؤدي إلى وجود طبقة معدنية مخصبة فوق الأساس الأساسي غير المصقول.

عندما تخضع رواسب الأرض النادرة لمثل هذا التجوية ، فقد يتم تخصيبها في عناصر أرضية نادرة بتركيزات ذات أهمية اقتصادية. يتم تشكيل نوع معين من رواسب العناصر الأرضية النادرة ، وهو نوع الامتصاص الأيوني ، من خلال رشح العناصر الأرضية النادرة من الصخور النارية البركانية الشائعة ، وتحديد العناصر على الطين في التربة. هذه الرواسب معروفة فقط في جنوب الصين وكازاخستان ، وفهم تكوينها سيء.

العناصر النادرة في الأرض

بين البغماتيت ، تضم مجموعة من الصخور البركانية المتطفلة الحبيبات شديدة الخشنة ، عائلة النيتريوم - الإيتريوم - الفلور ، عددًا كبيرًا من الأنواع الفرعية التي تشكلت في بيئات جيولوجية مختلفة. هذه الأنواع الفرعية من الغرانيت في تكوينها وعادة ما تكون موجودة في محيط التدخلات الكبيرة للجرانيت. بشكل عام ، ومع ذلك ، فإن البيغماتيت الأرضية النادرة الحاملة صغيرة بوجه عام وذات أهمية اقتصادية فقط لجامعي المعادن.

أنواع الودائع النادرة الأخرى

تم التعرف على نوع رواسب النحاس والذهب وأكسيد الحديد كنوع من الإيداع المتميز فقط منذ اكتشاف رواسب السد الأوليمبي العملاقة في جنوب أستراليا في الثمانينيات. رواسب السد الأولمبي غير عادية من حيث أنه يحتوي على كميات كبيرة من العناصر الأرضية النادرة واليورانيوم. لم يتم بعد العثور على طريقة اقتصادية لاستعادة عناصر الأرض النادرة من هذه الرواسب. تم التعرف على العديد من الرواسب الأخرى من هذا النوع في جميع أنحاء العالم ، ولكن المعلومات المتعلقة بمحتوى العناصر الأرضية النادرة الخاصة بها غير متوفرة عمومًا. كما تم تحديد كميات ضئيلة من العناصر الأرضية النادرة في رواسب استبدال المغنتيت.

Karst البوكسيتات ، وهي تربة غنية بالألمونيوم تتراكم في الحجر الجيري الكهفي (طبوغرافيا الكارستات الكامنة) في الجبل الأسود وفي أماكن أخرى ، يتم تخصيبها في عناصر أرضية نادرة ، لكن التركيزات الناتجة ليست ذات أهمية اقتصادية (Maksimovic and Pantó، 1996). يمكن قول الشيء نفسه بالنسبة إلى رواسب الفوسفات البحرية ، والتي يمكن أن تحتوي على 0.1 في المائة من أكاسيد REE (Altschuler وغيرها ، 1966). نتيجة لذلك ، تم التحقيق في استرداد العناصر الأرضية النادرة كمنتج ثانوي لصناعة الأسمدة الفوسفاتية.

معالجة المعادن للتحديات

في العديد من الرواسب المعدنية والمعادن الثمينة ، تتركز المعادن المستخرجة بدرجة عالية في الطور المعدني الفردي ، مثل النحاس في الكالكوبايرايت (CuFeS2) أو الزنك في السباليرايت (ZnS). يعد فصل الطور المعدني المفرد عن الصخر مهمة سهلة نسبيًا. المنتج النهائي هو مركز يرسل عادةً إلى المصهر لاستخراج المعادن وتكريرها بشكل نهائي. الزنك ، على سبيل المثال ، مشتق بالكامل تقريبًا من سباريريت المعادن ، حيث طورت صناعة صهر وتكرير الزنك العالمية علاجًا متخصصًا للغاية لهذا المعدن. وبالتالي ، فإن إنتاج الزنك له ميزة تكلفة واضحة حيث يتم استخدام تقنية قياسية واحدة ، وتطوير منجم جديد للزنك يعد عملية تقليدية إلى حد كبير.

ممارسة معالجة المعادن الحالية قادرة على الفصل المتسلسل لمراحل معدنية متعددة ولكنها ليست دائما فعالة من حيث التكلفة للقيام بذلك. عندما توجد عناصر مهمة في مرحلتين أو أكثر من المراحل المعدنية ، كل منها يتطلب تقنية استخلاص مختلفة ، تكون معالجة المعادن مكلفة نسبيًا. تحتوي رواسب العناصر الأرضية النادرة على مرحلتين أو أكثر من العناصر الأرضية النادرة. لذلك ، رواسب العناصر الأرضية النادرة التي تتركز فيها العناصر الأرضية النادرة إلى حد كبير في مرحلة معدنية واحدة لها ميزة تنافسية.حتى الآن ، جاء إنتاج الطاقة المتجددة إلى حد كبير من رواسب أحادية الطور ، مثل بيان أوبو (الباستنايت) ، وممر الجبل (الباستنايت) ، والبلاطات الثقيلة المعدنية (المونازيت).

معالجة المعادن المعقدة

تحتوي المعادن النادرة الحاملة للعناصر الأرضية ، بمجرد فصلها ، على ما يصل إلى 14 عنصرًا من العناصر الأرضية النادرة (اللانثانيدات والإيتريوم) التي يجب فصلها وصقلها. يتضح مدى تعقيد استخراج العناصر الأرضية النادرة وصقلها من خلال ورقة التدفق المعدنية لمنجم Mountain Pass في كاليفورنيا (الشكل 2). على عكس الكبريتيدات المعدنية ، والتي هي مركبات بسيطة كيميائيًا ، فإن المعادن الحاملة للكهرباء الأرضية معقدة للغاية. عادةً ما يتم صهر خامات كبريتيد المعادن الأساسية ، مثل الكبريتيت (ZnS) ، لحرق الكبريت وفصل الشوائب من المعدن المنصهر. يتم صقل المعدن الناتج إلى درجة نقاء قريبة من التحليل الكهربائي. العناصر الأرضية النادرة ، من ناحية أخرى ، يتم استخلاصها وتنقيحها من خلال عشرات العمليات الكيميائية لفصل العناصر الأرضية النادرة المختلفة وإزالة الشوائب.

الشوائب الضارة الرئيسية في المعادن الحاملة للتربة هي الثوريوم ، الذي يضفي نشاط إشعاعي غير مرغوب فيه على الخامات. نظرًا لصعوبة تعدين المواد المشعة والتعامل معها بأمان ، يتم تنظيمها بشدة. عند إنتاج منتج نفايات مشعة ، يجب استخدام طرق التخلص الخاصة. تُعد تكلفة مناولة المواد المشعة والتخلص منها عائقًا خطيرًا أمام الاستخراج الاقتصادي للمعادن الغنية بالمواد المشعة من العناصر الأرضية النادرة ، ولا سيما المونازيت الذي يحتوي عادةً على كميات كبيرة من الثوريوم. في الواقع ، فرض قوانين أكثر تشددًا على استخدام المعادن المشعة دفع العديد من مصادر المونازيت إلى الخروج من سوق العناصر الأرضية النادرة خلال الثمانينيات.

تتفاقم المعادن المعقدة لعناصر الأرض النادرة من خلال حقيقة أنه لا توجد خامات REE متشابهتان حقًا. نتيجةً لذلك ، لا توجد عملية قياسية لاستخراج المعادن الحاملة للأرضيات المتجددة (REE) وصقلها إلى مركبات أرضية نادرة قابلة للتسويق. لتطوير منجم العناصر الأرضية النادرة الجديدة ، يجب اختبار الخامات على نطاق واسع باستخدام مجموعة متنوعة من طرق استخراج معروفة وتسلسل فريد من خطوات المعالجة الأمثل. مقارنةً بمنجم الزنك الجديد ، فإن تطوير العمليات لعناصر الأرض النادرة يكلف الكثير من الوقت والمال.