İçerik
- Nadir Toprak Elemanları "Nadir" Değildir
- Nadir Toprak Elementi Konsantrasyonları
- Alkali Magmatik Kayaçlar ve Magmalar
- Nadir Toprak Cevher Sınıflandırması
- Nadir Toprak Yerleştirici Mevduat
- Artık Nadir Toprak Mevduat
- Pegmatitlerde Nadir Toprak Elemanları
- Diğer Nadir Toprak Depozito Çeşitleri
- Zorluklar için Cevher Hazırlama
- Karmaşık Cevher Hazırlama
Nadir toprak element haritası: Amerika Birleşik Devletleri'ndeki nadir toprak elementi bölgeleri çoğunlukla batıda bulunur. Bu harita, potansiyel üretim yerlerinin yerini gösterir - tüm yerleri görmek için haritayı büyütür.
Nadir Toprak Elemanları "Nadir" Değildir
Nadir toprak elementlerinin doğal oluşumunun çeşitli jeolojik yönleri, nadir toprak elementi hammaddelerinin tedarikini güçlü şekilde etkiler. Bu jeolojik faktörler, ayrıntılı bir tartışma sonrasında izlenen olguların ifadeleri olarak sunulmuştur.
Dünya kabuğundaki nadir toprak elementlerinin milyonda 150 ila 220 parça arasında değişen tahmini ortalama konsantrasyonu (tablo 1), bakır gibi endüstriyel bir ölçekte madenciliği yapılan birçok metalin (başına 55 parça) aşar. milyon) ve çinko (milyonda 70 parça). Bununla birlikte, çoğu ticari olarak mayınlı baz ve değerli metallerin aksine, nadir toprak elementleri nadiren kıymetli maden yataklarına konsantre olur.
Nadir Toprak Elementi Konsantrasyonları
Nadir toprak elementlerinin ana konsantrasyonları nadir görülen magmatik kayaç çeşitleri, yani alkali kayaçlar ve karbonatitler ile ilişkilidir. Potansiyel olarak faydalı REE-taşıyan mineral konsantrasyonları, plaser yataklarında, magmatik kayaların derin yıpranmasından oluşan kalıntı artıkları, pegmatitler, demir-oksit bakır-altın yatakları ve deniz fosfatlarında da bulunur (Tablo 2).
Tablo 1. Nadir toprak elementlerinin kabuksal bolluğunun tahminleri.
Alkali Magmatik Kayaçlar ve Magmalar
Alkali magmatik kayaçlar, Dünya mantosundaki küçük derecelerde kayaların erimesinden kaynaklanan magmaların soğutulmasından oluşur. Alkali kayaların oluşumu karmaşıktır ve tam olarak anlaşılmamıştır, ancak ortak kaya oluşturan minerallerin yapısına uymayan bu elemanları çıkaran ve yoğunlaştıran jeolojik bir işlem olarak düşünülebilir.
Elde edilen alkali magmalar nadirdir ve nadiren zirkonyum, niyobyum, stronsiyum, baryum, lityum ve nadir toprak elementleri gibi elementlerle zenginleştirilir. Bu magmalar Dünya kabuğuna yükseldiğinde, kimyasal kompozisyonları basınç, sıcaklık ve çevresindeki kayaların kompozisyonundaki değişikliklere cevaben daha fazla değişikliğe uğrar. Sonuç, nadir bulunan toprak elementleri de dahil olmak üzere ekonomik elementlerle değişken olarak zenginleştirilmiş şaşırtıcı çeşitlilikte kaya türlerinin çeşitliliğidir. Bu kayalarla ilişkili mineral birikintileri de aynı şekilde sınıflandırma açısından oldukça çeşitli ve zordur, çünkü bu birikintilerin ayırt edici özellikleri ve nadirlikleri sadece bir veya birkaç bilinen örnekte yer alan sınıflandırmaya neden olabilir.
Nadir toprak elementi jeolojik haritası: Güney Kaliforniya'daki Mountain Pass nadir toprak elementlerinin çoğunun genelleştirilmiş jeolojik haritası. Yalnızca yüzlerce shonkinite, syenite ve carbonatite daykının temsili bir azınlığı gösterilmiştir. Mesozoyik veya Tersiyer çağa ait yaygın andezitik ve riyolitik dayklar gösterilmemiştir. USGS Açık Dosya Raporundan 2005-1219. Haritayı büyüt
Nadir Toprak Cevher Sınıflandırması
Alkali kayalara bağlı cevherlerin sınıflandırılması da tartışmalıdır. Tablo 2, alkalin olmayan magmatik kayaçlar ile ilgili tortular için benzer kategorileri takip eden nispeten basit bir sınıflandırmayı sunmaktadır. REE cevherlerini barındıran veya bunlarla ilgili daha alışılmadık alkalin kayaların bazıları, sırasıyla karbonat ve fosfat minerallerinden oluşan, karbonatit ve fosforit, magmatik kayaçlardır. Dünyada bilinen sadece 527 karbonatit olduğu için karbonatitler ve özellikle fosforitler nispeten nadirdir (Woolley ve Kjarsgaard, 2008). REE-taşıyan minerallerin ekonomik konsantrasyonları, alkali tutuşlu kompleksleri ve çevresindeki kayaları ve toprakları ve diğer alkali kayaçların diğer yıpranma ürünlerini kesen bazik kayaçlar, skarnlar ve karbonat replasman birikintileri, alkalin karışmaları, damarlar ve çukurlarda meydana gelir.
REE Periyodik Tablo: Nadir Toprak Elementleri, 15 lantanit serisi elementler, artı itriyumdur. Skandiyum çoğu nadir toprak elementi çökeltisinde bulunur ve bazen nadir bulunan toprak elementi olarak sınıflandırılır. Görüntü.
Nadir Toprak Yerleştirici Mevduat
Tüm kaya türlerinin yıpranması, akarsu ve nehir, kıyı şeridi, alüvyal vantilatör ve delta gibi çok çeşitli ortamlarda biriken tortuları verir. Erozyon süreci, özellikle altın olmak üzere, daha yoğun mineralleri yerleştiriciler olarak bilinen birikintilere yoğunlaştırır. Erozyon ürünlerinin kaynağına bağlı olarak, monazit ve ksenotime gibi bazı nadir toprak elementleri içeren mineraller, diğer ağır minerallerle birlikte konsantre edilebilir.
Kaynağın bir alkalin magmatik kaya veya ilgili nadir toprak birikintisi olması gerekmez. Birçok yaygın magmatik, metamorfik ve hatta daha eski tortul kayaçlar, monazit içeren bir plaser üretmek için yeterli miktarda monazit içerir. Sonuç olarak, monazit hemen hemen her zaman herhangi bir plaser deposunda bulunur. Bununla birlikte, en fazla monazit konsantrasyonuna sahip olan plaster tipleri, tipik olarak, titanyum oksit pigmentleri için mayınlı olan ilmenit-ağır mineral plasterleri ve kalay için mayınlı kasitit plasterleridir.
Iron Hill nadir toprak depozitosu: Kuzeybatı cepheli Iron Hill, Gunnison County, Colorado. Demir Tepesi, bir alkalin müdahaleci kompleksin merkezini oluşturan büyük bir karbonatit stoğu tarafından oluşturulur. Bu kompleks, titanyum, niyobyum, nadir toprak elementleri ve toryum gibi birçok mineral kaynağına ev sahipliği yapıyor. USGS Görüntüsü.
Artık Nadir Toprak Mevduat
Tropikal ortamlarda, onlarca metre kalınlığında demir ve alüminyum bakımından zengin bir toprak olan lateritten oluşan eşsiz bir toprak profili oluşturmak için kayalar derin bir şekilde havalandırılır. Toprak oluşum süreçleri genellikle ağır mineralleri artık tortular olarak yoğunlaştırır, bu da altta yatan tüysüz ana kaya üzerinde zenginleştirilmiş metal bir tabaka oluşturur.
Nadir bir toprak birikintisi böyle bir yıpranmaya maruz kaldığında, nadir toprak elementlerinde ekonomik ilgi konsantrasyonlarında zenginleştirilebilir. İyon absorpsiyon tipi olan belirli bir REE birikimi türü, nadir bulunan toprak elementlerinin görünüşte yaygın olan magmatik kayaçlardan ayrıştırılması ve elementlerin topraktaki killere sabitlenmesi ile oluşturulur. Bu birikintiler yalnızca Güney Çin ve Kazakistan'da bilinmektedir ve oluşumları tam olarak anlaşılamamıştır.
Pegmatitlerde Nadir Toprak Elemanları
Pegmatitler arasında, çok iri taneli istilacı magmatik kayaçlardan oluşan bir grup olan niyobyum-itriyum-flor ailesi, farklı jeolojik ortamlarda oluşturulan çok sayıda alt tipten oluşur. Bu alt tipler bileşimde granitiktir ve genellikle büyük granitik girişimlere çevresel olarak bulunurlar. Bununla birlikte, genel olarak, nadir bulunan toprak elementlerini taşıyan pegmatitler genellikle küçüktür ve sadece mineral toplayıcılar için ekonomik açıdan ilgi çekicidir.
Diğer Nadir Toprak Depozito Çeşitleri
Demir oksit bakır-altın depozito tipi, 1980'lerde Güney Avustralya'daki dev Olimpiyat Barajı depozitinin keşfedilmesinden bu yana ayrı bir depozito tipi olarak kabul edilmiştir. Olimpiyat Barajı yatağı çok fazla miktarda nadir toprak elementi ve uranyum içermesi nedeniyle olağandışıdır. Nadir toprak elementlerini bu birikintilerden kurtarmak için ekonomik bir yöntem henüz bulunamamıştır. Dünyada bu tür başka pek çok birikim tespit edilmiştir, ancak nadir toprak elementleri içeriği ile ilgili bilgiler genellikle yoktur. Magnetit-apatit replasman birikintilerinde eser miktarda nadir toprak elementleri de tanımlanmıştır.
Karst boksları, Karadağ ve diğer yerlerdeki kavernöz kireçtaşı (karst topografyasının altında yatan) biriken alüminyum bakımından zengin topraklar nadir toprak elementlerinde zenginleşmiştir, ancak ortaya çıkan konsantrasyonlar ekonomik açıdan ilgi çekici değildir (Maksimovic ve Pantó, 1996). Aynısı, yüzde 0.1 kadar REE oksitleri içerebilen deniz fosfat birikintileri için de söylenebilir (Altschuler ve diğerleri, 1966). Sonuç olarak, nadir toprak elementlerinin fosfatlı gübre üretiminin bir yan ürünü olarak geri kazanılması incelenmiştir.
Zorluklar için Cevher Hazırlama
Birçok baz ve değerli metal birikiminde, çıkarılan metaller, kalkopiritte bakır (CuFeS2) veya sfaleritte çinko (ZnS) gibi tek bir mineral fazda yüksek derecede konsantredir. Tek bir mineral fazının kayadan ayrılması nispeten kolay bir iştir. Nihai ürün, metallerin nihai özütlenmesi ve rafine edilmesi için tipik olarak bir eriticiye gönderilen bir konsantredir. Örneğin çinko, neredeyse tamamen mineral sfaleritden türetilmiştir, öyle ki, küresel çinko eritme ve arıtma endüstrisi, bu mineral için oldukça özel bir işlem geliştirmiştir. Bu nedenle, çinko üretimi, tek bir standart teknolojinin kullanılması ve yeni bir çinko madeninin geliştirilmesi büyük ölçüde geleneksel bir işlem olduğu için belirgin bir maliyet avantajına sahiptir.
Mevcut mineral işleme uygulaması, çoklu mineral fazların sıralı olarak ayrılma yeteneğine sahiptir, ancak bunu yapmak her zaman maliyet etkin değildir. İlgilenilen unsurlar, her biri farklı bir ekstraksiyon teknolojisi gerektiren, iki veya daha fazla mineral fazında bulunduğunda, mineral işleme nispeten maliyetlidir. Pek çok nadir toprak elementi kalıntısı, iki veya daha fazla nadir toprak elementi taşıyan faz içerir. Bu nedenle, nadir toprak elementlerinin büyük ölçüde tek bir mineral fazda yoğunlaştığı nadir toprak elementleri birikintileri rekabet avantajına sahiptir.Bugüne kadar, REE üretimi büyük ölçüde Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) ve ağır mineralli plaserler (monazit) gibi tek-mineral fazlı çökeltilerden geliyor.
Karmaşık Cevher Hazırlama
Bir kez ayrıldığında nadir toprak elementleri taşıyan mineraller, daha fazla ayrıştırılması ve rafine edilmesi gereken en fazla 14 ayrı nadir toprak elementi (lantanitler ve itriyum) içerir. Nadir toprak elementlerinin çıkarılması ve rafine edilmesi karmaşıklığı, Kaliforniya'daki Mountain Pass madenine ait metalurjik bir akış şemasıyla gösterilmektedir (şek. 2). Kimyasal olarak basit bileşikler olan metal sülfürlerin aksine, REE taşıyan mineraller oldukça karmaşıktır. Sfalerit (ZnS) gibi baz metal sülfit cevherleri tipik olarak sülfürü yakmak ve erimiş metalden safsızlıkları ayırmak için eritilir. Elde edilen metal, elektroliz ile neredeyse saflığa arıtılmıştır. Öte yandan, nadir bulunan toprak elementleri tipik olarak, farklı nadir toprak elementlerini ayırmak ve safsızlıkları gidermek için onlarca kimyasal işlemden geçirilir ve rafine edilir.
REE içeren minerallerde başlıca zararlı kirlilik, cevherlere istenmeyen bir radyoaktivite veren toryumdur. Radyoaktif maddelerin taşınması ve güvenli bir şekilde taşınması zor olduğu için, yoğun bir şekilde düzenlenirler. Bir radyoaktif atık ürün üretildiğinde, özel elden çıkarma yöntemleri kullanılmalıdır. Radyoaktif malzemenin taşınması ve elden çıkarılmasının maliyeti, tipik olarak önemli miktarda toryum içeren daha fazla radyoaktif REE bakımından zengin minerallerin, özellikle monazitin ekonomik olarak çıkarılmasında ciddi bir engeldir. Aslında, radyoaktif minerallerin kullanımıyla ilgili daha sıkı düzenlemelerin uygulanması, 1980'lerde nadir toprak elementleri pazarından birçok monazit kaynağını sürükledi.
Nadir toprak elementlerinin karmaşık metalurjisi, hiçbir REE cevherinin gerçekte birbirine benzememesiyle birleşmektedir. Sonuç olarak, REE taşıyan mineralleri çıkarmak ve bunları pazarlanabilir nadir toprak bileşikleri haline getirmek için standart bir işlem yoktur. Yeni bir nadir toprak elementi madeni geliştirmek için, çeşitli bilinen ekstraksiyon yöntemleri ve eşsiz bir optimize işlem adımları dizisi kullanılarak cevherlerin kapsamlı bir şekilde test edilmesi gerekir. Yeni bir çinko madeni ile karşılaştırıldığında, nadir toprak elementleri için proses geliştirme oldukça fazla zaman ve para gerektiriyor.