عناصر نادر خاکی

عناصر نادر خاکی اصولاً در نهشته های اولیه همراه با توده های آذرین نفوذی در رگه ها، دایکها و پگماتیتها و نهشته های ثانویه در سواحل، تلماسه ها و پلاسرهای آواری تشکیل می شوند. ذخایر بازماندی نیز شناخته شده اند و ممکن است در آینده از نظر اقتصادی اهمیت پیدا کنند.

ذخایر همراه با کربناتیتها:
کربناتیتها، سنگهای آذرین حاوی بیش از 50 درصد کربنات، اختصاصاً حاوی میزان بالاتری از عناصر نادر خاکی نسبت به دیگر انواع سنگها بوده و اصولا منبع اصلی عناصر نادر خاکی دنیا می باشند (37 درصد، 42 درصد و 1 درصد برای کربناتیتهای کلسیومی، کربناتیتهای منیزیمی و کربناتیتهای آهندار بترتیب). کربناتیتهای حاوی عناصر نادر خاکی بطور تیپیک در مراحل آخر ماگمایی در کمپلکسهای آلکالین (سینیت، نفلین سینیت و نفیلینیت)، وجود دارند.
ذخایر کربناتیتی عناصر نادر خاکی به دو نوع ماگمایی و متاسوماتیکی تقسیم می شوند (ریچاردسون و بیرکت 1996). ذخایر ماگمایی در سرتاسر فرآیندهای همراه با تبلور ماگمایی اولیه تشکیل می شوند. عناصر نادر خاکی عموماً در حین تفریق بلورین در مراحل آخر سری تفکیکی کربناتیتی که بطور تیپیک کربناتیتهای آهندار است (کربناتیتهای آنکریتی یا دولومیتهای غنی از آهن) تجمع می یابند. ذخایر کرناتیتی ماگمایی عموماٌ بصورت توده های کوچک دودکش مانند (3 الی 4 کیلومتر قطر) در پلوتونهای مختلط همراه با سنگهای مافیک و اولترامافیک می باشد. کانی زایی عمومادر ارتباط با لایه بندی ماگمایی و ساختارهای جریانی در سنگهای میزبان می باشند. این ذخایر عموما بصورت عدسی شکل یا رگه های نامنظم که از نظر شکل، دارای اشکال هلالی یا حلقه ای هستند، تشکیل می شوند. این ذخایر عموماٌ دارای شیب تند، موازی با دیواره های توده های نفوذی پیچیده می باشند.
ذخایر متاسوماتیکی (ریچاردسون و بیرکت 1996، بیرکت و سینکلر 1998) بوسیله واکنش بین سیالات آزاد شده در حین بلوری شدن با کربناتیتها یا سنگهای بستری که از قبل وجود داشتند بوجود آمده و یک آلتراسیون گرمابی یا کانیهای اسکارنی را بوجود می آورند. آلتراسیون گرمابی بوسیله متاسوماتیسم آلکالی یا فنیتی شدن در جاییکه کانیهای از قبل موجود بوسیله فلدسپارهای آلکالن و پیروکسنها و آمفیبولهای سدیک و جایگزین می شوند، مشخص می شود. ذخایر متاسوماتیکی بطور تیپیک بصورت اشکال زیر تشکیل می شوند: 1) دایکها و رگه های اتساعی آنکریت یا دولومیت همرا یا بدون همراهی با کلسیت، 2) رگه های گرمابی نازک، 3) استوک ورکها، 4) اشکال جانشینی غنی در کلسیت و دولومیت یا آنکریت. میزان تمرکز عناصر نادر خاکی در این سنگها بین 1 تا 3 درصد وزنی است و نیازمند تمرکزهای بعدی بوسیله آلتراسیونهای گرمابی دما پایین و یا هوازدگی است تا به ذخایر اقتصادی بدل گردند.
فراوانترین کانیها در ذخایر کربناتیتی شمال سه فلوروکربناتیت بنامهای باستنائسیت، پاریسیت و سینکیسیت، کربنات هیدارته شده، آناسیلیت، و فسفات مونازیت می باشند. کانیهای سنگین حاوی عناصر نادر خاکی هستند.
منابع اصلی، ذخایر کوههای پاس در جنوب کالیفرنیا و بایان اوبو در مرکز مغولستان، جمهوری خلق چین می باشند. کوههای پاس اصلی ترین تولید کننده عناصر نادر خاکی سبک در چند دهه اخیر در جهان بوده است، در 1949 کشف گردید. این ذخایر حاوی 36 میلیون تن با میزان 67/7 درصد اکسیدهای عناصر نادر خاکی هستند. کان تن اصلی در سولفید کویین ماین، بصورت یک کربناتیت کشیده با عرض 200 متر و طول 730 متر می باشد که حاوی 40 تا 75 درصد کلسیت، 15 تا 50 درصد باریت و 5 تا 15 درصد باستنائسیت/ پاریسیت می باشد. بایان اوبو در سال 1927 کشف گردید و در مقیاس بزرگتر در دهه 1950 مورد اکتشاف قرار گرفت. این معدن بزرگترین ذخیره شناخته شده عناصر نادر خاکی در جهان با 48 میلیون تن و تناژ میانگین 6 درصد اکسید عناصر نادر خاکی می باشد که بشکل استوک ورک و توده های جایگزینی کربناتی کانسنگ منتیت-هماتیت است. محصولات معدنی به دو بخش تقسیم می شوند: یکی برای گداختن آهن و دیگری حاوی باستنائسیت و مونازیت با توریم پایین برای کنسانتره 60 درصدی اکسید عناصر نادر خاکی. دیگر کربناتیتهای غنی از عناصر نادر خاکی در ناحیه معدنی هیل، مونتانا-آیداهو، در آمریکا، اوکا در کبک در کشور کانادا (8/23 میلیون تن با عیار 2/0 تا 5/0 اکسید عناصر نادر خاکی)، آراکسا و تاپیرا، میناس گریس برزیل، تامتور در شمال سیبریا، ناحیه فن در نروژ، کرونگ، بروندی و کانگانکونده هیل در مالاوی شناخته شده اند.

ذخایر همراه با سنگهای پرآلکالن:
سنگهای آذرین پرآلکالن بوسیله افزایش یک مولار عناصر آلکالی (Na2O + K2O) بیش از آلومینیوم (Al2O3) مشخص می شوند و نتیجه آن حضور کانیهای پیروکسن و آمفیبول آلکالی است. کانی سازی ماگمایی و متاسوماتیکی عناصر نادر خاکی عموماٌ با فازهای کوچک همراه باتولیتهای پرآلکالن همراه می باشند (ریچاردسون و بیرکت 1996، بیرکت و سینکلر 1998). در ذخایر متاسوماتیکی، کانیهای اصلی حاوی عناصر نادر خاکی در سنگهای آذرین مادر خود متبلور شده و بطور تیپیک بصورت پراکنده در واحدهای آذرین ویژه یافت می شوند. آلتراسیون گرمابی که با ذخایر همراه هستند، عموماٌ دوتریکهای پسین و محلی در طبیعت هستند و بطور ویژه ای فاقد زونهای گسترده آلتراسیون گرمابی در اطراف ذخایر معدنی می باشند.
ذخایر ماگمایی معمولاٌ شکل توده آذرین مادر خود را می گیرند درصورتی که ذخایر متاسوماتیکی از نظر شکلی رنجی بین رگه و استوک ورک تا زونهای جانشینی نامنظم را که در انها کانیها بطور تیپیک دارای دانه بندی ریز بوده و بطور وسیعی پراکنده اند، می باشند. آنالوگهای نیمه آتشفشانی (نیمه عمیق) ذخایر نفوذی دایکهای پگماتیتی- آپلیتی و رگه هایی هستند که از زونهای پوششی نزدیک توده های نفوذی پرآلکالن خارج شده اند.
مثالها شامل کمپلکسهای خیبینی و لووزرو در کولا پنینسولای روسیه، دخیره بروکمن در غرب استرالیا، کوههای پاجاریتو در نیو مکزیکو، دریاچه تور در شمال غربی تریتوریز در کانادا (لایه دریاچه دارای 64 میلیون تن با عیار 99/1 اکسید عناصر نادر خاکی می باشد)، دریاچه استرانگ/ لاک بریسون در لابرادور- کبک در کانادا (یک ذخیره روباز با 52 میلیون تن و عیار 54/0 درصد عناصر نادر خاکی و 31/0 درصد Y2O3) و ناحیه اسلو در نروژ، می باشند.
ذخایر تیپ برشهای گرانیتی هماتیتی Olympic Dam:
کانی سازی عناصر نادر خاکی یک ترکیب اکسید آهن پروتروزوئیک (Cu-U-Au-REE) می باشد. کانی سازی در برشهای گرانیتی هماتیتی با سن پرکامبرین پسین قرار گرفته که بوسیله تنوعی از فرآیندهای گرمابی، ماگمایی، رسوبگذاری و تکتونیکی در محیط ریفتی قاره تشکیل شده اند. در Olympic Dam یک کان تن بزرگ از کالکوپیریت- بورنیت- کالکوسیت همراه با طلا، اورانیوم، نقره، عناصر نادر خاکی ، باریوم و کانیهای فلورین دار وجود دارد. میانگین ذخیره 6/1 درصد Cu، 05/0 درصد U، 5/3 گرم در تن طلا و 35 درصد آهن، و حاوی مقدار قابل توجهی عناصر نادر خاکی بخصوص 2/0 درصد La و 3/0 درصد Ce می باشد.

ذخایر اسکارن:
ذخایر اسکارن، ذخایر اپی ژنتیک، متاسوماتیکی هستند که در سنگهای غنی از کربنات در هاله های کنتاکت توده های نفوذی تشکیل می شوند. بعلاوه از ذخایر اسکارن همراه با کربناتیتهایی که در بالا به آنها پرداخته شد، 200000 تن اکسید عناصر نادر خاکی (بخصوص عناصر نادر خاکی سبک) در اسکارن U-REE-Th ماری کاتلین استرالیا تا کنون برداشت شده است. این ذخیره حاوی 5/9 میلیون تن کانسنگ با عیار 13/0 درصد U3O8 می باشد.این اسکارن در سنگهای کالک سیلیکات گارنت دار نزدیک به توده نفوذی آلکالی گرانیتی تشکیل شده است. کانسنگ اصلی معدن اورانینیت است و عناصر نادر خاکی در اورانینیت، آپاتیت و آلونیت قرار دارد.

ذخایر پلاسری
کانیهای مقاوم عناصر نادر خاکی با وزن مخصوص بالا، مونازیت و زنوتیم، در ذخایر پلاسری که اصولاٌ برای محتوای تیتانیوم و زیرکونیوم این ذخایر برداشت می شوند، وجود دارند. درنتیجه، سطح تولید مونازیت و زینوتیم بستگی به بازارهای دیگر دارد. تولید کنندگان اصلی ذخایر ماسه ای ساحلی غرب استرالیا، هند و سریلانکا هستند که اصولاٌ برای ایلمنیت و روتیل از پلاسرها برداشت می کنند. مونازیت و زینوتیم همچنین بصورت محصول همراه پلاسرهای قلع در تالیند، مالزی و اندونزی تولید می شوند.

ذخایر بازماندی
در ذخایر بازماندی لاتریتی عناصر نادر خاکی بوسیله هوازدگی وسیع زیر نواحی حاره کمپلکسهای آلکالی غنی در عناصر نادر خاکی بوجود می آیند.آنها غالباٌ حاوی تجمعی از کانیهای گوتیت، هماتیت، هیدروکسید آلومینیوم، کانیهای کائولینیت و کوارتز هستند که بطور تیپیک دارای 10 تا 25 درصد وزنی اکسید عناصر نادر خاکی بوده که گاه تا 42 درصد وزنی نیز در کمپلکس کربناتیتی آلکالن کوههای ولد در غرب استرالیا گزارش شده است. عناصر نادر خاکی در لاتریتها غالباٌ در آپاتیتها، پروکلر و مونازیت بازماندی ماگمایی، و یا در کانیهای فسفاته ثانویه گروه کراندالیت، آپاتیت و مونازیت ثانویه، پلامبوگومیت، رابدوفان و یا هیدوکسدهای آهن به دام می افتند. مثالها شامل آراکسا و کاتالائو در برزیل، کوههای ولد در استرالیا، مابونی در گابن و لوشه در زئیر.
رسهای حاوی عناصر نادر خاکی ، که لانگنان نامیده می شود، کانسنگ تیپ یونی یا جذب یونی می باشد که در استان ژیانگ ژی جنوب شرقی چین مورد معدن کاری قرار می گیرد. این کانسنگ از هوازدگی گرانیت بوجود آمده و عیار آن حدود 1 درصد اکسید عناصر نادر خاکی (REO) می باشد. این معدن همچنین دارای میزان بسیار کمی سریم (3/0 تا 7/1 درصد در عیار A و 3 تا 5/5 درصد در عیار B) و محتوای REO که غنی در ساماریوم، یوروپیم و تربیوم یا ایریتیم می باشد.
ذخایر بازماندی همرا با کربناتیتها در مومباسا در کنیا و در میناس گریاس برزیل وجود دارند. آپاتیتی که در سنگهای فسفاته یافت می شود، نیز دارای این ذخایر هستند که نمونه آن در سازند فسفریا در غرب آمریکا و ناحیه فسفاته فلوریدا می باشد.