Nowe prace australijskich i chińskich naukowców dają potencjalne wskazówki dotyczące lokalizacji złóż metali ziem rzadkich. Według badaczy należy ich szukać w wygasłych wulkanach. Niektóre rodzaje bogatych w żelazo skał magmowych obfitują w te elementy – twierdzą uczeni.
Odtwarzając w laboratorium pewien typ wygasłego wulkanu, naukowcy z Australian National University (ANU) oraz Chinese Academy of Sciences ustalili, że niektóre rzadkie rodzaje skał powstałych z bogatej w żelazo magmy zawierają zaskakująco wysoką koncentrację metali ziem rzadkich. Identyfikacja złóż utworzonych z tego typu skał wokół wygasłych wulkanów może pozwolić na pozyskiwanie znacznie większych ilości cennych surowców.
Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Geochemical Perspectives Letters” (DOI: 10.7185/geochemlet.2436).
Metale ziem rzadkich
Pierwiastki ziem rzadkich napędzają rozwój nowych technologii. Znajdują zastosowanie w smartfonach, telewizorach z płaskim ekranem, magnesach, a nawet pociągach i pociskach. Są one również niezbędne do rozwoju pojazdów elektrycznych i technologii energii odnawialnej, takich jak turbiny wiatrowe.
To grupa 17 pierwiastków. W jej skład wchodzą dwa skandowce i wszystkie lantanowce. W przyrodzie nie znajdziemy ich w czystej postaci, bo niezwykle łatwo reagują w obecności tlenu i wody. Występują w minerałach i są skoncentrowane głównie w skorupie ziemskiej. Popyt na metale ziem rzadkich gwałtownie rośnie, a ma to związek z odchodzeniem od paliw kopalnych i nowymi technologiami. Szacuje się, że popyt na te pierwiastki wzrośnie pięciokrotnie do 2030 roku.
Pomimo swojej nazwy metale ziem rzadkich nie są jakoś szczególnie rzadkie. Największym wyzwaniem jest znalezienie skał, w których te pierwiastki są wystarczająco skoncentrowane, aby ich wydobycie było opłacalne. – Pierwiastki ziem rzadkich nie są aż tak rzadkie. Ich obfitość jest podobna do ołowiu i miedzi. Jednak wydobycie tych metali z minerałów, w których się znajdują, jest trudne i kosztowne – powiedział dr Michael Anenburg z ANU.
Obecnie w wydobyciu i przetwórstwie metali ziem rzadkich przodują Chiny.
Według nowych badań, niektóre wygasłe wulkany są świetnym miejscem do poszukiwań tych pierwiastków.
Wygasłe wulkany
Jak ustalili autorzy publikacji, bogata w żelazo magma, która zakrzepła i obecnie tworzy znaczne części niektórych wygasłych wulkanów, zawiera nawet sto razy więcej metali ziem rzadkich niż skały powstałe w erupcjach aktywnych wulkanów. Badacze znaleźli też zagadkowy rodzaj magmy, który zawiera niezwykle duże ilości żelaza. Ten typ magmy jest niezwykle rzadki i znamy go jedynie z wygasłych wulkanów.
– Nigdy nie widzieliśmy erupcji bogatej w żelazo magmy z aktywnego wulkanu, ale wiemy, że niektóre wygasłe wulkany, które mają miliony lat, miały ten zagadkowy typ erupcji — powiedział Anenburg, dodając jednocześnie, że ustalenia poczynione w badaniach sugerują, że wygasłe wulkany na całym świecie można badać pod kątem obecności pierwiastków ziem rzadkich. Najsłynniejszym przykładem takiego wulkanu jest El Laco w Chile, ale podobne struktury istnieją nie tylko tam.
Wulkanizm w laboratorium
W zeszłym roku świat obiegła wiadomość o znalezieniu w Kirunie na północy Szwecji, gdzie od dziesięcioleci wydobywa się rudę żelaza, ogromnych złóż metali ziem rzadkich. Odkrycie to sprawiło, że badacze zaczęli zastanawiać się, dlaczego w kopalni żelaza znajdowały się spore zasoby pierwiastków ziem rzadkich.
Aby to sprawdzić przeprowadzili w swoich laboratoriach symulacje erupcji wulkanów. Umieścili skały podobne do tych bogatych w żelazo z wygasłych wulkanów w małych kapsułkach wykonanych z metali szlachetnych. Następnie poddaliśmy je ciśnieniu podobnemu do tego, które występuje na głębokość 15 kilometrów w skorupie ziemskiej i podgrzali je do temperatury 1100 stopni Celsjusza, topiąc je.
W symulacjach ustalili, że bogata w żelazo magma występuje jako bąbelki wewnątrz bardziej powszechnego typu magmy znanego praktycznie ze wszystkich współcześnie aktywnych wulkanów. Co więcej, ta bogata w żelazo magma pochłaniała pierwiastki ziem rzadkich z otaczających stopionych skał i to tak wydajnie, że ich zawartość była prawie 200 razy wyższa niż w otaczającej bąbelki magmie.
Te bogate w żelazo bańki miały inną gęstość i lepkość i oddzielały się od swojego ubogiego w żelazo środowiska, podobnie jak woda i ropa zmieszane razem ostatecznie rozdzielą się na odrębne warstwy.
Kopalnie żelaza
Badania pokazały, że odkrycie w Kirunie nie było przypadkiem. Naukowcy wskazują, że podobnych koncentracji metali ziem rzadkich możemy się spodziewać po większości, jeśli nie wszystkich, tego typu wygasłych wulkanach.
Wygasłe wulkany są często eksploatowane w celu wydobycia rudy żelaza. Wyniki badań sugerują, że istniejące kopalnie w takich lokalizacjach mogą być potencjalnie modyfikowane w celu pozyskania pierwiastków ziem rzadkich. Co więcej, w niektórych przypadkach nawet odpady kopalniane można by ponownie przetworzyć w celu wydobycia tych krytycznych pierwiastków.
Lokalizacja wielu bogatych w żelazo wygasłych wulkanów jest znana, ale nikt dotąd nie zadał sobie trudu sprawdzenia, czy mają w sobie cenne złoża. Ponadto skały bogate w żelazo są często łatwe do znalezienia ze względu na ich silny sygnał magnetyczny.
Źródło: Australian National University, The Conversation, fot. Diego Delso, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
