Геологи разгадали тайну образования редкоземельных элементов
Международная группа ученых разгадала давнюю тайну того, как образуются залежи редкоземельных элементов под землей, и почему иногда кажется, что они бесследно исчезают.
Редкоземельные элементы (РЗЭ) — это набор из 17 ценных химических элементов, которые требуются для производства технологических устройств и используются в качестве важного сырья во всем, от смартфонов до ветряных турбин, спутников, электромобилей, медицинского оборудования и т.п.
Хотя название предполагает, что эти материалы редки, на самом деле их залежи могут быть относительно обильными в земной коре. Однако рассеянное распределение затрудняет изоляцию и извлечение элементов из-под поверхности.
Из-за редкости концентрированные месторождения РЗЭ являются востребованными природными ресурсами. Ученые постоянно ищут новые и эффективные способы поиска и сохранения ценных минералов.
В новом исследовании геологи из Австралийского национального университета изучали химические механизмы, с помощью которых РЗЭ образуются под поверхностью, в частности внутри и вокруг вулканической карбонатитовой породы.
Фото: theverge.com
«Эти редкие породы и их измененные и выветрившиеся производные обеспечивают большую часть РЗЭ в мире. Нет единой модели, объясняющей все особенности образования залежей РЗЭ, связанных с карбонатитами, что сильно затрудняет их обнаружение для обеспечения будущих поставок», — объясняют исследователи в своей новой статье.
Чтобы исследовать процессы минерализации в основе залежей РЗЭ, связанных с карбонатитами, команда смоделировала, что происходит, когда карбонатитовая порода нагревается под высоким давлением перед охлаждением и сбросом давления, как это происходит в естественных магматических процессах.
Помещая небольшие количества синтетического карбонатита в серебряные или никелевые капсулы в устройстве с поршневым цилиндром, исследователи подвергали образцы воздействию температур до 1200 ° C при давлении до 2,5 гигапаскалей (ГПа) перед постепенным декомпрессированием и охлаждая их до 200 ° C и 0,2 ГПа.
До сих пор считалось, что определенные лиганды — молекулы, способные связываться с РЗЭ, включая хлор и фтор, — необходимы для того, чтобы РЗЭ были растворимыми. Так они мобилизуют химические вещества до кристаллизованных концентраций, из которых их можно извлекать.
Но эксперимент показал другой результат. Вместо этого ученые выяснили, что для переноса РЗЭ в карбонатиты для минерализации необходимы щелочные химические вещества. Эксперимент показывает, что в этом процессе лучше всего помогают натрий и калий.
По словам исследователей, щелочные карбонатиты способны образовывать богатые РЗЭ флюиды, которые могут мигрировать на большие расстояния в магматических условиях, сохраняя при этом высокую растворимость.
То, что ученые наблюдали в лабораторных условиях, не обязательно означает, что те же самые реакции будут происходить в открытых системах природы, в которых присутствие воды и других видов химических веществ в окружающей среде может менять этот процесс.
Тем не менее, для научного сообщества — это шаг вперед, который пересматривает общие знания о процессах, связанных с образованием и концентрацией РЗЭ.
«Теперь мы лучше понимаем, где концентрируются «тяжелые» редкоземельные элементы, такие как диспрозий, и «легкие» редкоземельные элементы, такие как неодим», — заключили ученые.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Источник
Полный текст статьи читайте на Компьютерра
