Elementele pământurilor rare (REE) sunt în centrul atenției. Aproape fiecare publicație de știri subliniază cererea globală în creștere și competiția acerbă pentru aceste resurse, deoarece REE sunt componente esențiale în tehnologia computațională de vârf, smartphone-uri, magneți, motoare pentru vehicule electrice și chiar turbine eoliene. Totuși, ceea ce mulți nu înțeleg este că lupta pentru aprovizionare nu este alimentată de lipsa acestor metale în scoarța terestră.
**Paradoxul elementelor pământurilor rare**
Denumirea de „pământuri rare” este un oximoron istoric care creează confuzie cu privire la dificultatea de a le procura. În realitate, nu sunt deloc rare, ci mai degrabă rar găsite în formă pură. Chimiștii analitici au întâmpinat dificultăți majore în separarea celor 17 metale din grupul lantanidelor folosind metodele timpurii, ceea ce i-a determinat să creadă că sunt rare în natură. Cu toate acestea, știm acum că lantanidele, cum ar fi ceriul, sunt chiar mai abundente decât cuprul în scoarța terestră. Neodimul depășește aurul cu ordine de mărime. Și totuși, lumea se confruntă cu o criză reală de aprovizionare. Problema principală nu este lipsa, ci descoperirea, extracția și viabilitatea economică. Pe măsură ce nevoia globală de independență energetică și capacitate computațională accelerează, cererea rezultată pentru aceste metale a evidențiat un flux de aprovizionare extrem de subțire pentru REE. Acest lucru este valabil pentru majoritatea mineralelor critice, dar decalajul dintre descoperirea unui zăcământ de REE și dezvoltarea unei mine este mult mai mare decât pentru aproape orice altă marfă, și iată de ce.
**Metode de depunere și explorare**
Zăcămintele de REE se pot forma prin fracționarea cristalelor în camere magmatice. Ele își au originea într-un mantou litosferic profund, metasomatizat, unde topirea parțială la scară mică concentrează elemente incompatibile, cum ar fi REE, în topituri primare alcaline sau carbonatitice. Intruziunile rezultate sunt adesea amplasate în scuturi continentale stabile sau în zone de rift eșuate. Minereurile de REE non-magmatice se formează în sisteme hidrotermale de alterare legate de unconformități, care au un control structural puternic. Ele tind să fie limitate de zone de falie la granițele bazinelor, cu lungimi tipice de 200-300 de metri. Localizarea lor într-un bazin sedimentar ce se întinde pe zeci de mii de kilometri pătrați este, literalmente, precum găsirea unui ac într-un car cu fân. O altă sursă non-magmatică de REE sunt Depozitele de Argilă cu Adsorbție Ionică (IACD). Acestea prezintă o altă constrângere, deoarece formarea lor depinde de un echilibru precis între eroziunea intensă și eroziunea scăzută. Ridicarea tectonică sau precipitațiile tropicale susținute post-formare pot șterge complet depozitul. Aici, atât ținta exploratorie, cât și fereastra de conservare sunt mici. Deci, ce metode exploratorii, în afară de cartografierea riguroasă a rocilor potențial gazdă sau a halourilor fertile de alterare, sunt viabile? Cele mai comune tipuri de minereu tind să aibă o semnătură geochimică sau geofizică bine înțeleasă. Acest lucru nu este neapărat cazul pentru metalele REE, dar mediul lor imediat oferă semnături proxy care pot fi explorate. Sistemele magmatice sunt ținte geofizice bune, care introduc roci ignee dense și magnetice, adesea asociate cu halouri distincte de alterare hidrotermală și semnături minerale radioactive. Metodele magnetice pot defini intruziunile alcaline și carbonatitele bogate în fier (beforsite) care conțin concentrații ridicate de magnetită accesorie. Unde are loc alterarea (fenitizarea), pot apărea linii magnetice și rupturi. În plus, complexele carbonatitice sunt semnificativ mai dense decât rocile înconjurătoare și apar ca maxime gravimetrice distincte, localizate. Spectrometria Gamma-Ray (radiometrie) mapează direct anomaliile de Thorium și Uraniu. Alterarea ultrapotasică asociată cu emplasarea carbonatitelor apare de obicei ca alterare în jurul vârfului central de thorium. În sistemele non-magmatice, metodele geofizice sunt utilizate pentru cartografierea structurală, stratigrafică și a alterării. Polarizarea Indusa (IP) poate identifica argilele încărcate și halourile de pirită. Magnetotellurica (MT) imaginează conductori de substrat adânci asociați cu grafit sau sulfuri. Pentru studii structurale profunde și cartografierea unconformităților regionale în bazinele sedimentare, Reflecția Seismică este o metodă viabilă. Tomografia de Rezistivitate Electrică (ERT) și Electromagnetica (EM) pot profila stratul de saprolit bogat în argilă, foarte conductor, din IACD. În timp ce Radarul de Penetrare a Solului (GPR) mapează paleotopografia substratului stâncos de sub pătura de argilă a IACD. În ceea ce privește metodele geochimice comune, XRF portabil în câmp este nesigur pentru REE din cauza interferenței spectrale între liniile de emisie ale pământurilor rare și ale metalelor tranziționale comune. Digestia acidă standard este adesea insuficientă pentru a dizolva mineralele refractare de REE; sunt necesare tehnici de fuziune mai costisitoare. O altă tehnică non-invazivă cu mai mult succes pentru detectare, în combinație cu explorarea geofizică, este analiza hiperspectrală (spectroscopie imagistică). Aceasta poate fi efectuată la multiple scale, de la detecția prin satelit (EnMAP și PRISMA) la scanarea cu drone, precum și analiza directă a carotelor și a secțiunilor subțiri. În esență, există multiple metode care fac posibilă găsirea de noi surse pentru aprovizionarea globală cu REE. Deci, de ce este încă o problemă atât de îngrijorătoare și controversată? Să discutăm despre economie.
**Grad și fezabilitate economică**
Doar un număr mic de minerale, inclusiv bastnäsite, sunt prelucrabile la un cost viabil, dar prezintă o altă provocare – pot fi puternic radioactive. Sursa: Adobe Stock Un grad ridicat nu înseamnă nimic dacă mineralogia este greșită. În explorarea cuprului sau a aurului, o anomalie de grad ridicat legată de puține specii de sulfuri reprezintă jumătate din luptă. În comparație, REE se pot substitui în peste 200 de minerale diferite, iar atunci când sunt blocate în silicați refractari precum eudialitul sau zirconul, pre-tratamentul extins, energia și acidul necesare pentru extragerea lor pot face ca un zăcământ impresionant să fie complet neeconomic. Ca atare, doar un număr mic de minerale, în principal bastnäsite, monazit și xenotim, sunt prelucrabile la un cost viabil, dar acestea prezintă o altă problemă. Toate pot fi puternic radioactive din cauza impurităților de thorium și uraniu prinse structural, astfel încât procesele de extracție și separarea deșeurilor actinide formează o altă provocare metalurgică. IACD sunt ținte atractive deoarece REE pot fi teoretic eliberate printr-o simplă levigare cu sulfat de amoniu, dacă metalul de pământ rar se află pe suprafața argilei, în loc să fie blocat în rețeaua minerală insolubilă. Dar determinarea dacă o anomalie legată de argilă este cu adevărat ionică necesită teste de laborator costisitoare, indisponibile în câmp. Multe anomalii convingătoare se dovedesc a fi fundături metalurgice.
**Realitățile aprovizionării cu elemente pământuri rare**
Un alt diferențiator în cazul REE este că acestea pot fi subdivizate în REE ușoare și grele (LREE și HREE) pe baza greutății și numărului atomic. LREE sunt geologic mai abundente, în timp ce HREE au o abundență naturală cu adevărat scăzută și se confruntă cu deficite structurale de aprovizionare mai severe, care stau la baza unor preocupări geopolitice observate astăzi. Zăcămintele de HREE cunoscute și exploatate astăzi sunt concentrate în regiuni precum China de Sud (49%) și Myanmar (necunoscut %), ceea ce oferă acestor economii o poziție monopolistă. Cu toate acestea, acesta nu este singurul motiv pentru care China, în special, deține o asemenea putere în spațiul REE și controlează până la 94% din piață. Să luăm Brazilia ca exemplu de țară bogată în REE, cum ar fi ceriul și neodimul (în prezent în producție), precum și resurse neexploatate, reprezentând aproximativ 23% din aprovizionarea globală. Ca atare, Brazilia se clasează doar pe locul al doilea după China până în prezent. Cu toate acestea, lipsa capacității de piață intermediară duce la externalizarea rafinării mineralelor către centre precum China, ceea ce adaugă un alt nivel de complicație. Dacă lumea dorește să construiască o piață REE mai diversificată, aceasta necesită nu numai găsirea de zăcăminte noi și fezabile economic, ci și construirea infrastructurii relevante pentru un lanț de aprovizionare vertical integrat, precum și producerea și vânzarea la un preț competitiv. Economia de scară, în raport cu standardele actuale, va fi greu de atins timp de mulți ani. În timp ce prețurile minime și politicile guvernamentale favorabile independenței aprovizionării pot ajuta în aceste probleme, această interacțiune afectează prețurile spot ale mărfurilor și acționează ca o sabie cu două tăișuri pe piața liberă, ceea ce este un subiect interesant pentru o altă zi.
**O frontieră demnă de urmărit – noi abordări și cercetări**
Un domeniu în care economia s-ar putea schimba în cele din urmă este extracția pământurilor rare din saramuri. Fluidele geotermale, apele produse din câmpurile petroliere și alte saramuri subterane pot conține elemente pământuri rare dizolvate, creând posibilitatea recuperării mineralelor critice alături de operațiunile energetice existente. Spre deosebire de zăcămintele convenționale de rocă dură, aceste resurse sunt conținute în sisteme de fluide care, în unele cazuri, sunt deja produse și gestionate. În timp ce extracția directă de litiu din saramuri a ajuns la implementare comercială, recuperarea pământurilor rare rămâne în mare parte la nivel de cercetare și proiecte pilot, desfășurate în prezent în SUA, Germania, Islanda și alte țări. Tehnologiile testate aici iau în considerare îndepărtarea REE ca subprodus secundar, fie prin Electromigrare și Separare Electrohidrodinamică, fie prin Rășini Avansate cu Amprentă Ionică (MRT). Prima aplică un câmp electric perpendicular pe un flux de saramură pentru a forța ionii REE să migreze lateral pe baza raportului lor sarcină-masă. Avantajul acestei tehnici permite o ocolire completă a filtrării fizice, eliminând astfel pierderile parazitare de pompare și prevenind blocarea prin depuneri de siliciu. Tehnologia MRT, în comparație, utilizează liganzi macrociclici ancorați pe suporturi de siliciu (rășină adsorbentă) care imită exact învelișul de hidratare și raza ionică a lantanidelor specifice, legând selectiv REE și excluzând sărurile de fond. Argumentul economic este încă în curs de dovedire, din cauza preocupărilor nerezolvate legate de competiția de legare în saramurile bogate în sare care saturează prematur adsorbanții, depunerile de siliciu post-extracție de litiu și constrângerile de reinjecție datorită fouling-ului puțurilor cu aditivi, care pot duce la contaminarea acviferelor profunde. Cu toate acestea, sistemele geotermale și marile câmpuri geotermale, precum Salton Sea, ar putea reprezenta o convergență intrigantă în viitor între producția de energie curată și aprovizionarea cu minerale critice. Pe măsură ce explorarea geotermală se extinde, aceeași înțelegere a subteranului utilizată pentru cartografierea sistemelor de fluide purtătoare de căldură ar putea ajuta, de asemenea, la evaluarea potențialului lor ca surse secundare de minerale critice.
Dr. Janina Elliott este Segment Director, Mining la Seequent.