Современная промышленность немыслима без редкоземельных металлов; их значимость возрастает с переходом к зеленой энергетике. Неудивительно, что геологи ищут новые залежи. В последние годы им улыбнулась удача: открыты несколько крупных месторождений в железных рудах типа Кируны. Как происходит обогащение редкоземелами — неясно. Сам механизм образования таких руд служит предметом дебатов уже второе столетие. Новое экспериментальное исследование частично проливает свет на эти вопросы.
Кируна – небольшой полярный городок в Швеции с крупнейшим в Европе месторождением железной руды рядом. Iron oxide-apatite, IOAНесмотря на то что апатит встречается там редко, преобладают руды железа: магнетит и гематит.
Руды ИОА разных возрастов распространены по всему миру. В последнее время специалисты обнаруживают рядом с ними редкие оруденения. К примеру, в самой Кируне нашли залежи монацита — минерала, содержащего лантаноиды, скандий, иттрий. В 2023 году объявили об открытии богатого месторождения монацита. Содержащую монацит фосфат-железную тефру обнаружили в месторождении Эль-Лако в Чили. Горные отвалы в Адирондаке, штат Нью-Йорк, и брекчии трубок взрыва в Пи-Ридже оказались обогащены редкими землями.
Предполагается, что руды типа Кируны, связанные с остывшими вулканами, могут быть перспективными для поиска редких элементов. Это утверждается в статье. опубликованной в журнале Geochemical Perspectives LettersАвторы исследования — учёные из Института геологии и геофизики Китайской академии наук, Колледжа геологии и планетологии при Университете КАН и Австралийского национального университета.
Мы не сталкивались с современным вулканизмом, где присутствовала магма богатая железом, но некоторые миллионы лет назад потухшие вулканы обладали этим необычным типом извержений, — сказал соавтор статьи, австралийский петролог Майкл Аненбург.
Существуют веские основания для предположения о магматическом происхождении руд типа Кируны. Из предыдущих исследований известно, что месторождения состоят из двух типов несмешиваемых расплавов: фосфат-железного (FeP) и силикатного (Si). Точный механизм образования пока остаётся неясным, кроме того, требуется понять процесс обогащения руд редкоземельными элементами.
Предыдущие опыты показали, что разделение магмы на фосфатно-железные и силикатные расплавы, а также их не смешивание способствуют обогащению первых редкими землями. Однако нужны были более весомые доказательства.
В геологии для исследования свойств расплавов применяют установки типа «цилиндр-поршень», способные создавать давление до шести гигапаскалей и температуру до 1700 градусов Цельсия. Ученые в новой работе улучшили этот процесс.
В капсулу из благородного металла загружали разные композитные смеси, соответствующие составу железооксидно-апатитовых руд, затем нагревали и нагнетали, имитируя условия для разделения магматических расплавов и кристаллизации. Всего провели 17 экспериментов длительностью от двух до пяти дней. Определили химический состав элементов. in situС помощью рентгеноспектрального микроанализа и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что редкоземельные элементы, преимущественно тяжелые, притягиваются к железо-фосфатному расплаву. В некоторых экспериментах их концентрация достигла 100 раз больше прежних значений. Публикация указывает, что стоит проверить на наличие редкоземельных элементов любые виды фосфат-железных руд, прошедшие фазу несмешения двух расплавов.