Turinys
- Retų žemių elementai nėra „reti“
- Retų žemių elementų koncentracijos
- Šarminės magnetinės uolienos ir magmos
- Retųjų žemių rūdos klasifikacija
- Retų žemių plokštelių indėliai
- Likutiniai retųjų žemių telkiniai
- Retų žemių elementai pegmatituose
- Kiti retųjų žemių telkinių tipai
- Mineralų perdirbimas iššūkiams
- Kompleksinis mineralų apdorojimas
Retų žemių elementų žemėlapis: Retųjų žemių elementų rajonai JAV daugiausia yra vakaruose. Šis žemėlapis parodo galimų gamybos vietų vietą - padidinkite žemėlapį, kad pamatytumėte visas vietas.
Retų žemių elementai nėra „reti“
Keletas geologinių natūralių retųjų žemių elementų atsiradimo aspektų daro didelę įtaką retųjų žemių elementų žaliavų tiekimui. Šie geologiniai veiksniai pateikiami kaip faktų teiginiai, po kurių eina išsami diskusija.
Numatoma vidutinė retųjų žemių elementų koncentracija Žemės plutoje, kuri svyruoja nuo maždaug 150 iki 220 dalių milijonui (1 lentelė), viršija daugelio kitų metalų, kurie yra iškasami pramoniniu mastu, pavyzdžiui, vario (55 dalys vienai daliai). mln.) ir cinko (70 dalių milijonui). Tačiau skirtingai nei dauguma komerciškai kasamų bazinių ir tauriųjų metalų, retųjų žemių elementai retai būna sutelkiami į iškasamų rūdų telkinius.
Retų žemių elementų koncentracijos
Pagrindinės retųjų žemių elementų koncentracijos yra susijusios su nedažniomis dulkių uolienų, būtent šarminių uolienų ir karbonatitų, rūšimis. Potencialiai naudingos REE turinčių mineralų koncentracijos taip pat randamos placerinėse nuosėdose, liekanosiose nuosėdose, susidarančiose dulkinant uolienas, pegmatitus, geležies oksido vario ir aukso telkinius ir jūrinius fosfatus (2 lentelė).
1 lentelė. Įvertintos retųjų žemių elementų plutos gausa.
Šarminės magnetinės uolienos ir magmos
Šarminės negirdėtosios uolienos susidaro aušinant magmas, susidarančias dėl nedidelio laipsnio dalinio uolienų tirpimo Žemės mantijoje. Šarminių uolienų susidarymas yra sudėtingas ir iki galo nesuprantamas, tačiau galima manyti, kad tai yra geologinis procesas, išgaunantis ir sutelkiantis tuos elementus, kurie netelpa į įprastų uolienų formavimo mineralų struktūrą.
Gautos šarminės magmos yra retos ir neįprastai praturtintos tokiais elementais kaip cirkonis, niobis, stroncis, baris, ličio ir retųjų žemių elementai. Kai šios magmos patenka į Žemės plutą, jų cheminė sudėtis toliau keičiasi, reaguodama į aplinkinių uolienų slėgį, temperatūrą ir sudėtį. Rezultatas yra stulbinanti uolienų, kurios įvairiai praturtintos ekonominiais elementais, įskaitant retųjų žemių elementus, įvairovė. Mineralinių nuosėdų, susijusių su šiomis uolienomis, klasifikavimas taip pat yra gana įvairus ir nepatogus, nes dėl šių telkinių skiriamųjų bruožų ir jų retumo gali būti klasifikuojami tik keli ar keli žinomi pavyzdžiai.
Retųjų žemių elementų geologinis žemėlapis: Apibendrintas daugumos Mountain Pass retųjų žemių elementų rajono pietiniame Kalifornijoje geologinis žemėlapis. Parodyta tik reprezentacinė mažuma iš šimtų shonkinitų, sinoidų ir karbonatitų pylimų. Paplitę mezozojaus ar tretinio amžiaus andesitiniai ir roliolitiniai pylimai nerodomi. Iš USGS atviros bylos ataskaitos 2005–1219. Padidinti žemėlapį.
Retųjų žemių rūdos klasifikacija
Rūdų, susijusių su šarminėmis uolienomis, klasifikavimas taip pat ginčytinas. 2 lentelėje pateikiama gana paprasta klasifikacija, pagal analogiškas indėlių, susijusių su nekalkalinėmis dujinėmis uolienomis, kategorijas. Kai kurios labiau neįprastos šarminės uolienos, kuriose yra ar yra susijusios REE rūdos, yra karbonatitas ir foskoritas, dujinės uolienos, sudarytos atitinkamai iš karbonato ir fosfato mineralų. Karbonatitai, ypač foskoritai, yra gana nedažni, nes pasaulyje yra tik 527 žinomi karbonatitai (Woolley ir Kjarsgaard, 2008). REE turinčių mineralų ekonominės koncentracijos būna kai kuriose šarminėse uolienose, šermukšniuose ir karbonatus pakeičiančiose nuosėdose, susijusiose su šarminiais įsiskverbimais, venomis ir užtvankomis, pjaunančiomis šarminius dumblių kompleksus ir aplinkines uolienas, dirvožemiuose ir kituose šarminių uolienų atmosferos poveikiuose.
REE periodinė lentelė: Retųjų žemių elementai yra 15 lantanidų serijos elementų ir itris. Skandis randamas daugelyje retųjų žemių elementų telkinių ir kartais klasifikuojamas kaip reto žemės elemento elementas. Paveikslėlis.
Retų žemių plokštelių indėliai
Dėl visų rūšių uolienų oro sąlygų susidaro nuosėdos, kurios nusėda įvairiose aplinkose, tokiose kaip upeliai ir upės, kranto linijos, aliuviniai ventiliatoriai ir deltos. Erozijos metu tankesni mineralai, ypač auksas, sutelkiami į indėlius, vadinamus vietomis. Atsižvelgiant į erozijos produktų šaltinį, kai kurie retųjų žemių elementus turintys mineralai, tokie kaip monazitas ir ksenotimas, gali būti koncentruoti kartu su kitais sunkiaisiais mineralais.
Šaltinis nebūtinai turi būti šarminės dujinės uolienos ar susijusios retųjų žemių sąnašos. Daugybėje įprastų dumblių, metamorfinių ir net senesnių nuosėdinių uolienų yra pakankamai monazito, kad susidarytų monazitą turintis placeras. Dėl to monazitas beveik visada randamas bet kokio placero indėlyje. Didesnės monazito koncentracijos dozatoriai yra tipiniai ilmenito-sunkiųjų mineralinių medžiagų, kurie buvo iškasti titano oksido pigmentams, ir kasetoritiniai - skardos - kasatoriai.
Geležinio kalno retųjų žemių telkinys: Geležies kalvos vaizdas į šiaurės vakarus, Gunnison County, Koloradas. Geležies kalnas yra suformuotas iš didžiulės karbonatų atsargos, sudarančios šarminio invazinio komplekso centrą. Šiame komplekse yra daugybė mineralinių išteklių, įskaitant titaną, niobį, retųjų žemių elementus ir torį. USGS vaizdas.
Likutiniai retųjų žemių telkiniai
Atogrąžų aplinkoje uolienos yra giliai prislėgtos, kad susidarytų unikalus dirvožemio profilis, sudarytas iš laterito - kelių dešimčių metrų storio grunto, kuriame gausu geležies ir aliuminio. Dirvožemio formavimo procese sunkieji mineralai paprastai būna sukoncentruojami kaip liekanos, susidarant praturtintam metalo sluoksniui virš pagrindinio, neišplauto baseino.
Kai retieji žemių telkiniai yra tokie oro sąlygoms, jie gali būti praturtinti retųjų žemių elementais, esant ekonominės svarbos koncentracijai. Ypatingas REE telkinio tipas, jonų absorbcijos tipas, susidaro išplaunant retųjų žemių elementus iš, atrodo, įprastų svetimų uolienų ir pritvirtinant elementus ant molio dirvožemyje. Šie telkiniai žinomi tik pietų Kinijoje ir Kazachstane ir jų susidarymas yra mažai suprantamas.
Retų žemių elementai pegmatituose
Tarp pegmatitų, labai šiurkščiavilnių, įsiskverbiančių į išorę uolienų grupė, niobio-itrio-fluoro šeima, apima daugybę potipių, suformuotų skirtingose geologinėse aplinkose. Šie potipiai yra granitinės sudėties ir dažniausiai būna periferiniai iki didelių granitinių įbrėžimų. Tačiau paprastai retųjų žemių elementai, turintys pegmatiitus, yra maži ir ekonomiškai svarbūs tik mineralų kolekcionieriams.
Kiti retųjų žemių telkinių tipai
Geležies oksido vario ir aukso telkinys buvo pripažintas atskiru indėlio tipu tik nuo 1980 m. Pietų Australijoje atradusio milžinišką olimpinės užtvankos telkinį. Olimpinės užtvankos telkinys yra neįprastas tuo, kad jame yra didelis kiekis retųjų žemių elementų ir urano. Ekonominis retųjų žemių elementų atkūrimo iš šių telkinių metodas dar nerastas. Visame pasaulyje nustatyta daugybė kitų tokio tipo telkinių, tačiau informacijos apie jų retųjų žemių elementų kiekį paprastai trūksta. Taip pat nustatyta, kad magneto-apatito pakaitaluose yra retųjų žemių elementų pėdsakų.
Karstiniai boksitai, aliuminio turtingi dirvožemiai, besikaupiantys kavernose kalkakmenyje (pagrindinė karsto topografija) Juodkalnijoje ir kitur, yra praturtinti retųjų žemių elementais, tačiau susidariusios koncentracijos neturi ekonominės svarbos (Maksimovic ir Pantó, 1996). Tą patį galima pasakyti apie jūrinių fosfatų indėlius, kuriuose gali būti net 0,1 proc. REE oksidų (Altschuler ir kiti, 1966). Todėl buvo ištirtas retųjų žemių elementų, kaip fosfatinių trąšų gamybos šalutinis produktas, atsigavimas.
Mineralų perdirbimas iššūkiams
Daugelyje netauriųjų ir tauriųjų metalų telkinių išgaunami metalai yra labai koncentruoti vienoje mineralinėje fazėje, tokioje kaip varis chalkopirite (CuFeS2) arba cinkas sfalerite (ZnS). Atskirti vieną mineralinę fazę nuo uolienų yra gana lengva užduotis. Galutinis produktas yra koncentratas, paprastai siunčiamas į lydyklą, kad galutinai išgautų ir išvalytų metalus. Pvz., Cinkas beveik visiškai gaunamas iš mineralinio sfalerito, todėl pasaulinė cinko lydymo ir rafinavimo pramonė sukūrė labai specializuotą šio mineralo apdorojimą. Taigi cinko gamyba turi ryškų išlaidų pranašumą, nes naudojama viena standartinė technologija, o naujos cinko kasyklos plėtra yra iš esmės įprastas procesas.
Dabartinė mineralų perdirbimo praktika gali nuosekliai atskirti kelias mineralų fazes, tačiau tai ne visada yra ekonomiškai efektyvu. Kai dominantys elementai randami dviejose ar daugiau mineralinių fazių, kurių kiekvienai reikia skirtingos gavybos technologijos, mineralų perdirbimas yra gana brangus. Daugelyje retųjų žemių elementų telkinių yra dvi ar daugiau retųjų žemių elementų laikančių fazių. Todėl retųjų žemių elementų telkiniai, kuriuose retųjų žemių elementai daugiausia yra sukoncentruoti vienoje mineralinėje fazėje, turi konkurencinį pranašumą.Iki šiol REE gaminama daugiausia iš vienos mineralinės fazės telkinių, tokių kaip Bayan Obo (bastnasitas), Mountain Pass (bastnasitas) ir sunkiųjų mineralų talpyklos (monazitas).
Kompleksinis mineralų apdorojimas
Retųjų žemių elementus turintys mineralai, atskirti, turi net 14 atskirų retųjų žemių elementų (lantanidų ir itrio), kuriuos reikia dar atskirti ir patobulinti. Retųjų žemių elementų gavybos ir rafinavimo sudėtingumą iliustruoja Kalifornijos kasyklos Kalifornijoje metalurgijos srauto lapas (2 pav.). Skirtingai nuo metalų sulfidų, kurie yra chemiškai paprasti junginiai, REE turintys mineralai yra gana sudėtingi. Netauriųjų metalų sulfidinės rūdos, tokios kaip sfaleritas (ZnS), paprastai yra kvepiančios, kad būtų sudeginta siera ir atskirtos priemaišos nuo išlydyto metalo. Gautas metalas toliau gryninamas iki beveik gryno elektrolizės būdu. Kita vertus, retųjų žemių elementai paprastai išgaunami ir tobulinami dešimtimis cheminių procesų, siekiant atskirti įvairius retųjų žemių elementus ir pašalinti priemaišas.
Pagrindiniai REE turinčių mineralų žalingi nešvarumai yra toris, kuris rūdoms suteikia nepageidaujamą radioaktyvumą. Kadangi radioaktyviąsias medžiagas sunku iškasti ir saugiai tvarkyti, jos yra labai reguliuojamos. Kai gaminamas radioaktyviųjų atliekų produktas, turi būti naudojami specialūs šalinimo metodai. Radioaktyviųjų medžiagų tvarkymo ir laidojimo išlaidos yra rimta kliūtis radioaktyviųjų REE turinčių mineralų, ypač monazito, kuriame paprastai yra daug torio, ekonominiam gavybai. Dešimtajame dešimtmetyje, įvedus griežtesnius radioaktyviųjų mineralų naudojimo reglamentus, daugelis monazito šaltinių buvo išstumti iš retųjų žemių elementų rinkos.
Sudėtingą retųjų žemių elementų metalurgiją apsunkina tai, kad nėra dviejų REE rūdų. Dėl to nėra standartinio metodo, kaip išgauti REE turinčius mineralus ir juos perdirbti į parduodamus retųjų žemių junginius. Norint sukurti naują retųjų žemių elementų kasyklą, rūdos turi būti išsamiai ištirtos, naudojant įvairius žinomus ekstrahavimo metodus ir unikalią optimizuotų perdirbimo žingsnių seką. Palyginti su nauja cinko kasykla, retųjų žemių elementų kūrimas kainuoja žymiai daugiau laiko ir pinigų.