Геологи раскрывают важную тайну, окружающую залежи редкоземельных элементов

Международная группа ученых помогла разгадать давнюю тайну того, как залежи редкоземельных элементов образуются под землей, а иногда их бесследного исчезновения.

Редкоземельные элементы (РЗЭ) — это набор из 17 ценных химических элементов, которые невероятно важны для производства технологических устройств и используются в качестве критически важного сырья во всем, от смартфонов до дисководов, ветряных турбин, спутников, электромобилей, медицинского оборудования и т. д.

Хотя их название предполагает, что они редки, на самом деле они могут быть относительно обильными ресурсами в земной коре; однако их рассеянное местоположение затрудняет их извлечение из-под поверхности, не говоря уже о экологически чистых способах.

Из-за этого концентрированные месторождения РЗЭ являются очень желанным природным ресурсом, ученые постоянно ищут новые и лучшие способы поиска и сохранения ценных минералов.

В рамках нового исследования, проведенном геологом Майклом Аненбургом из Австралийского национального университета, ученые изучали химические механизмы, с помощью которых РЗЭ образуются под поверхностью, в частности внутри и вокруг вулканической карбонатитовой породы, тесно связанной с элементами.

«Редкие породы и их измененные и выветрившиеся производные обеспечивают большую часть РЗЭ в мире», — объясняют исследователи в своей новой статье.

«Нет единой модели, объясняющей все особенности залежей РЗЭ, связанных с карбонатитами, что сильно затрудняет разведку, необходимую для обеспечения добычи».

Чтобы исследовать процессы минерализации, лежащие в основе залежей РЗЭ, связанных с карбонатитами, Аненбург и его команда смоделировали, что происходит, когда карбонатитовая порода нагревается под высоким давлением перед охлаждением и сбросом давления, как это происходит в естественных магматических процессах.

Помещая небольшие количества синтетического карбонатита в серебряные или никелевые капсулы в устройстве с поршневым цилиндром, исследователи подвергали образцы воздействию температур до 1200 °C (2192 ° F) при давлении до 2,5 гигапаскалей (ГПа) перед постепенным декомпрессированием и охлаждая их до 200 °C (392 ° F) и 0,2 ГПа.

«Цель заключалась в том, чтобы понять, что концентрирует РЗЭ из целого карбонатитового тела в локализованное месторождение с высоким содержанием золота», — пояснил Аненбург.

«Поэтому мы решили поместить карбонатит в капсулу и протестировать его сами».

До сих пор считалось, что определенные лиганды — молекулы, способные связываться с РЗЭ, включая хлор и фтор, — необходимы для того, чтобы сделать РЗЭ растворимыми, способными мобилизовать химические вещества до кристаллизованных концентраций.

Но эксперимент показал не это. Вместо этого результаты показывают, что щелочные химические вещества необходимы для переноса РЗЭ в карбонатиты и вокруг них в качестве прекурсора для минерализации экономичного класса, при этом эксперимент показывает, что натрий и калий помогли сделать РЗЭ растворимыми.

По словам исследователей, щелочные карбонатиты способны образовывать богатые РЗЭ флюиды, которые могут мигрировать на большие расстояния в магматических условиях, сохраняя при этом высокую растворимость РЗЭ.

Конечно, то, что мы наблюдали это в лабораторных условиях, не обязательно означает, что мы будем наблюдать те же самые реакции в открытых системах, в которых присутствие воды и всех других видов химических веществ в окружающей среде может изменить процесс.

Тем не менее, это шаг вперед, который пересматривает наши знания о фоновых процессах, связанных с образованием и концентрацией РЗЭ.

«Это решение, которое помогает нам лучше понять, где «тяжелые» редкоземельные элементы, такие как диспрозий, и «легкие» редкоземельные элементы, такие как неодим, могут концентрироваться внутри и вокруг интрузий карбонатита, — объясняет старший автор и геолог Фрэнсис Уолл из Университета Эксетера.

Результаты сообщаются в Science Advances.

Источники: Фото: Небольшой кусочек неодима. (Images of Elements/CC BY 3.0).