Ein kleines Stück Neodym. (Images of Elements/CC BY 3.0) Ein internationales Wissenschaftlerteam hat dazu beigetragen, ein seit langem bestehendes Rätsel darüber zu lösen, wie sich im Untergrund Ablagerungen seltener Erden bilden – und manchmal spurlos zu verschwinden scheinen.
Seltene Erdvorkommen (REEs) sind eine Reihe von 17 wertvollen chemischen Elementen, die bei der Herstellung technologischer Geräte von enormer Bedeutung sind und als kritische Rohstoffe in allem verwendet werden, von Smartphones über Festplattenlaufwerke, Windkraftanlagen, Satelliten, Elektrofahrzeuge, medizinische Geräte und mehr.
Obwohl ihr Name vermuten lässt, dass sie selten sind, können sie tatsächlich relativ selten sein reichlich vorhandene Ressourcen in der Erdkruste ; Ihre Streustreuung macht es schwierig, sie zu isolieren und unter der Oberfläche hervorholen , geschweige denn auf umweltfreundliche Weise.
Aus diesem Grund, Konzentrierte REE-Lagerstätten sind eine äußerst begehrte natürliche Ressource , und Wissenschaftler sind ständig auf der Suche nach neuen und besseren Wegen Finden und Sichern der wertvollen Mineralien .
In einem neue Studie Unter der Leitung des Geologen Michael Anenburg von der Australian National University wollten Forscher die chemischen Mechanismen erforschen, durch die REEs unter der Oberfläche entstehen, insbesondere in und um das magmatische Gestein Karbonatit Gestein, das eng mit den Elementen verbunden ist.
„Diese seltenen Gesteine und ihre veränderten und verwitterten Derivate liefern den größten Teil der REE der Welt“, so die Forscher erklären in ihrem neuen Artikel .
„Es gibt kein einheitliches Modell, das alle Merkmale von Karbonatit-assoziierten REE-Lagerstätten erklärt, was die zur Sicherung der künftigen Versorgung erforderliche Exploration erheblich beeinträchtigt.“
Um die Mineralisierungsprozesse hinter Karbonatit-assoziierten REE-Lagerstätten zu untersuchen, simulierten Anenburg und sein Team, was passiert, wenn sich Karbonatitgestein unter hohem Druck erhitzt, bevor es abkühlt und der Druck abnimmt, ähnlich wie es bei natürlichen magmatischen Prozessen der Fall wäre.
Geben Sie kleine Mengen synthetischen Karbonatits in Silber- oder Nickelkapseln Kolben-Zylinder-Gerät , setzten die Forscher die Proben Temperaturen von bis zu 1.200 °C (2.192 °F) bei Drücken von bis zu 2,5 Gigapascal (GPa) aus, bevor sie sie allmählich dekomprimierten und auf 200 °C (392 °F) und 0,2 GPa abkühlten.
„Das Ziel bestand darin, zu verstehen, was REE von einem gesamten Karbonatitkörper zu einer hochgradigen lokalisierten Lagerstätte konzentriert.“ Anenburg erklärte auf seinem Twitter-Account.
„Also beschlossen wir, einen Karbonatit in eine Kapsel zu füllen und ihn selbst zu testen.“
Bisher hatte man das für sicher gehalten Liganden – Moleküle, die sich an REEs, einschließlich Chlor und Fluor, binden können, waren notwendig, um REEs löslich zu machen und die Chemikalien in kristallisierte Konzentrationen zu mobilisieren, die zur Extraktion geeignet sind.
Aber das hat das Experiment nicht gezeigt. Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass für den REE-Transport in und um Karbonatite alkalische Chemikalien als Vorläufer für eine wirtschaftliche Mineralisierung erforderlich sind. Das Experiment zeigte, dass Natrium und Kalium dazu beitrugen, die REEs löslich zu machen.
Den Forschern zufolge sind alkalihaltige Karbonatite in der Lage, REE-reiche Flüssigkeiten zu bilden, die unter magmatischen Bedingungen über weite Strecken wandern können und gleichzeitig eine hohe REE-Löslichkeit beibehalten.
Nur weil wir dies unter Laborbedingungen gesehen haben, heißt das natürlich nicht unbedingt, dass wir in den offenen Systemen der Natur genau die gleichen Reaktionen beobachten würden, wie dies bei der Anwesenheit von Wasser und allen anderen Arten von Chemikalien in der Umwelt der Fall sein könnte Dinge ändern.
Dennoch ist es ein Fortschritt und einer, der unser Wissen über die Hintergrundprozesse bei der Bildung und Konzentration seltener Erden auf den neuesten Stand bringt.
„Dies ist eine elegante Lösung, die uns hilft, besser zu verstehen, wo ‚schwere‘ Seltene Erden vorkommen.“ Dysprosium und „leichte“ Seltene Erden wie Neodym kann in und um Karbonatitintrusionen konzentriert sein“, erklärt leitende Autorin und Geologin Frances Wall von der University of Exeter im Vereinigten Königreich.
„Wir waren immer auf der Suche nach Hinweisen auf chloridhaltige Lösungen, konnten sie aber nicht finden.“ „Diese Ergebnisse geben uns neue Ideen.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Wissenschaftliche Fortschritte .