Post sponsored by NewzEngine.com

MIL OSI Перевод. Анализ вечернего отчета – с английского на русский –

Источник: The Conversation (Австралия и Новая Зеландия). – Жоэль Брюггер, профессор синхротронных наук о Земле, Университет Монаша.

НАСА

Более десяти лет назад так называемая «редкоземельный кризис” подчеркнул хрупкость цепочки поставок этих металлов, которые имеет решающее значение для перехода к углеродно-нейтральной экономике. Большая часть мировых запасов этих полезных ископаемых поступает из горстки гигантских месторождений руды, но мы до сих пор мало знаем о том, как образовались эти месторождения.

Несмотря на название, редкоземельные элементы относительно широко распространены в земной коре по сравнению с такими элементами, как золото и платина. Однако крупных концентрированных месторождений, пригодных для разработки, гораздо меньше.

Чтобы понять, как образуются эти отложения, мы воссоздали адские температуры, давление и химическую среду, которые возникают в километрах от поверхности Земли, и использовали интенсивные рентгеновские лучи, чтобы исследовать поведение редкоземельных элементов вплоть до молекулярного уровня.

Мы обнаружили ранее неизвестный процесс при этом редкоземельные элементы могут связываться с обычным химическим веществом, называемым карбонатом, в горячих жидкостях при высоком давлении. Это дает подсказки о том, как формируются месторождения редкоземельных элементов, а также о том, как мы можем реконструировать процесс для извлечения этих редких металлов более устойчивым способом.

Что нужно для образования гигантского месторождения редкоземельных элементов?

Редкоземельные элементы обладают уникальными электромагнитными свойствами, что делает их необходимыми для прочных сплавов и магнитов, используемых в ветряных турбинах и двигателях электромобилей, а также для экранов смартфонов и аудиосистем. Shutterstock

То редкоземельные элементы представляют собой группу из 15 мягких серебристых тяжелых металлов, находящихся в нижней части периодической таблицы (от лантана до лютеция). Еще два элемента (скандий и иттрий) также часто включают в группу из-за сходства их химического поведения.

Сегодняшние гигантские залежи редкоземельных элементов связаны с необычными типами расплавленной породы, называемой карбонатитовой и щелочной магмой. Эти магмы не содержат много кремния (второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода), но вместо этого содержат много щелочных металлов (натрия и калия), кальция и летучих элементов, таких как углерод, фтор или фосфор.

Подробнее:Что такое редкоземельные элементы, важнейшие элементы современных технологий? 4 вопроса ответили

Все горные породы вокруг нас содержат значительное количество редкоземельных элементов, но они концентрируются в этих экзотических магмах в результате медленной кристаллизации в земной коре. Обычно этого недостаточно, чтобы образовать месторождение руды, которое состоит из миллионов тонн горной породы, состоящей из редкоземельных элементов на 5-50% по весу. Требуется второй шаг концентрации.

В гигантских месторождениях, таких как Баян-Обо во Внутренней Монголии, горячие флюиды, насыщенные карбонатом, по-видимому, подвергались этой дополнительной стадии концентрирования. Но как именно было загадкой.

Безопасный билет в Аид с рентгеновским зрением

Мы думаем, что редкоземельные руды образовались в километрах ниже поверхности Земли. Миллионы лет назад высокие температуры (200-800 ℃) и давления (в сотни и тысячи раз превышающие атмосферное давление) превратили ранее существовавшие концентрации редкоземельных элементов в ценные руды.

У геологов нет возможности пойти и посмотреть, как образуется руда, но мы попытались сделать следующий лучший шаг.

Жоэль Брюггер устанавливает новый образец в автоклав для рентгеновских измерений при высоком давлении и температуре на синхротроне ESRF в Гренобле, Франция. Денис Тестемаль, CNRS

Мы смогли воссоздать и изучить что-то похожее на условия, которые царили во время образования руды, используя Французскую линию абсорбционной спектроскопии (FAME) в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, Франция.

Мы использовали специально разработанный автоклав (геологический котел для приготовления пищи) для создания температуры до 600 ℃ и давления до 200 мегапаскалей, что соответствует глубине около 7 км в земной коре.

На синхротроне ESRF, который фактически представляет собой гигантскую рентгеновскую пушку, в 100 миллиардов раз мощнее рентгеновского аппарата в больнице, мы можем исследовать состав и молекулярную структуру жидкостей и растворенных материалов внутри кастрюли. Безопасный билет в Аид благодаря рентгеновскому зрению!

В частности, мы исследовали, как редкоземельные элементы связаны с хлором, фтором, гидроксидом или карбонатом, присутствующим в жидкостях при высоких давлениях и температурах. Реакции между редкоземельными элементами и этими так называемыми «лигандами» ответственны за растворимость редкоземельных минералов.

Новые способы извлечения редкоземельных элементов

Результаты были неожиданными. Во-первых, мы обнаружили, что жидкости, богатые карбонатом, могут содержать большое количество редкоземельных элементов. Во-вторых, добавление фтора мало повлияло на способность жидкостей переносить редкоземельные элементы.

Это означает, что горячие флюиды, богатые карбонатами, могут вместе переносить редкоземельные элементы и фтор, поэтому обычные рудные минералы, такие как бастнезит (состоящий из редкоземельных элементов, карбоната и фтора), могут осаждаться из флюида при его охлаждении.

Флюиды, богатые карбонатом и фтором, могут нести большое количество редкоземельных элементов, отлагая их в месторождениях полезных руд с высоким содержанием.

Наши эксперименты также показывают, что флюиды, богатые карбонатами, будут концентрировать больше легких редкоземельных элементов (таких как лантан) или тяжелых (таких как гадолиний и иттербий) при разных температурах. Это важно для определения экономической ценности руд, поскольку некоторые редкоземельные элементы дороже других.

Что наиболее важно, на экономические и экологические затраты на добычу редкоземельных элементов сильно влияет сложность разделения различных элементов. Многие руды также содержат радиоактивные элементы, такие как уран и торий, с которыми необходимо бороться.

Подробнее:Критические полезные ископаемые жизненно важны для возобновляемых источников энергии. Мы должны научиться ответственно их добывать

Наши результаты открывают новый путь переработки редкоземельных элементов: использование экологически чистых карбонатных растворов для выщелачивания редкоземельных элементов из руды при высоких температурах.

Таким образом, мы сможем реконструировать процесс рудообразования, чтобы извлечь металлы, необходимые для поддержания перехода мира к углеродно-нейтральной экономике.

Джоэль Брюггер получает финансирование от государственных (Австралийский исследовательский совет) и частных (горнодобывающие компании) организаций.

Марион Лувель получает финансирование от DFG (Немецкий исследовательский фонд) и EU Horizon 2020.

Барбара Эчманн не работает, не консультирует, не владеет акциями и не получает финансирование от какой-либо компании или организации, которые могли бы извлечь выгоду из этой статьи, и не раскрыла никаких соответствующих связей, кроме своей академической должности.

– исх. Мощные рентгеновские лучи показывают рождение гигантских месторождений редкоземельных элементов и могут дать ключ к устойчивой добыче полезных ископаемых. https://theconversation.com/powerful-x-rays-reveal-the-birth-of-giant-rare-earth-element-deposits-and-may-give-clues-for-sustainable-mining-178781

ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: Эта статья является переводом. Приносим свои извинения, если грамматика и/или структура предложения не идеальны.

MIL OSI Europe News