Βασικοί κοιτασματολογικοί τύποι ορυκτών πρώτων υλών σπάνιων γαιών

Η πλειοψηφία των Σπανίων Γαιών (ΣΓ) στον κόσμο εξορρύσσεται απο πρωτογενή κοιτάσματα, αν και γίνονται σημαντικές προσπάθειες έρευνας και  τεχνολογικής ανάπτυξης για την ανακύκλωση τους από δευτερογενείς, κύρια ανθρωπογενείς πηγές, όπως για παράδειγμα είναι τα μεταλλευτικά απόβλητα.  Τα υπάρχοντα μεταλλεία σπάνιων γαιών, και τα γνωστά μέχρι τώρα αναξιοποίητα κοιτάσματα,  εντοπίζονται σε περιοχές όπου οι  γεωλογικές διεργασίες είναι κατάλληλες και ευνοϊκές για τον σχηματισμό σχετικών μεταλλοφόρων συγκεντρώσεων. Οι μεταλλοφορίες ΣΓ  διαχωρίζονται και ανήκουν σε διάφορους τύπους με βάση το γεωλογικό τους περιβάλλον και τις σχετικές διαδικασίες που οδηγούν στο σχηματισμό τους. Γενικά, επικρατούν σήμερα δύο βασικές κατηγορίες κοιτασματολογικών αποθέσεων ΣΓ, που περιλαμβάνουν αντίστοιχα, (α) αυτές που σχηματίζονται σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (μαγματικές και υδροθερμικές), όπως είναι αυτές που  συνδέονται με καρμπονατιτες, αλκαλικά πυριγενή πετρώματα, αλλά και υδροθερμικά μεταλλοφόρα συστήματα, και (β) αποθέσεις που σχηματίζονται σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας (διάβρωση, ιζηματογενείς διεργασίες) όπως είναι οι προσχώσεις, βωξίτες, λατερίτες και αργιλλοπυριτικά ιζήματα. Χαρακτηριστική και σημαντική είναι επίσης, η σε κάθε περιπτώση  ενδελεχής μελέτη των περιεχόμενων ορυκτών ΣΓ.   Υπάρχουν πάνω από 100 δυνητικά ορυκτά REE, αλλά πολύ λίγα από αυτά έχουν υποβληθεί με επιτυχία σε δοκιμές τεχνικού εμπλουτισμού και μεταλλουργίας. Κάθε κοιτασματολογικός τύπος χαρακτηρίζεται από  συγκεκριμένη ορυκτολογία, περιεκτικότητες και δυναμικό αποθεμάτων ΣΓ. Τα πρωτογενή, υψηλής θερμοκρασίας,  κοιτάσματα ΣΓ  συνδέονται συνήθως με αλκαλικά-υπεραλκαλικά πυριγενή πετρώματα και καρβονατίτες. Η διάβρωση ή η αποσάρθρωση των πρωτογενών τύπων μπορεί να οδηγήσει σε δευτερογενή κοιτάσματα όπως είναι τα προσχωματικά και τα ιζηματογενή.

Σπάνιες γαιές σε καρμπονατίτες: Οι καρμπονατίτες (carbonatites) είναι μαγματικά πετρώματα που περιέχουν > 50% ανθρακικά ορυκτά και αποτελούν επί του παρόντος τις κύριες πηγές παγκόσμιας παραγωγής ΣΓ.  Περιλαμβάνουν κυρίως ανθρακικά και φωσφορικά ορυκτά εμπλουτισμένα σε ελαφρές ΣΓ. Γνωστά κοιτάσματα και μεταλλεία ΣΓ σε καρμπονατίτες είναι αυτά στο Bayan Obo και το Maoniuping στην Κίνα, στο Mt Weld στην Αυστραλία, καθώς και το ορυχείο Mountain Pass που έκλεισε πρόσφατα στις ΗΠΑ. 

Σπάνιες γαιές σε αλκαλικά πετρώματα: Ο σχηματισμός του τύπου αυτού είναι αποτέλεσμα υδροθερμικής δραστηριότητας που συνδέεται με διεισδύσεις αλκαλικού-υπεραλκαλικού μαγματισμού. Η μοναδική εξορυκτική και μεταλλευτική παραγωγή ΣΓ πραγματοποιείται σήμερα στο Lovozero της Ρωσίας σε πετρώματα νεφελινικού συηνίτη, κύριο ορυκτό τον λοπαρίτη (loparite),  αποθέματα 6,6 megaton (Mt) και μέση περιεκτικότητα 1,12% REO. Χαρακτηρίζονται συνήθως από χαμηλές συγκεντρώσεις θόριου (Th) και ουρανίου (U).  Άλλα συνήθη ορυκτά ΣΓ του τύπου αυτού είναι πυρτικά και φωσφορικά όπως ο αλλανίτης, το ζιρκόνιο, ο μοναζίτης και ο ξενοτίμης, καθώς και  ορισμένα ανθρακικά και οξείδια ΣΓ. Η έντονη ορυκτολογική διαφοροποίηση είναι ιδιαίτερα σημαντική στην επιλογή κατάλληλων τεχνολογιών εμπλουτισμού και μεταλλουργίας.

Σπάνιες γαιές φλεβικού και τύπου σκαρν: Οι φλεβικές μεταλλοφορίες συνδέονται συχνά με καρμπονατική και αλκαλική μαγματική δραστηριότητα. Τα πιο γνωστά κοιτάσματα είναι αυτά της περιοχής Bastnäs στη Σουηδία, όπου εντοπίστηκαν για πρώτη φορά πολλές από τις ΣΓ.  Άλλα χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι αυτά στο Steenkampskraal στη Νότια Αφρική και στο Gakara στο Μπουρούντι. Είναι γενικά χαμηλού αποθεματικού δυναμικού αλλά έχουν υψηλές περιεκτικότητες σε ελαφρές ΣΓ. Τα κύρια ορυκτά είναι τα μπαστνεσίτης (bastnäsite) και μοναζίτης Μπορεί να περιέχουν αυξημένες συγκεντρώσεις θορίου. Το δυναμικό ενδιαφέρον εκμεταλλευσιμότητας του τύπου αυτού οφείλεται κυρίως στις υψηλές περιεκτικότητες που έχει σε ΣΓ.  Πρόσφατα παραγματοποιήθηκε σημαντική κοιτασματολογική έρευνα στην Αυστραλία, συγκεκριμένα στις περιοχές Nolan's Bore και το Brown's Range.

Σπάνιες γαιές προσχωματικού τύπου: Αποτελούν γνωστές πηγές ΣΓ, με χαρακτηριστικά παραδείγματα τις μοναζιτικές άμμους στην Ινδία και Αυστραλία. Σχηματίζονται κυρίως σε παράκτια περιβάλλοντα, συνήθως από τη διάβρωση μαγματικών πετρωμάτων, όπως για παράδειγμα συμβαίνει στο Aksu Diamas στην Τουρκία και στο στη Νέα Περάμο στην Ελλάδα. Τα κύρια ορυκτά είναι ο μοναζίτης και ο ξενοτίμης, που συνήθως σχετίζονται με αυξημένη περιεκτικότητα σε ραδιενεργά στοιχεία (π.χ. Th, U). Έχουν ήδη γίνει δοκιμές επεξεργασίας και για τα δύο ορυκτά, με ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματα σε ότι αφορά στον εμπλουτισμό ων αρχικών κοιτασμάτων  στις ΣΓ μόνιμου μαγνήτη νεοδύμιο (Nd), πρασεοδύμιο (Pr) και δυσπρόσιο (Dy). Γενικά έχουν το πλεονέκτημα στο ότι η ανάκτηση τους είναι σχετικά απλή και καλά αναπτυγμένη.  Το κύριο πρόβλημα για την εκμετάλλευση των προσχωματικών ΣΓ παραμένει η αυξημένη φυσική ραδιενέργεια λόγω της παρουσίας του Th στον μοναζίτη  και των Th και U στον ξενοτίμη.

Σπάνιες γαιές σε βωξίτες: Τα βωξιτικά κοιτάσματα εξορύσσονται ευρέως σε όλο τον κόσμο για την παραγωγή αλουμινίου, με χαρακτηριστικό μεταλλουργικό απόβλητο την κόκκινη λάσπη, που περιέχει αυξημένες συγκεντρώσεις ελαφρών ΣΓ, της τάξης των 1000 ppm.  Ορισμένοι βωξίτες, συμπεριλαμβανομένων των αποβλήτων  κόκκινης λάσπης καθίστανται έτσι δυναμικά αποθέματα ΣΓ με την κοιτασματολογική έρευνα σε ορισμένες περιπτώσεις να καταλήγει σε στάδιο δοκιμαστικής εξόρυξης. Αν και οι περιεκτικότητες ΣΓ είναι σχετικά χαμηλές θα μπορούσε να υπάρξει εξορυκτικό και μεταλλευτικό ενδιαφέρον  ανάκτησης ΣΓ σαν πραπροϊόν σε περιπτώσεις μεγάλης κλίμακας παραγωγής αλουμινίου.

Σπάνιες γαιές σε λατερίτες: Οι λατερίτες σχηματίζονται συχνά σε τροπικές περιοχές.  Συγκεκριμένα, διαδικασίες διάβρωσης ορυκτών μαγματικών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων εμπλουτίζουν τις ΣΓ σε δευτερογενή ορυκτά που μεταφέρονται, συσσωρεύονται και  σχηματίζουν λατεριτικές αποθέσεις.  Χαρακτηριστικό παραδείγμα ιδαίτερα δυναμικών λατεριτικών κοιτασμάτων ΣΓ είναι  το ενεργό ορυχείο στο Mt Weld της Αυστραλίας, όπου η διάβρωση ενός καρμπονατίτη οδήγησε στο σχηματισμό, μιας εξαιρετικά εμπλουτισμένης σε ΣΓ, ζώνης λατερίτη πάχους έως 70 m, η οποία καλύπτεται από υπερκείμενα μεταγενέστερα ιζήματα, και αποτελείται κυρίως από ένα ευρύ φάσμα δευτερογενών φωσφορικών ορυκτών που περιέχουν ΣΓ, όπως είναι ο μοναζίτης. Αυξημένο κοιταματολογικό ενδιαφέρον λατεριτικών ΣΓ εντοπίζεται  στο Ngualla Hill (Τανζανία), στο Zandkopsdrift (Νότια Αφρική) και στο Dong Pao (Βιετνάμ), λόγω κυρίως των υψηλών περιοκτικότητων τους σε ελαφρές ΣΓ. Ενδιαφέρον για περαιτέρω κοιτασματολογική έρευνα εμφανίζουν και τα ελληνικά λατεριτικά κοιτάσματα.

Σπάνιες γαιές σε αργιλλικά ιζήματα: Στο συγκεκριμένο τύπο οι ΣΓ δεν εμπλουτίζονται σε δευτερογενή ορυκτά αλλά προσροφώνται στις επιφάνειες αργίλλων από τις οποίες  μπορούν εύκολα να εκπλυθούν/ανακτηθούν σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος χρησιμοποιώντας κατάλληλα αντιδραστήρια. Το γεγονός αυτό κάνει τον συγκεκριμένο τύπο, παρά το σχετικά χαμηλό περιεχόμενο σε ΣΓ (<4000 d="" nbsp="" o:p="" ppm="" r="" serra="" tantalus="" verde="" y="">

Χάρτης βασικών κοιτασματολογικών τύπων σπάνιων γαιών σε παγκόσμιο επίπεδο (NERC 2017 in Elliott et al 2018)

Χαρακτηριστικά ορυκτά, αντιπροσωπευτικές περιεκτικότητες και τεχνολογίες εμπλουτισμού σε διάφορους κοιτασματολογικούς τύπους σπάνιων γαιών (Goodenough et.al., 2017)