Месторождения карбонатитовых редкоземельных элементов

Карбонатиты представляют собой особую группу богатых карбонатами магматических пород и основной мировой источник редкоземельных элементов (РЗЭ), ниобия, циркония и оксидов фосфатов. Они содержат более 50% первичных карбонатных минералов, менее 20% силикатных минералов (пироксен, амфибол и оливин) и мало фосфатных минералов. Месторождения карбонатита существуют по всему миру, в основном в континентальных рифтах. В большинстве случаев карбонатиты имеют интрузивный или субвулканический характер, образуя конусные пластины, вулканические шейки, дайки, силлы, брекчии и жилы. Заметным исключением является гора Олдоиньо Ленгаи в Северной Танзании, которая является единственным известным действующим карбонатитовым вулканом на Земле. Сохранение потоков карбонатитовой лавы встречается редко, поскольку карбонатные минералы очень легко выветриваются.

Карбонатиты делятся на четыре основные группы в зависимости от доминирующего карбонатного минерала:

Редкоземельные элементы (РЗЭ) представляют собой группу элементов, которые имеют схожие геохимические свойства и встречаются вместе в месторождениях. Они принадлежат к химической группе под названием лантаноиды, атомные номера которых составляют от 57 до 71. В число элементов входят лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций. . Иттрий и скандий также считаются РЗЭ, поскольку они встречаются в тех же рудных месторождениях, что и лантаноиды, и имеют схожие химические свойства. К рудным минералам, содержащим РЗЭ, относятся бастнезит, монацит и ксенотим.

Редкоземельные элементы не являются особенно редкими – на самом деле их больше, чем золота. Однако они редко встречаются в высоких концентрациях, а схожие физические и геохимические свойства затрудняют отделение редкоземельных элементов друг от друга. Разделение достигается за счет дорогостоящей технологии переработки, что делает добычу многих низкосортных карбонатитов РЗЭ нерентабельной. Редкоземельные элементы имеют множество применений, включая производство двигателей электромобилей, литий-ионных аккумуляторов, жестких дисков компьютеров, солнечных панелей, керамики и магнитов.

Карбонатиты имеют самую высокую из известных концентраций РЗЭ среди всех магматических пород, что делает их привлекательным объектом добычи полезных ископаемых. В то время ранняя добыча РЗЭ велась в основном на россыпных месторождениях Индии и Бразилии. Добыча карбонатитовых РЗЭ началась в 1950-х годах с открытием месторождения Докембрийский горный перевал в Калифорнии, США. Mountain Pass был основным поставщиком РЗЭ в мире до начала 2000-х годов, когда экологические проблемы и конкуренция со стороны Китая привели к закрытию рудника. Три месторождения карбонатитов в Китае (Баян Обо, Маониупинг и Далукао) обеспечивают большую часть мировых запасов РЗЭ. Добыча на руднике Маунтин-Пасс возобновилась в 2018 году в ответ на возросший спрос на РЗЭ и геополитические силы.

Растущий спрос на РЗЭ побудил к дальнейшей разведке месторождений РЗЭ в карбонатитах по всему миру. На Африканском континенте, особенно в Восточно-Африканской рифтовой долине, находятся два крупных месторождения карбонатитовых РЗЭ, которые подробно обсуждаются ниже.

Мрима Хилл — месторождение ниобия и РЗЭ, расположенное в округе Квале, примерно в 70 км к юго-западу от кенийского прибрежного города Момбаса. Меловое месторождение состоит из четырех отдельных щелочных интрузий: Кирику, Мрима, Нгулуку и Джомбо. Эти интрузии занимают площадь примерно 2 на 1,3 км и, как полагают, соединяются на глубине. Щелочные интрузии представлены карбонатитовыми, агломератовыми и фенитизированными осадками. Комплекс прорван юрскими песчаниками и перекрыт почвой и латеритом со слабыми обнажениями, хотя интрузия Мрима обнажена на поверхности в виде небольшого (1000 х 600 м) холма. Выветривание обширное, в некоторых местах оно достигает глубины 100 метров, при этом на выветрелом участке наблюдается высокая концентрация второстепенных устойчивых минералов. Основными редкоземельными минералами являются монацит ((Ce, La, Th)PO4) и горцеиксит (фосфат бария-алюминия с редкоземельными элементами).

Месторождение было открыто в начале 1950-х годов и подверглось значительным историческим исследованиям. Департамент горнодобывающей промышленности и геологии Кении провел испытательную шахту и 81 испытательную яму в 1950-х годах, а затем более 400 испытательных ям и 2000 м бурения, проведенные компаниями Anglo American в 1955–1957 годах и Pechiney в 1971–1973 годах. К 2010 году исследователи отобрали пробы на глубине более 3000 м в результате бурения, 9000 м в пробных скважинах и 37 тонн в результате массового отбора проб. Историческое бурение показало высокую минерализацию редкоземельных элементов, ниобия, тантала, фосфатов и марганца на глубине до 150 метров.