Wetenschap
Nieuw onderzoek onthult extreme complexiteit bij de vorming van zeldzame aardmineralen die van vitaal belang zijn voor de technische industrie
In een nieuwe studie hebben onderzoekers van Trinity onthuld dat talloze, ingewikkelde factoren het ontstaan en de chemie van bastnäsiet- en zeldzame aardmetalen beïnvloeden, die van cruciaal belang zijn voor de hedendaagse technologie-industrie en haar hardware-outputs.
Hun werk, gepubliceerd in het internationale tijdschrift Global Challenges , onthult een nieuw verworven diepgaand inzicht dat voorheen onontgonnen was op dit gebied. Gecombineerd markeren de bevindingen een aanzienlijke vooruitgang en beloven ze ons begrip van de vorming van zeldzame aardmetalen opnieuw vorm te geven.
Cruciaal is dat, nu de mondiale vraag naar zeldzame aardmetalen blijft stijgen – grotendeels om te voldoen aan de groeiende vraag naar mobiele telefoons, batterijen en luidsprekers waarin ze worden gebruikt – de inzichten uit dit onderzoek verstrekkende gevolgen kunnen hebben en verschillende industriële en ecologische gevolgen kunnen hebben. toepassingen.
In tegenstelling tot eerdere aannames blijkt uit het nieuwe onderzoek dat de vorming van bastnäsiet – het belangrijkste zeldzame aardmineraal dat door de industrie wordt geëxploiteerd – geen eenvoudig proces is, maar in plaats daarvan wordt aangedreven door een zeer complex samenspel van meerdere factoren.
De experimentele aanpak omvatte het bestuderen van de interactie tussen oplossingen die meerdere zeldzame aardelementen bevatten en gewone calcium-magnesiumcarbonaatmineralen zoals calciet, aragoniet en dolomiet (die alomtegenwoordig van aard zijn) onder hydrothermische omstandigheden variërend van 21°C tot 210°C. Het team testte twee soorten oplossingen:één met gelijke concentraties zeldzame aardmetalen, en een andere die concentraties simuleerde die meer typerend zijn voor de gebruikelijke hydrothermische vloeistoffen die op aarde worden aangetroffen.
De bevindingen tonen aan dat wanneer de gewone calcium-magnesiumcarbonaatmineralen reageren met vloeistoffen die rijk zijn aan zeldzame aardmetalen, ze hun structuur en chemische samenstelling veranderen en een reeks zeldzame aardhoudende mineralen vormen met exotische namen als lanthaniet, kozoiet, bastnasiet en cerianiet. zeer complexe chemie, vormen en texturen.
Bijzonder interessant is dat verschillende soorten oplossingen tot verschillende resultaten leiden:oplossingen met een gelijke concentratie bevorderen bijvoorbeeld de kristallisatie van kozoiet en bastnasiet, waarbij vergelijkbare verhoudingen van zeldzame aardmetalen in vaste stoffen en oplossingen worden gehandhaafd.
Omgekeerd resulteren hydrothermale vloeistoffen die lijken op de vloeistoffen die op aarde worden aangetroffen, in mineralen die zeldzame aardmetalen bevatten met gevarieerde elementaire distributies – en sommige hiervan ondergaan zelfs ontkolingsprocessen als gevolg van de vorming van zeldzame aardoxides.
Uiteindelijk tonen de experimenten de extreem dynamische aard van de vorming van zeldzame aardmetalen aan, waarbij onstabiele mineralen in de loop van de tijd transformeren in stabielere mineralen, en soms texturen ontwikkelen die worden beïnvloed door aangrenzende minerale reacties die de complexiteit van het proces verder onderstrepen.
De implicaties van dit onderzoek reiken veel verder dan het laboratorium. Het begrijpen van de complexe processen die betrokken zijn bij de vorming van bastnäsieten heeft diepgaande gevolgen voor zowel geologen als de industrie. Het onderzoek toont aan dat de ontwikkeling van geavanceerde simulatiemodellen sterk nodig is, waardoor wetenschappers natuurlijke omstandigheden kunnen nabootsen en alternatieve methoden voor de winning of synthese van mineralen kunnen onderzoeken.
Hoewel er uitdagingen blijven bestaan, openen de inzichten uit dit onderzoek de deur voor nieuwe experimentele protocollen om het lot van zeldzame aardelementen in complexe geologische ertsen te begrijpen waar ze zich concentreren.
Melanie Maddin, Ph.D. Kandidaat in de geologie aan de Trinity's School of Natural Sciences, is de hoofdauteur van deze studie. Ze zei:"Deze bevindingen dagen de modellen uit die eerder werden toegepast op de vorming van zeldzame aardmetalen.
"Ons onderzoek benadrukt de afhankelijkheid van kristallisatieroutes, de kinetiek van mineraalvorming en de chemische textuur van een groot aantal factoren, waaronder concentraties van zeldzame aardmetalen, ionenstralen, temperatuur, tijd en oplosbaarheid van de gastheerkorrel."
Juan Diego Rodriguez-Blanco, hoofdonderzoeker van de onderzoeksgroep en professor aan de Trinity's School of Natural Sciences, benadrukte het belang van deze bevindingen voor het begrijpen van niet alleen de vorming van bastnäsieten, maar ook het bredere veld van de mineralogie van zeldzame aardmetalen.
Dr. Rodriguez-Blanco, een gefinancierde onderzoeker bij iCRAG (Science Foundation Ireland Research Centre in Applied Geosciences), zei:"Deze studie opent nieuwe wegen voor onderzoek in de geochemie en mineralogie, en maakt de weg vrij voor een uitgebreider begrip van mineraalvormingsprocessen. "