Ny forskning afslører ekstrem kompleksitet i dannelsen af ​​sjældne jordarters mineraler, der er afgørende for teknologiindustrien

I en ny undersøgelse har forskere fra Trinity afsløret, at utallige, indviklede faktorer påvirker tilblivelsen og kemien af ​​bastnäsit og sjældne jordarters karbonater, som er kritisk nødvendige for nutidens teknologiske industri og dens hardware-output.

Deres arbejde, offentliggjort i det internationale tidsskrift Global Challenges , afslører en nyligt erhvervet dybde af forståelse, som tidligere havde været uudforsket på dette felt. I kombination markerer resultaterne et betydeligt fremskridt og lover at omforme vores forståelse af dannelse af sjældne jordarters mineraler.

Det er afgørende, da den globale efterspørgsel efter sjældne jordarters elementer fortsætter med at stige - i høj grad for at tilfredsstille den voksende efterspørgsel efter de mobiltelefoner, batterier og højttalere, som de er sat til at fungere i - kan indsigt fra denne forskning have vidtrækkende konsekvenser og forskellige industrielle og miljømæssige konsekvenser. applikationer.

I modsætning til tidligere antagelser afslører den nye forskning, at dannelsen af ​​bastnäsit – det største mineral af sjældne jordarter, der udnyttes af industrien – ikke er en ligetil proces, men i stedet en drevet af et meget komplekst samspil af flere faktorer.

Den eksperimentelle tilgang involverede at studere interaktionen mellem opløsninger indeholdende flere sjældne jordarters grundstoffer og almindelige calcium-magnesiumcarbonatmineraler som calcit, aragonit og dolomit (som er allestedsnærværende i naturen) under hydrotermiske forhold, der spænder fra 21 °C til 210 °C. Holdet testede to løsningstyper:en med lige store koncentrationer af sjældne jordarter og en anden, der simulerede koncentrationer, der er mere typiske for de sædvanlige hydrotermiske væsker, der findes på Jorden.

Resultaterne viser, at når de almindelige calcium-magnesiumkarbonatmineraler reagerer med sjældne jordarters væsker, ændrer de deres strukturer og kemiske sammensætninger, og danner en række sjældne jordbundsmineraler med eksotiske navne som lanthanit, kozoit, bastnasit og cerianit, med meget komplekse kemi, former og teksturer.

Særligt interessant er det, at forskellige opløsningstyper fører til forskellige resultater:For eksempel fremmer opløsninger med ens koncentration kozoit- og bastnasitkrystallisation, idet de opretholder ensartede sjældne jordarters forhold i faste stoffer og opløsninger.

Omvendt resulterer hydrotermiske væsker, der efterligner dem, der findes på Jorden, i sjældne jordbærende mineraler med varierede grundstoffordelinger – og nogle af disse gennemgår endda dekarboneringsprocesser på grund af dannelsen af ​​sjældne jordarters oxider.

I sidste ende viser eksperimenterne den ekstremt dynamiske karakter af dannelsen af ​​sjældne jordarters mineraler, hvor ustabile mineraler omdannes til mere stabile over tid, og nogle gange udvikler teksturer påvirket af tilstødende mineralreaktioner, der yderligere understreger processens kompleksitet.

Implikationerne af denne forskning rækker langt ud over laboratoriet. At forstå de komplekse processer, der er involveret i bastnäsitdannelse, har dybtgående konsekvenser for både geologer og industri. Forskningen viser, at der er et stærkt behov for udvikling af avancerede simuleringsmodeller, som gør det muligt for forskere at kopiere naturlige forhold og udforske alternative metoder til mineraludvinding eller -syntese.

Selvom der stadig er udfordringer, åbner indsigten fra denne undersøgelse døren for nye eksperimentelle protokoller til at forstå skæbnen for sjældne jordarters grundstoffer i komplekse geologiske malme, hvor de koncentreres.

Melanie Maddin, ph.d. Kandidat i geologi i Trinity's School of Natural Sciences, er hovedforfatter af denne undersøgelse. Hun sagde:"Disse resultater udfordrer de modeller, der tidligere blev anvendt til dannelse af sjældne jordarters mineraler.

"Vores forskning fremhæver afhængigheden af ​​krystallisationsveje, mineraldannelseskinetik og kemisk tekstur af et utal af faktorer, herunder koncentrationer af sjældne jordarter, ioniske radier, temperatur, tid og værtskornopløselighed."

Juan Diego Rodriguez-Blanco, hovedforsker for forskningsgruppen og professor ved Trinity's School of Natural Sciences, understregede betydningen af ​​disse resultater i forståelsen af ​​ikke kun bastnäsitdannelse, men også det bredere felt af sjældne jordarters mineralogi.

Dr. Rodriguez-Blanco, en finansieret efterforsker i iCRAG (Science Foundation Ireland Research Center in Applied Geosciences), sagde:"Denne undersøgelse åbner nye veje for forskning i geokemi og mineralogi, og baner vejen for en mere omfattende forståelse af mineraldannelsesprocesser. "

Flere oplysninger: Melanie Maddin et al., Chemical Textures on Rare Earth Carbonates:An Experimental Approach to Mimic the Formation of Bastnäsite, Global Challenges (2024). DOI:10.1002/gch2.202400074

Leveret af Trinity College Dublin