Logam

Geologi Unsur Tanah Langka

Geologi Unsur Tanah Langka



Diterbitkan ulang dari: Simpanan Elemen Langka Bumi Utama Amerika Serikat, Laporan Investigasi Ilmiah USGS 2010-5220Oleh Keith R. Long, Bradley S. Van Gosen, Nora K. Foley, dan Daniel Cordier.

Peta elemen tanah jarang: Distrik elemen tanah jarang di Amerika Serikat terutama terletak di barat. Peta ini menunjukkan lokasi lokasi produksi potensial - perbesar peta untuk melihat semua lokasi.

Elemen Bumi Langka Bukan "Langka"

Beberapa aspek geologis dari kejadian alami unsur tanah jarang sangat mempengaruhi pasokan bahan baku unsur tanah jarang. Faktor-faktor geologis ini disajikan sebagai pernyataan fakta yang diikuti oleh diskusi terperinci.

Meskipun unsur-unsur tanah jarang relatif berlimpah di kerak bumi, mereka jarang terkonsentrasi ke dalam endapan bijih yang dapat ditambang.

Perkiraan konsentrasi rata-rata unsur tanah jarang di kerak bumi, yang berkisar antara 150 hingga 220 bagian per juta (tabel 1), melebihi dari banyak logam lain yang ditambang pada skala industri, seperti tembaga (55 bagian per juta) dan seng (70 bagian per juta). Tidak seperti kebanyakan logam dasar yang ditambang secara komersial dan logam mulia, elemen tanah jarang jarang terkonsentrasi ke dalam deposit bijih yang dapat ditambang.

Konsentrasi Elemen Bumi Langka

Konsentrasi utama unsur tanah jarang dikaitkan dengan varietas batuan beku yang tidak biasa, yaitu batuan alkali dan karbonat. Konsentrasi yang berpotensi bermanfaat dari mineral yang mengandung REE juga ditemukan dalam endapan placer, endapan sisa yang terbentuk dari pelapukan dalam batuan beku, pegmatit, deposit tembaga-emas besi-oksida, dan fosfat laut (Tabel 2).


Tabel 1: Kelimpahan Elemen Bumi Langka

Elemen Bumi LangkaWedephol
(1995)
Lide
(1997)
McGill
(1997)
Lantanum30395 hingga 18
Cerium6066.520 hingga 46
Praseodymium6.79.23,5 hingga 5,5
Neodymium2741.512 hingga 24
Samarium5.37.054,5 hingga 7
Europium1.320,14 hingga 1,1
Gadolinium46.24,5 hingga 6.4
Terbium0.651.20,7 hingga 1
Disprosium3.85.24,5 hingga 7,5
Holmium0.81.30,7 hingga 1,2
Erbium2.13.52,5 hingga 6,5
Thulium0.30.520,2 hingga 1
Ytterbium23.22,7 hingga 8
Lutetium0.350.80,8 hingga 1,7
Itrium243328 hingga 70
Skandium16225 hingga 10
Total184.3242.17

Tabel 1. Perkiraan kelimpahan kerak unsur tanah jarang. Unsur-unsur tanah jarang terdaftar dalam urutan peningkatan nomor atom; itrium (Y) disertakan dengan unsur-unsur ini karena ia memiliki kesamaan kimia dan fisika dengan lantanida. Satuan ukuran, bagian per juta.

Batuan dan Magma Igneous Alkali

Batuan alkali terbentuk dari pendinginan magma yang berasal dari pelelehan sebagian kecil batuan di mantel bumi. Pembentukan batuan alkali adalah kompleks dan tidak sepenuhnya dipahami tetapi dapat dianggap sebagai proses geologis yang mengekstraksi dan memusatkan unsur-unsur yang tidak cocok dengan struktur mineral pembentuk batuan yang umum.

Magma alkali yang dihasilkan jarang dan diperkaya luar biasa dalam unsur-unsur seperti zirkonium, niobium, strontium, barium, litium, dan unsur-unsur tanah jarang. Ketika magma ini naik ke kerak bumi, komposisi kimianya mengalami perubahan lebih lanjut dalam menanggapi variasi tekanan, suhu, dan komposisi batuan di sekitarnya. Hasilnya adalah keanekaragaman jenis batuan yang menakjubkan yang diperkaya secara bervariasi dalam elemen ekonomi, termasuk elemen tanah jarang. Endapan mineral yang terkait dengan batuan ini juga cukup beragam dan canggung untuk diklasifikasi, dalam hal ciri khas endapan ini dan kelangkaannya dapat menghasilkan klasifikasi yang hanya memiliki satu atau beberapa contoh yang diketahui.

Peta geologi unsur tanah jarang: Peta geologi umum dari sebagian besar distrik elemen tanah jarang Mountain Pass, California selatan. Hanya sebagian kecil representatif dari ratusan tanggul shonkinite, syenite, dan carbonatite yang ditampilkan. Andesit dan rhyolitic yang tersebar luas, dari usia Mesozoikum atau Tersier, tidak diperlihatkan. Dari Laporan Open-File USGS 2005-1219. Perbesar peta.

Klasifikasi Bijih Tanah Langka

Klasifikasi bijih yang terkait dengan batuan alkali juga kontroversial. Tabel 2 menyajikan klasifikasi yang relatif sederhana yang mengikuti kategori analog untuk endapan yang terkait dengan batuan beku nonalkalin. Beberapa batuan alkali yang lebih tidak biasa yang menjadi tuan rumah, atau yang terkait dengan, bijih REE adalah carbonatite dan phoscorite, batuan beku yang masing-masing terdiri dari mineral karbonat dan fosfat. Carbonatites, dan terutama phoscorites, relatif tidak umum, karena hanya ada 527 carbonatites yang dikenal di dunia (Woolley dan Kjarsgaard, 2008). Konsentrasi ekonomi dari mineral yang mengandung REE terjadi di beberapa batuan alkali, skarns, dan endapan pengganti karbonat yang terkait dengan intrusi alkali, vena dan tanggul yang memotong kompleks basa basa dan batuan di sekitarnya, dan tanah serta produk pelapukan lainnya dari batuan alkali.

Tabel Periodik REE: Elemen Bumi Langka adalah elemen seri 15 lantanida, ditambah itrium. Skandium ditemukan di sebagian besar deposit unsur tanah jarang dan kadang-kadang diklasifikasikan sebagai unsur tanah jarang. Gambar oleh.

Simpanan Rare Earth Placer

Pelapukan semua jenis batuan menghasilkan sedimen yang tersimpan di berbagai lingkungan, seperti sungai dan sungai, garis pantai, kipas aluvial, dan delta. Proses erosi mengkonsentrasikan mineral yang lebih padat, terutama emas, ke dalam endapan yang dikenal sebagai placers. Tergantung pada sumber produk erosi, beberapa mineral langka yang mengandung unsur tanah, seperti monasit dan xenotime, dapat terkonsentrasi bersama dengan mineral berat lainnya.

Sumbernya tidak harus berupa batuan beku alkali atau deposit tanah jarang terkait. Banyak batuan sedimen, batuan metamorf, dan bahkan yang lebih tua yang umum mengandung cukup monasit untuk menghasilkan placer yang mengandung monasit. Akibatnya, monasit hampir selalu ditemukan di setiap deposito placer. Namun, tipe-tipe placers dengan konsentrasi monasit terbesar biasanya adalah placers mineral ilmenit-berat, yang telah ditambang untuk pigmen titanium oksida, dan placers cassiterite, yang ditambang untuk timah.

Deposito tanah jarang Bukit Besi: Pemandangan menghadap Bukit Besi, Gunnison County, Colorado. Bukit Besi dibentuk oleh stok karbonat besar yang membentuk pusat kompleks intrusi alkali. Kompleks ini menampung banyak sumber daya mineral, termasuk titanium, niobium, unsur tanah jarang, dan thorium. Gambar USGS.

Sisa Simpanan Bumi Langka

Di lingkungan tropis, bebatuan mengalami pelapukan dalam untuk membentuk profil tanah yang unik yang terdiri dari laterit, tanah yang kaya akan besi dan aluminium, setebal puluhan meter. Proses-proses pembentukan tanah umumnya memusatkan mineral-mineral berat sebagai endapan residu, menghasilkan lapisan logam yang diperkaya di atas batuan dasar yang tidak disabuni.

Ketika deposit tanah jarang mengalami pelapukan seperti itu, ia mungkin diperkaya dengan unsur tanah jarang dalam konsentrasi kepentingan ekonomi. Jenis tertentu dari deposit REE, tipe penyerapan ion, dibentuk oleh pencucian unsur-unsur tanah jarang dari batuan beku yang tampaknya umum dan memperbaiki elemen-elemen ke tanah liat di tanah. Deposito ini hanya diketahui di Cina selatan dan Kazakhstan dan formasi mereka kurang dipahami.

Elemen Bumi Langka di Pegmatites

Di antara pegmatit, sekelompok batuan beku intrusif berbutir kasar, keluarga niobium-itttrium-fluorin, terdiri dari sejumlah besar subtipe yang terbentuk di lingkungan geologis yang berbeda. Subtipe ini dalam komposisi granit dan biasanya ditemukan perifer untuk intrusi granit besar. Secara umum, bagaimanapun, pegmatites yang mengandung unsur tanah umumnya kecil dan hanya menarik secara ekonomi bagi pengumpul mineral.

Jenis Deposit Bumi Jarang Lainnya

Jenis deposit besi-oksida tembaga-emas telah diakui sebagai jenis deposit yang berbeda hanya sejak ditemukannya deposit Olympic Dam raksasa di Australia Selatan pada 1980-an. Deposit Olympic Dam tidak biasa karena mengandung sejumlah besar unsur tanah jarang dan uranium. Metode ekonomi untuk memulihkan unsur tanah jarang dari endapan ini belum ditemukan. Banyak endapan lain dari jenis ini telah diidentifikasi di seluruh dunia, tetapi informasi tentang kandungan unsur tanah jarang mereka umumnya kurang. Jumlah jejak unsur tanah jarang juga telah diidentifikasi dalam endapan penggantian magnetit-apatit.

Bauksit karst, tanah yang kaya akan aluminium yang terakumulasi dalam batu kapur yang sangat besar (topografi karst yang mendasari) di Montenegro dan di tempat lain, diperkaya dengan unsur-unsur tanah jarang, tetapi konsentrasi yang dihasilkan bukan dari kepentingan ekonomi (Maksimovic dan Pantó, 1996). Hal yang sama dapat dikatakan untuk endapan fosfat laut, yang dapat mengandung oksida REE sebanyak 0,1 persen (Altschuler dkk., 1966). Akibatnya, pemulihan elemen tanah jarang sebagai produk sampingan dari pembuatan pupuk fosfat telah diselidiki.

Bijih unsur tanah jarang bersifat kompleks secara mineralogi dan kimiawi dan umumnya radioaktif.

Pemrosesan Mineral untuk Tantangan

Dalam banyak endapan logam mulia dan dasar, logam yang diekstraksi sangat terkonsentrasi dalam fase mineral tunggal, seperti tembaga dalam chalcopyrite (CuFeS2) atau seng dalam sphalerite (ZnS). Pemisahan fase mineral tunggal dari batuan adalah tugas yang relatif mudah. Produk akhir adalah konsentrat yang biasanya dikirim ke smelter untuk ekstraksi akhir dan pemurnian logam. Seng, misalnya, hampir seluruhnya berasal dari mineral sphalerite, sedemikian rupa sehingga industri peleburan dan pemurnian seng global telah mengembangkan perlakuan yang sangat khusus terhadap mineral ini. Dengan demikian, produksi seng memiliki keunggulan biaya yang nyata karena teknologi standar tunggal digunakan, dan pengembangan tambang seng baru sebagian besar merupakan proses konvensional.

Praktek pengolahan mineral saat ini mampu memisahkan beberapa fase mineral secara berurutan tetapi tidak selalu efektif untuk melakukannya. Ketika unsur-unsur yang menarik ditemukan dalam dua atau lebih fase mineral, masing-masing membutuhkan teknologi ekstraksi yang berbeda, pengolahan mineral relatif mahal. Banyak deposit unsur tanah jarang mengandung dua atau lebih fase yang mengandung unsur tanah jarang. Oleh karena itu, unsur-unsur unsur tanah jarang di mana unsur-unsur tanah jarang sebagian besar terkonsentrasi dalam fase mineral tunggal memiliki keunggulan kompetitif. Hingga saat ini, produksi REE sebagian besar berasal dari deposit fase-mineral tunggal, seperti Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite), dan placer mineral berat (monasit).

Pemrosesan Mineral Kompleks

Mineral-mineral yang mengandung unsur-unsur tanah yang jarang, sekali dipisahkan, mengandung sebanyak 14 unsur-unsur tanah jarang individu (lantanida dan itrium) yang harus dipisahkan lebih lanjut dan disempurnakan. Kompleksitas mengekstraksi dan memurnikan elemen tanah jarang diilustrasikan oleh lembar alir metalurgi untuk tambang Mountain Pass di California (gbr. 2). Tidak seperti logam sulfida, yang merupakan senyawa kimia sederhana, mineral yang mengandung REE cukup kompleks. Bijih logam dasar sulfida, seperti sphalerite (ZnS), biasanya dilebur untuk membakar belerang dan memisahkan kotoran dari logam cair. Logam yang dihasilkan selanjutnya dimurnikan hingga mendekati kemurnian dengan elektrolisis. Unsur tanah jarang, di sisi lain, biasanya diekstraksi dan dimurnikan melalui puluhan proses kimia untuk memisahkan unsur tanah jarang yang berbeda dan menghilangkan kotoran.

Pengotor merusak utama dalam mineral yang mengandung REE adalah thorium, yang memberikan radioaktivitas yang tidak diinginkan pada bijih. Karena bahan radioaktif sulit untuk ditambang dan ditangani dengan aman, mereka sangat diatur. Ketika produk limbah radioaktif diproduksi, metode pembuangan khusus harus digunakan. Biaya penanganan dan pembuangan bahan radioaktif merupakan hambatan serius bagi ekstraksi ekonomi dari mineral REE yang lebih kaya akan radioaktif, khususnya monasit, yang biasanya mengandung sejumlah besar thorium. Bahkan, pengenaan peraturan yang lebih ketat tentang penggunaan mineral radioaktif mengusir banyak sumber monasit dari pasar elemen tanah jarang selama tahun 1980-an.

Metalurgi kompleks unsur tanah jarang ditambah oleh fakta bahwa tidak ada dua bijih REE yang benar-benar sama. Akibatnya, tidak ada proses standar untuk mengekstraksi mineral yang mengandung REE dan memurnikannya menjadi senyawa tanah jarang yang dapat dijual. Untuk mengembangkan tambang unsur tanah jarang baru, bijih harus diuji secara ekstensif dengan menggunakan berbagai metode ekstraksi yang dikenal dan urutan unik dari langkah-langkah pemrosesan yang dioptimalkan. Dibandingkan dengan tambang seng baru, proses pengembangan elemen tanah jarang menghabiskan lebih banyak waktu dan uang.


Tabel 2: Klasifikasi Simpanan Mineral Elemen-Bantalan Bumi Langka

AsosiasiMengetikContoh
Batuan beku peralkalinMagmatik (alkali-ultrabasa)
Tanggul pegmatite (alkali-ultrabasic)
Tanggul pegmatite (peralkalin)
Vena hidrotermal dan stockwork
Gunung berapi
Metasomatik-albitit
Lovozero, Rusia
Khibina Massif, Rusia
Motzfeldt, Greenland
Lemhi Pass, Idaho
Brockman, Australia Barat
Miask, Rusia
CarbonatitesMagmatik
Tanggul dan saluran dialasi
Vena hidrotermal dan stockwork
Skarn
Penggantian batu karbonat
Metasomatik-fenit
Mountain Pass, California
Bukit Kangakunde, Malawi
Gallinas Mtns., New Mexico
Saima, Tiongkok
Bayan Obo, Tiongkok
Magnet Cove, Arkansas
Besi oksida tembaga-emasPenggantian magnetit-apatit
Hematit-magnetit breksi
Eagle Mountain, California
Dam Olimpiade, Australia Selatan
PegmatitAbyssal (unsur tanah jarang yang berat)
Abyssal (elemen tanah jarang ringan)
Muscovite (unsur tanah jarang)
Unsur tanah jarang-allanit-monasit
Elemen tanah jarang-euxenite
Unsur tanah jarang-gadolinit
Unsur tanah langka miarolitik-topas-beril
Unsur tanah langka miarolitik-gadolinit-fergusonit
Aldan, Rusia
Five Mile, Ontario
Spruce Pine, North Carolina
South Platte, Colorado
Topsham, Maine
Ytterby, Swedia
Gunung Antero, Colorado
Kompleks Wasau, Wisconsin
Porfiri molibdenumTipe klimaksClimax, Colorado
MetamorfGneiss yang dimigrasi
Unsur tanah jarang uranium-skarn
Music Valley, California
Mary Kathleen, Queensland
Sisa stratiform fosfatPlatform fosfor
Berhubungan dengan karbonat
Laterit terkait granit
Bauksit Baddeleyite
Bauksit karst
Idaho Tenggara
Mount Weld, Australia Barat
Cina Selatan
Poços de Caldas, Brasil
Montenegro
PaleoplacerKonglomerat kerikil kuarsa pirit uranifer
Konglomerat kerikil kuarsa pyritic kuarsa
Danau Elliot, Ontario
Witwatersrand, Afrika Selatan
PlacerPlacer mineral Shoreline Ti-heavy
Placer aliran timah
Cooljarloo, Australia Barat
Malaysia

Tonton videonya: Logam Tanah Jarang Potensi Sumber Daya Alam Indonesia GNFI #teknologiuntuknegeri