Content
- Els elements de terres rares no són "rares"
- Concentracions d’elements de terra rara
- Roques i Magmes Igneos alcalins
- Classificació de terres rares
- Dipòsits de placer de terres rares
- Dipòsits de terres rares residuals
- Elements de terres rares en pegmatites
- Altres tipus de dipòsits de terres rares
- Processament de minerals per a reptes
- Processament mineral complex
Mapa d’elements de terres rares: Els districtes d’elements de terres rares als Estats Units es troben principalment a l’oest. Aquest mapa mostra la ubicació de les ubicacions de producció potencials. Amplia el mapa per veure totes les ubicacions.
Els elements de terres rares no són "rares"
Diversos aspectes geològics de l’ocurrència natural d’elements de terres rares influeixen fortament en el subministrament de matèries primeres d’elements de terres rares. Aquests factors geològics es presenten com a declaracions de fets seguides d’una discussió detallada.
La concentració mitjana estimada dels elements de la terra rara a l'escorça terrestre, que oscil·la entre 150 i 220 parts per milió (taula 1), supera la de molts altres metalls que es troben a escala industrial, com el coure (55 parts per milions) i zinc (70 parts per milió). A diferència de la majoria de metalls preciosos i bases minades comercials, no obstant això, els elements de terres rares rarament es concentren en dipòsits de mineral minable.
Concentracions d’elements de terra rara
Les principals concentracions d’elements de terres rares estan associades a varietats poc comunes de roques ígnies, és a dir, roques alcalines i carbonatites. Les concentracions potencialment útils de minerals portadors de REE també es troben en dipòsits de placer, dipòsits residuals formats a partir de la meteorització profunda de roques ígnies, pegmatites, dipòsits de coure-òxid de ferro i òxids de ferro i fosfats marins (taula 2).
Taula 1. Estimació de l’abundància crosta d’elements de terra rara.
Roques i Magmes Igneos alcalins
Les roques ígnies alcalines es formen pel refredament dels magmes derivats de petits graus de fusió parcial de les roques al mantell de la Terra. La formació de roques alcalines és complexa i no s’entén del tot, però es pot pensar com un procés geològic que extreu i concentra aquells elements que no s’ajusten a l’estructura dels minerals com a formadors de roques.
Els magmes alcalins resultants són rars i inusualment enriquits en elements com el zirconi, el niobi, l'estronci, el bari, el liti i els elements de la terra rara. Quan aquests magmes ascendeixen a l'escorça terrestre, la seva composició química sofreix canvis addicionals en resposta a variacions de pressió, temperatura i composició de les roques circumdants. El resultat és una sorprenent diversitat de tipus de roques que s’enriqueixen variablement en elements econòmics, inclosos els elements de terres rares. Els dipòsits de minerals associats a aquestes roques són també molt diversos i difícil de classificar, ja que les característiques distintives d’aquests jaciments i la seva raresa poden donar lloc a classificacions que només tenen un o alguns exemples coneguts.
Mapa geològic d’elements de terres rares: Mapa geològic generalitzat de la major part del districte d’elements de terres rares del Mountain Pass, al sud de Califòrnia. Només es mostra una minoria representativa dels centenars de diques de shonkinita, syenita i carbonatita. No es mostren els dics andesítics i riolítics, d’edat mesozoica o terciària. De l’Informe Open-File USGS 2005-1219. Amplia el mapa.
Classificació de terres rares
La classificació de minerals relacionats amb roques alcalines també és controvertida. La taula 2 presenta una classificació relativament simple que segueix categories anàlogues per a dipòsits relacionats amb roques ígnies no alcalines. Algunes de les roques alcalines més inusuals que alberguen o tenen relació amb els minerals REE són carbonatita i fosforita, roques ígnies compostes principalment per carbonats i minerals de fosfat, respectivament. Les carbonatites, i especialment les foscorites, són relativament infreqüents, ja que només hi ha 527 carbonatites conegudes al món (Woolley i Kjarsgaard, 2008). Les concentracions econòmiques de minerals portadors de REE es produeixen en algunes roques alcalines, skarns i dipòsits de substitució de carbonats associats a intrusions alcalines, venes i digues que tallen complexos ígns alcalins i roques circumdants, i sòls i altres productes meteorològics de roques alcalines.
Taula periòdica REE: Els elements de la Terra rara són els 15 elements de la sèrie de lantànids, a més de l'ittriu. L’escandium es troba en la majoria de dipòsits d’elements de terra rara i de vegades es classifica com un element de terra rara. Imatge de.
Dipòsits de placer de terres rares
La meteorització de tot tipus de roques produeix sediments que es dipositen en una gran varietat d’ambients, com ara rierols i rius, riberes, ventalls al·luvials i deltes. El procés d’erosió concentra minerals més densos, sobretot l’or, en dipòsits coneguts com a col·locadors. Segons la font dels productes d’erosió, es poden concentrar determinats minerals que porten elements de terres rares, com el monazita i el xenotim, juntament amb altres minerals pesants.
La font no ha de ser una roca ígnia alcalina o un dipòsit de terres rares relacionat. Moltes roques sedimentàries ígnies, metamòrfiques i fins i tot més antigues contenen prou monazita per produir una placa portadora de monazites. Com a resultat, la monazita es troba gairebé sempre en qualsevol dipòsit de placeta. Tanmateix, els tipus de classificadors amb majors concentracions de monazita són els topònims mineralitzats amb gran intensitat ilmenita, que han estat extrets per als pigments d'òxid de titani i els col·locadors de cassiterita, que es poden extreure per a l'estany.
Dipòsit de terres rares de Iron Hill: Vista al nord-oest de Iron Hill, comtat de Gunnison, Colorado. Iron Hill està format per un massís estoc de carbonatita que forma el centre d’un complex intrusiu alcalí. Aquest complex acull molts recursos minerals, inclòs el titani, el niobi, elements de terres rares i el tori. USGS Imatge
Dipòsits de terres rares residuals
En entorns tropicals, les roques estan profundament desgastades per formar un perfil de sòl únic format per laterita, un sòl ric en ferro i alumini, fins a moltes desenes de metres de gruix. Els processos de formació del sòl concentren habitualment minerals pesats com a dipòsits residuals, donant com a resultat una capa de metall enriquit sobre el llit subterrani subterrànic.
Quan un dipòsit de terres rares pateix aquesta intempèrie, es pot enriquir en elements de terres rares en concentracions d'interès econòmic. Un tipus particular de dipòsit REE, el tipus d’absorció d’ions, és format per la lixiviació d’elements de terres rares a partir de roques ígnies aparentment comunes i la fixació dels elements a les argiles del sòl. Aquests dipòsits només es coneixen al sud de la Xina i el Kazakhstan i la seva formació és poc entesa.
Elements de terres rares en pegmatites
Entre les pegmatites, un grup de roques ígnies intrusives de gra gruixut molt gruixuda, la família niobi-itri-fluor, comprèn un gran nombre de subtipus formats en diferents entorns geològics. Aquests subtipus són de composició granítica i se solen trobar perifèrics a intrusions granítiques grans. En general, però, els pegmatites que porten elements de terres rares són generalment petits i són d'interès econòmic només per als col·lectors de minerals.
Altres tipus de dipòsits de terres rares
El dipòsit del tipus de dipòsit de coure i òxid de ferro només ha estat reconegut com un tipus de dipòsit diferent des del descobriment del dipòsit gegant de la presa olímpica al sud d'Austràlia a la dècada de 1980. El dipòsit de la presa olímpica és inusual ja que conté grans quantitats d’elements de terres rares i urani. Encara no s'ha trobat cap mètode econòmic per recuperar elements de terres rares d'aquests dipòsits. S'han identificat molts altres dipòsits d'aquest tipus a tot el món, però generalment manca informació sobre el contingut d'elements de terra rara. També s’han identificat quantitats de traces d’elements de terres rares en dipòsits de substitució de magnetita i apatita.
Les bauxites càrstiques, sòls rics en alumini que s’acumulen en calcàries cavernoses (topografia càrstica subjacent) a Montenegro i altres llocs, s’enriqueixen en elements de terres rares, però les concentracions resultants no són d’interès econòmic (Maksimovic i Pantó, 1996). El mateix es pot dir dels dipòsits de fosfat marí, que poden contenir fins al 0,1 per cent òxids de REE (Altschuler i altres, 1966). Com a resultat, s'ha investigat la recuperació d'elements de terres rares com a subproducte de la fabricació de fertilitzants fosfats.
Processament de minerals per a reptes
En molts dipòsits de base i metalls preciosos, els metalls extrets estan altament concentrats en una sola fase mineral, com el coure en calcopirita (CuFeS2) o el zinc en eshalerita (ZnS). La separació d’una sola fase mineral de la roca és una tasca relativament fàcil. El producte final és un concentrat enviat normalment a una fosa per a l'extracció i el perfeccionament final dels metalls. El zinc, per exemple, es deriva gairebé completament de l’esfererita mineral, de manera que la indústria global de la fosa i refinació de zinc ha desenvolupat un tractament altament especialitzat d’aquest mineral. Per tant, la producció de zinc té un avantatge significatiu en els costos pel fet que s’utilitza una sola tecnologia estàndard i el desenvolupament d’una nova mina de zinc és un procés en gran part convencional.
La pràctica actual de processament de minerals és capaç de separar seqüencialment de múltiples fases minerals, però no sempre és rendible fer-ho. Quan es troben elements d’interès en dues o més fases minerals, cadascuna que requereix una tecnologia d’extracció diferent, el processament de minerals és relativament costós. Molts dipòsits d’elements de terres rares contenen dues o més fases de suport d’elements de terra rara. Per tant, els dipòsits d’elements de terra rara en què els elements de terres rares es concentren en una sola fase mineral tenen un avantatge competitiu.Fins a la data, la producció de REE prové en gran part de dipòsits monofàsics, com ara Bayan Obo (bastnasita), Mountain Pass (bastnasita) i col·locadors de minerals pesats (monazita).
Processament mineral complex
Els minerals que porten elements de terres rares, un cop separats, contenen fins a 14 elements individuals de terres rares (lantànids i itri) que s’han de separar i perfeccionar. La complexitat d’extreure i perfeccionar elements de terres rares s’il·lustra en un full de flux metal·lúrgic per a la mina Mountain Pass a Califòrnia (fig. 2). A diferència dels sulfurs metàl·lics, que són compostos químicament simples, els minerals que porten REE són força complexos. Els minerals de sulfurs metàl·lics de base, com l’esfalerita (ZnS), es fonen típicament per cremar sofre i separar les impureses del metall fos. El metall resultant es perfecciona a més a prop de la puritat mitjançant electròlisi. D'altra banda, els elements de terres rares són extrets i refinats mitjançant desenes de processos químics per separar els diferents elements de terres rares i eliminar les impureses.
La principal impuresa perjudicial dels minerals que porten REE és el tió, que proporciona una radioactivitat indesitjada als minerals. Com que els materials radioactius són difícils de minar i de manejar de forma segura, es troben fortament regulats. Quan es produeix un residu radioactiu, s’han d’utilitzar mètodes d’eliminació especials. El cost de la manipulació i la eliminació del material radioactiu és un greu impediment per a l'extracció econòmica dels minerals més radioactius que contenen REE, en particular el monazita, que normalment conté tions considerables. De fet, la imposició de regulacions més estrictes sobre l’ús de minerals radioactius va treure moltes fonts de monazita al mercat d’elements de la terra rara durant els anys vuitanta.
La complexa metal·lúrgia d’elements de terres rares s’accentua en el fet que no hi ha dos minerals REE realment iguals. Com a resultat, no hi ha cap procés estàndard per extreure els minerals que contenen REE i perfeccionar-los en compostos de terres rares comercialitzables. Per desenvolupar una nova mina d’elements de terra rara, s’han de provar extensivament els minerals mitjançant diversos mètodes d’extracció coneguts i una seqüència única de passos de processament optimitzats. En comparació amb una nova mina de zinc, el desenvolupament de processos d’elements de terres rares costa substancialment més temps i diners.