Геологи разгадали загадку, связанную с месторождениями ценных редкоземельных элементов
13 октября 2020 г.
Результаты нового исследования помогут геологам открыть новые месторождения некоторых наиболее ценных месторождений редкоземельных элементов (РЗЭ). Статья была опубликована в журнале Science Advances.
В число редкоземельных входят элементы, среди которых скандий, иттрий, лантаноиды, неодим и диспрозий. Эти элементы являются крайне востребованными, так как они являются неотъемлемой частью цифрового производства и производства экологически чистой энергии, включая магниты в больших ветряных турбинах и двигателях электромобилей. При этом ученые отмечают, что слово «редкий» в определении вовсе не означает, что эти элементы мало распространены. На самом деле всему виной их труднодоступность, что приводит к проблемам при их добыче. При это геологи часто сталкиваются с ещё одной сложной задачей – не нанести урон окружающей среде. Ученые постоянно ищут новые и эффективные способы поиска и сохранения ценных минералов.
В новом исследовании геологи из Австралийского национального университета изучали химические механизмы, с помощью которых РЗЭ образуются в недрах Земли, в частности внутри и вокруг карбонатитов – горных пород магматического или метасоматического происхождения, сложенные в основном (более 50 % объёма) природными карбонатами.
Чтобы исследовать процессы минерализации, лежащие в основе генезиса залежей РЗЭ, связанных с карбонатитами, команда смоделировала, что происходит, когда карбонатитовая порода нагревается под высоким давлением, затем резко охлаждается и сбросывает давление, как это происходит в естественных магматических процессах.
Помещая небольшое количество синтетического карбонатита в никелевые капсулы в устройстве с поршневым цилиндром, исследователи подвергали образцы воздействию температур до 1200 °C при давлении до 2,5 гигапаскалей (ГПа) перед постепенным декомпрессированием и охлаждая их до 200 °C и 0,2 ГПа.
До сих пор считалось, что определенные лиганды – молекулы, способные связываться с РЗЭ, включая хлор и фтор, – необходимы для того, чтобы РЗЭ были растворимыми. Они мобилизуют химические вещества до кристаллизованных концентраций, из которых их можно извлекать.
Но эксперимент показал другой результат. Ученые выяснили, что для переноса РЗЭ в карбонатиты для минерализации необходимо определенное сдержание щелочных химических веществ. Эксперимент показывает, что в этом процессе лучше всего помогают натрий и калий.
По словам исследователей, щелочные карбонатиты способны образовывать богатые РЗЭ флюиды, которые могут мигрировать на большие расстояния в магматических условиях, сохраняя при этом высокую растворимость.
Читать подробнее: Rare earth element mobility in and around carbonatites controlled by sodium, potassium, and silica
Источник: Science Advances
Перевод/адаптация текста: «Вестник ОНЗ РАН»