Contenu
- Les éléments de terres rares ne sont pas "rares"
- Concentrations en éléments de terres rares
- Roches alcalines alcalines et magmas
- Classification des minerais de terres rares
- Gisements de placeurs de terres rares
- Gisements de terres rares résiduelles
- Éléments de terres rares dans les pegmatites
- Autres types de gisements de terres rares
- Traitement des minéraux pour les défis
- Traitement des minéraux complexes
Carte des éléments de terres rares: Les districts d'éléments de terres rares aux États-Unis sont principalement situés à l'ouest. Cette carte montre l'emplacement des sites de production potentiels - agrandir la carte pour voir tous les sites.
Les éléments de terres rares ne sont pas "rares"
Plusieurs aspects géologiques de la présence naturelle d'éléments de terres rares influencent fortement l'approvisionnement en matières premières d'éléments de terres rares. Ces facteurs géologiques sont présentés sous forme d'énoncés de faits suivis d'une discussion détaillée.
La concentration moyenne estimée des éléments des terres rares dans la croûte terrestre, qui varie entre 150 et 220 parties par million (tableau 1), dépasse celle de nombreux autres métaux extraits à une échelle industrielle, tels que le cuivre (55 parties par million). millions) et de zinc (70 parties par million). Contrairement à la plupart des métaux de base et des métaux précieux exploités commercialement, les éléments de terres rares sont rarement concentrés dans des gisements de minerai exploitables.
Concentrations en éléments de terres rares
Les principales concentrations d'éléments de terres rares sont associées à des variétés rares de roches ignées, à savoir les roches alcalines et les carbonatites. Des concentrations potentiellement utiles de minéraux porteurs de terres rares se trouvent également dans les gisements placériens, les gisements résiduels formés par l'altération en profondeur des roches ignées, les pegmatites, les gisements d'oxyde de fer cuivre-or et les phosphates marins (tableau 2).
Tableau 1. Estimation de l'abondance dans la croûte d'éléments de terres rares.
Roches alcalines alcalines et magmas
Les roches ignées alcalines se forment à partir du refroidissement de magmas dérivés de la fonte partielle de roches dans le manteau terrestre. La formation de roches alcalines est complexe et n'est pas complètement comprise, mais peut être considérée comme un processus géologique qui extrait et concentre ces éléments qui ne rentrent pas dans la structure des minéraux formant des roches.
Les magmas alcalins qui en résultent sont rares et exceptionnellement enrichis en éléments tels que le zirconium, le niobium, le strontium, le baryum, le lithium et les éléments de terres rares. Lorsque ces magmas montent dans la croûte terrestre, leur composition chimique subit de nouveaux changements en réponse aux variations de pression, de température et de composition des roches environnantes. Le résultat est une diversité étonnante de types de roches enrichies de manière variable en éléments économiques, y compris les éléments de terres rares. Les gisements minéraux associés à ces roches sont également très divers et difficiles à classer, en ce sens que les caractéristiques distinctives de ces gisements et leur rareté peuvent donner lieu à des classifications n’ayant qu’un ou quelques exemples connus.
Carte géologique des éléments de terres rares: Carte géologique généralisée de la majeure partie du district d'éléments de terres rares de Mountain Pass, dans le sud de la Californie. Seule une minorité représentative des centaines de dykes de shonkinite, de syénite et de carbonatite est présentée. Les digues andésitiques et rhyolitiques répandues, d’âge mésozoïque ou tertiaire, ne sont pas représentées. Extrait du rapport 2005-1219 du USGS Open-File. Agrandir la carte.
Classification des minerais de terres rares
La classification des minerais liés aux roches alcalines est également controversée. Le tableau 2 présente une classification relativement simple qui suit des catégories analogues pour les gisements liés aux roches ignées non alcalines. Certaines des roches alcalines les plus inhabituelles qui hébergent ou sont liées aux minerais de terres rares sont la carbonatite et la phoscorite, des roches ignées composées principalement de minéraux carbonatés et phosphatés, respectivement. Les carbonatites, et en particulier les phoscorites, sont relativement rares car il n'y a que 527 carbonatites connues dans le monde (Woolley et Kjarsgaard, 2008). Des concentrations économiques de minéraux porteurs de terres rares se trouvent dans certaines roches alcalines, certains skarns et gisements de remplacement de carbonates associés à des intrusions alcalines, des veines et des dykes coupant des complexes ignés alcalins et des roches environnantes, ainsi que des sols et autres produits de vieillissement alcalin.
REE Tableau périodique: Les éléments des terres rares sont les 15 éléments de la série des lanthanides, plus l’yttrium. Le scandium se trouve dans la plupart des gisements d’éléments de terres rares et est parfois classé comme élément de terres rares. Image par.
Gisements de placeurs de terres rares
Les intempéries de tous les types de roches produisent des sédiments qui se déposent dans une grande variété d'environnements, tels que les ruisseaux et les rivières, les rives, les ventilateurs alluviaux et les deltas. Le processus d'érosion concentre les minéraux plus denses, notamment l'or, dans des gisements connus sous le nom de placers. Selon la source des produits d'érosion, certains minéraux contenant des éléments de terres rares, tels que la monazite et le xénotime, peuvent être concentrés avec d'autres minéraux lourds.
La source ne doit pas nécessairement être une roche ignée alcaline ou un gisement de terres rares associé. De nombreuses roches sédimentaires ignées, métamorphiques et même les plus anciennes contiennent suffisamment de monazite pour produire un placère contenant de la monazite. En conséquence, la monazite est presque toujours présente dans tout gisement de placer. Cependant, les types de placers avec les plus fortes concentrations de monazite sont généralement les placers de minéraux lourds d'ilménite, qui ont été extraits pour des pigments d'oxyde de titane et les placers de cassitérite, qui sont extraits pour l'étain.
Gisement de terres rares Iron Hill: Vue nord-ouest de Iron Hill, comté de Gunnison, Colorado. Iron Hill est formé par un stock massif de carbonatite qui forme le centre d'un complexe intrusif alcalin. Ce complexe contient de nombreuses ressources minérales, notamment du titane, du niobium, des terres rares et du thorium. Image USGS.
Gisements de terres rares résiduelles
Dans les environnements tropicaux, les roches sont fortement altérées pour former un profil de sol unique constitué de latérite, un sol riche en fer et en aluminium, atteignant plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur. Les processus de formation des sols concentrent généralement les minéraux lourds sous forme de dépôts résiduels, ce qui donne une couche de métal enrichi sur le substrat rocheux non altéré sous-jacent.
Lorsqu'un gisement de terres rares subit une telle altération, il peut être enrichi en éléments de terres rares dans des concentrations présentant un intérêt économique. Un type particulier de gisement de terres rares, le type à absorption d'ions, est formé par la lixiviation d'éléments de terres rares provenant de roches ignées apparemment communes et par la fixation des éléments sur des argiles dans le sol. Ces gisements ne sont connus que dans le sud de la Chine et au Kazakhstan et leur formation est mal comprise.
Éléments de terres rares dans les pegmatites
Parmi les pegmatites, un groupe de roches ignées intrusives à grain très grossier, la famille niobium-yttrium-fluor, comprend un grand nombre de sous-types formés dans différents environnements géologiques. Ces sous-types ont une composition granitique et se trouvent généralement en périphérie des grandes intrusions granitiques. En général, cependant, les pegmatites contenant des éléments de terres rares sont généralement petites et présentent un intérêt économique uniquement pour les collecteurs de minéraux.
Autres types de gisements de terres rares
Le type de gisement oxyde de fer cuivre-or n’est reconnu comme un type de gisement distinct que depuis la découverte du gisement géant Olympic Dam en Australie méridionale dans les années 1980. Le gisement Olympic Dam a la particularité de contenir de grandes quantités d’éléments de terres rares et d’uranium. Une méthode économique pour récupérer les terres rares de ces gisements n'a pas encore été trouvée. De nombreux autres gisements de ce type ont été identifiés dans le monde entier, mais les informations sur leur teneur en éléments de terres rares font généralement défaut. Des traces d'éléments de terres rares ont également été identifiées dans des gisements de remplacement de magnétite-apatite.
Les bauxites karstiques, sols riches en aluminium qui s'accumulent dans le calcaire caverneux (topographie karstique sous-jacente) au Monténégro et ailleurs, sont enrichis en éléments de terres rares, mais les concentrations qui en résultent ne présentent aucun intérêt économique (Maksimovic et Pantó, 1996). On peut en dire autant des gisements de phosphates marins, qui peuvent contenir jusqu'à 0,1% d'oxydes d'ETR (Altschuler et autres, 1966). En conséquence, la récupération des terres rares en tant que sous-produit de la fabrication d’engrais phosphatés a été étudiée.
Traitement des minéraux pour les défis
Dans de nombreux gisements de métaux communs et précieux, les métaux extraits sont fortement concentrés dans une seule phase minérale, tels que le cuivre dans la chalcopyrite (CuFeS2) ou le zinc dans la sphalérite (ZnS). La séparation d'une seule phase minérale du roc est une tâche relativement facile. Le produit final est un concentré généralement envoyé à une fonderie pour l'extraction finale et le raffinage des métaux. Le zinc, par exemple, est presque entièrement dérivé de la sphalérite minérale, de sorte que l’industrie mondiale de la fusion et de l’affinage du zinc a mis au point un traitement hautement spécialisé de ce minéral. Ainsi, la production de zinc présente un avantage de coût considérable en ce qu’une seule technologie standard est utilisée et le développement d’une nouvelle mine de zinc est un processus largement classique.
Les pratiques actuelles de traitement des minéraux permettent la séparation séquentielle de plusieurs phases minérales, mais cela n’est pas toujours rentable. Le traitement des minéraux est relativement coûteux lorsque des éléments d'intérêt se trouvent dans deux phases minérales ou plus, chacune nécessitant une technologie d'extraction différente. De nombreux gisements d'éléments de terres rares contiennent deux phases ou plus contenant des éléments d'éléments de terres rares. Par conséquent, les gisements d'éléments de terres rares dans lesquels les éléments de terres rares sont largement concentrés dans une seule phase minérale présentent un avantage concurrentiel.À ce jour, la production de terres rares provient en grande partie de gisements à phase minérale unique, tels que Bayan Obo (bastnasite), Mountain Pass (bastnasite) et de placers de minéraux lourds (monazite).
Traitement des minéraux complexes
Une fois séparés, les minéraux contenant des éléments de terres rares contiennent jusqu'à 14 éléments de terres rares (lanthanides et yttrium) qui doivent être séparés et affinés. La complexité d'extraction et de raffinage des éléments de terres rares est illustrée par un schéma de traitement métallurgique de la mine Mountain Pass en Californie (fig. 2). Contrairement aux sulfures de métaux, composés chimiquement simples, les minéraux contenant des terres rares sont assez complexes. Les minerais sulfurés de métaux communs, tels que la sphalérite (ZnS), sont généralement fondus pour brûler le soufre et séparer les impuretés du métal en fusion. Le métal résultant est ensuite raffiné jusqu'à la quasi-pureté par électrolyse. Les éléments de terres rares, en revanche, sont généralement extraits et raffinés au moyen de dizaines de processus chimiques pour séparer les différents éléments de terres rares et éliminer les impuretés.
La principale impureté nuisible dans les minéraux contenant des terres rares est le thorium, qui confère aux minerais une radioactivité indésirable. Les matières radioactives étant difficiles à extraire et à manipuler en toute sécurité, elles sont fortement réglementées. Lorsqu'un déchet radioactif est produit, des méthodes d'élimination spéciales doivent être utilisées. Le coût de la manipulation et de l'élimination des matières radioactives constitue un sérieux obstacle à l'extraction économique des minéraux les plus radioactifs riches en terres rares, en particulier la monazite, qui contient généralement des quantités considérables de thorium. En fait, l’imposition de réglementations plus strictes sur l’utilisation des minéraux radioactifs a conduit de nombreuses sources de monazite à quitter le marché des éléments des terres rares au cours des années 1980.
La métallurgie complexe des terres rares est aggravée par le fait qu’aucun minerai de terres rares ne se ressemble vraiment. En conséquence, il n’existe aucun processus standard pour extraire les minéraux contenant des terres rares et pour les raffiner en composés de terres rares commercialisables. Pour développer une nouvelle mine d'éléments de terres rares, les minerais doivent être soumis à des tests approfondis en utilisant diverses méthodes d'extraction connues et une séquence unique d'étapes de traitement optimisées. Par rapport à une nouvelle mine de zinc, le développement de procédés pour les éléments de terres rares coûte beaucoup plus de temps et d’argent.