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希土類元素マップ： 米国の希土類元素地区は主に西部に位置しています。このマップは、潜在的な生産場所の場所を示しています-地図を拡大して、すべての場所を表示します。
希土類元素は「レア」ではありません
希土類元素の自然発生のいくつかの地質学的側面は、希土類元素原料の供給に強く影響します。これらの地質学的要因は、詳細な議論が続く事実の記述として提示されます。
地殻中の希土類元素の推定平均濃度は、約150〜220百万分の1（表1）の範囲で、銅などの工業規模で採掘される他の多くの金属（55百万）および亜鉛（百万分の70部）。ただし、ほとんどの商業的に採掘されたベースや貴金属とは異なり、希土類元素が採掘可能な鉱床に濃縮されることはめったにありません。
希土類元素濃度
希土類元素の主な濃度は、珍しい種類の火成岩、すなわちアルカリ岩とカーボナタイトに関連しています。希土類元素含有鉱物の潜在的に有用な濃度は、砂鉱床、火成岩の深風化によって形成された残留堆積物、ペグマタイト、酸化鉄銅金鉱床、海洋リン酸塩にも見られます（表2）。
表1。 希土類元素の地殻の豊富さの推定。
アルカリ性火成岩とマグマ
アルカリ性の火成岩は、地球のマントル内の岩石の部分的な融解の程度が小さいことから生じるマグマの冷却から形成されます。アルカリ岩の形成は複雑であり、完全に理解されていませんが、一般的な岩石形成鉱物の構造に適合しない要素を抽出および濃縮する地質学的プロセスと考えることができます。
結果として生じるアルカリマグマはまれであり、ジルコニウム、ニオブ、ストロンチウム、バリウム、リチウム、および希土類元素などの元素が異常に豊富です。これらのマグマが地殻に上昇すると、それらの化学組成は、圧力、温度、周囲の岩石の組成の変化に応じてさらに変化します。その結果、希土類元素を含む経済的要素が多様に豊富になった驚くべき多様な岩石の種類が生まれました。これらの岩石に関連する鉱物鉱床も同様に非常に多様で分類するのが困難です。これらの鉱床の特徴とその希少性は、1つまたはいくつかの既知の例のみを持つ分類につながる可能性があるためです。
希土類元素地質図： 南カリフォルニアのマウンテンパスレアアースエレメント地区のほとんどの一般化された地質図。何百ものショーキナイト、閃長岩、およびカーボナタイト岩脈の代表的な少数派のみが示されています。中生代または第三紀の広範囲の安山岩および流紋岩岩脈は示されていません。 USGS Open-File Report 2005-1219より。地図を拡大します。
希土類鉱石の分類
アルカリ岩に関連する鉱石の分類も議論の余地があります。表2は、非アルカリ性火成岩に関連する堆積物の類似カテゴリに続く比較的単純な分類を示しています。 REE鉱石をホストする、またはREE鉱石に関連する異常なアルカリ性岩石のいくつかは、それぞれ炭酸塩とリン酸塩の鉱物で主に構成されるカーボナタイトと亜リン酸塩、火成岩です。カーボナタイト、特に亜リン酸塩は、世界で527しか知られていないため、比較的一般的ではありません（Woolley and Kjarsgaard、2008）。 REEを含む鉱物の経済的濃度は、アルカリ岩、スカルン、炭酸塩置換堆積物に発生し、アルカリ性貫入岩、脈、岩脈がアルカリ性火成岩複合体と周囲の岩石を切断し、土壌やアルカリ岩のその他の風化生成物を切断します。
REE周期表： 希土類元素は、15個のランタニド系列元素とイットリウムです。スカンジウムは、ほとんどの希土類元素の堆積物に含まれており、希土類元素として分類されることもあります。による画像。
希土類砂鉱床
あらゆる種類の岩石の風化により、小川や川、海岸線、扇状地、デルタなど、さまざまな環境に堆積する堆積物が生じます。侵食のプロセスは、より密度の高い鉱物、特に金を鉱床として知られる鉱床に濃縮します。侵食生成物の発生源に応じて、モナザイトやゼノタイムなどの特定の希土類元素含有鉱物は、他の重鉱物とともに濃縮されます。
発生源はアルカリ性火成岩または関連する希土類鉱床である必要はありません。多くの一般的な火成岩、変成岩、さらに古い堆積岩には、モナザイトを含む砂鉱を生成するのに十分なモナザイトが含まれています。その結果、モナザイトはほとんどすべての砂鉱床に見られます。しかし、モナザイトの濃度が最も高いタイプの砂鉱は、通常、酸化チタン顔料用に採掘されたイルメナイト重鉱物鉱床、およびスズ用に採掘された錫石鉱床です。
アイアンヒルレアアース鉱床： コロラド州ガニソン郡アイアンヒルの北西向きの眺め。アイアンヒルは、アルカリ性貫入複合体の中心を形成する大規模なカーボナタイトのストックによって形成されます。この複合施設には、チタン、ニオブ、希土類元素、トリウムなどの多くの鉱物資源があります。 USGSイメージ。
残留希土類鉱床
熱帯環境では、岩は深く風化して、ラテライト、鉄およびアルミニウムに富む土壌で構成される数十メートルもの厚さのユニークな土壌プロファイルを形成します。土壌形成のプロセスでは、通常、重鉱物が残留堆積物として濃縮され、その結果、下層の風化していない岩盤の上に金属の濃縮層ができます。
希土類鉱床がそのような風化を受けた場合、経済的な関心の集中で希土類元素が豊富になる可能性があります。特定のタイプのREE堆積物であるイオン吸収タイプは、一見一般的な火成岩からの希土類元素の浸出と、土壌中の粘土への元素の固定によって形成されます。これらの鉱床は中国南部とカザフスタンでのみ知られており、その形成はよくわかっていません。
ペグマタイト中の希土類元素
ペグマタイトの中でも、非常に粗い粒子の貫入火成岩のグループであるニオブ-イットリウム-フッ素族は、異なる地質環境で形成された多数のサブタイプを含んでいます。これらのサブタイプは、組成が花崗岩であり、通常、大きな花崗岩の貫入の周辺に見られます。しかし、一般に、希土類元素を含むペグマタイトは一般的に小さく、鉱物採集者だけが経済的に興味を持っています。
その他の希土類鉱床の種類
酸化鉄銅金タイプの鉱床は、1980年代に南オーストラリア州の巨大なオリンピックダム鉱床が発見されて以来、明確な鉱床タイプとして認識されてきました。オリンピックダム鉱床は、大量の希土類元素とウランを含むという点で異常です。これらの鉱床から希土類元素を回収する経済的な方法はまだ見つかっていません。このタイプの他の多くの鉱床は世界中で確認されていますが、それらの希土類元素含有量に関する情報は一般的に不足しています。微量の希土類元素もマグネタイト-アパタイト置換鉱床で確認されています。
カルストボーキサイトは、モンテネグロなどの海底石灰岩（カルスト地形の根底にある）に蓄積するアルミニウムに富む土壌であり、希土類元素が豊富ですが、結果として生じる濃度は経済的に重要ではありません（Maksimovic andPantó、1996）。同じことが海洋リン酸塩鉱床にも言えます。これには、最大0.1パーセントのREE酸化物が含まれる可能性があります（Altschulerおよびその他、1966年）。その結果、リン酸肥料製造の副産物としての希土類元素の回収が調査されました。
課題の鉱物処理
多くの卑金属および貴金属鉱床では、黄銅鉱の銅（CuFeS2）や閃亜鉛鉱の亜鉛（ZnS）など、抽出された金属は単一の鉱物相に非常に濃縮されています。岩石から単一の鉱物相を分離するのは比較的簡単な作業です。最終製品は、通常、金属の最終抽出と精製のために製錬所に送られる濃縮物です。たとえば、亜鉛はほぼ完全に鉱物閃亜鉛鉱に由来するため、世界の亜鉛精錬業界はこの鉱物の高度に専門化された処理を開発しました。したがって、亜鉛の生産には、単一の標準技術が使用され、新しい亜鉛鉱山の開発がほぼ従来のプロセスであるという点で、顕著なコスト上の利点があります。
現在の鉱物処理の実践では、複数の鉱物相を連続的に分離することができますが、そうすることは必ずしも費用効果が高いとは限りません。関心のある要素が2つ以上の鉱物相で見つかり、それぞれに異なる抽出技術が必要な場合、鉱物の処理は比較的費用がかかります。多くの希土類元素鉱床には、2つ以上の希土類元素含有相が含まれています。したがって、希土類元素が単一の鉱物相に大きく集中している希土類元素堆積物は、競争上の優位性を持っています。これまで、REEの生産は主に、Bayan Obo（バストナサイト）、Mountain Pass（バストナサイト）、および重鉱物砂鉱（モナザイト）などの単一鉱物相の鉱床から来ました。
複雑な鉱物処理
希土類元素を含む鉱物は、一度分離されると、さらに分離および精製する必要がある14個もの希土類元素（ランタニドおよびイットリウム）を含みます。希土類元素の抽出と精製の複雑さは、カリフォルニアのマウンテンパス鉱山の冶金フローシートで示されています（図2）。化学的に単純な化合物である金属硫化物とは異なり、REEを含む鉱物は非常に複雑です。閃亜鉛鉱（ZnS）などの卑金属硫化物鉱石は、通常、精錬されて硫黄を燃やし、溶融金属から不純物を分離します。得られた金属は、電気分解によりほぼ純度までさらに精製されます。一方、希土類元素は通常、さまざまな希土類元素を分離して不純物を除去するために、数十の化学プロセスによって抽出および精製されます。
REEを含む鉱物に含まれる主な有害な不純物はトリウムであり、これは鉱石に望ましくない放射能を与えます。放射性物質は採掘して安全に取り扱うのが難しいため、厳しく規制されています。放射性廃棄物が生成される場合、特別な廃棄方法を使用する必要があります。放射性物質の処理と廃棄のコストは、通常かなりの量のトリウムを含む、より放射性のREEに富む鉱物、特にモナザイトの経済的な抽出にとって深刻な障害となります。実際、1980年代には、放射性鉱物の使用に関する規制が強化されたことで、希土類元素市場から多くのモナザイト源が流出しました。
希土類元素の複雑な冶金学は、2つのREE鉱石が真に似ていないという事実によって悪化します。その結果、REEを含む鉱物を抽出して市場性のある希土類化合物に精製するための標準的なプロセスはありません。新しい希土類元素鉱山を開発するには、さまざまな既知の抽出方法と最適化された処理ステップのユニークなシーケンスを使用して、鉱石を広範囲にテストする必要があります。新しい亜鉛鉱山と比較して、希土類元素のプロセス開発にはかなりの時間と費用がかかります。