Минералы и руды РЗЭ

Среднее суммарное содержание лантанидов в земной коре – около 0, 01 %; они более распространены, чем B, Cu, Co, например, Tm больше, чем Sb, Bi, I, Cd и др. В природе наблюдается большое число типов редкоземельной минерализации. Однако значительные концентрации в земной коре образуют только некоторые собственно редкоземельные минералы (монацит, бастнезит, ксенотим, эвксенит и др.).

Больше всего РЗЭ содержится в углях, золе растений, почвах, организмах животных и человека. Очень редки месторождения, содержащие 3-7 % Ln₂O₃. В большинстве случаев РЗЭ сопутствуют Th и U. В породах преимущественно находятся минералы групп силикатов и сложных оксидов, в гидротермалитах и корах выветривания – карбонаты, фосфаты, фториды. Обычно в редкоземельных минералах наблюдается преобладание одной подгруппы (цериевой или иттриевой), хотя в малых количествах содержатся и остальные элементы. Минералы такого типа относятся к селективным. Примеры селективных цериевых минералов – монацит (Ce, La …)PO₄ – фосфат РЗЭ и Th; бастнезит (Ce, La, Pr)(CO₃)F – фторкарбонат; лопарит (Na, Ca, Ce …)(Ti, Ta, Nb)O₃ – титано-тантало-ниобат. К селективным иттриевым минералам относят: эвксенит (Y, Er, Ce, U, Pb, Ca)(Ti, Nb, Ta)₂(O, OH)₆ – титано-тантало-ниобат; ксенотим YPO₄ – фосфат.

Образование селективных минералов связано с тем, что с уменьшением ионного радиуса от La к Lu уменьшается устойчивость комплексных соединений, благодаря чему в природе происходит перераспределение РЗЭ и избирательное концентрирование в минералах. Влияние размеров ионных радиусов сказывается и на избирательности изоморфного замещения ионами РЗЭ ионов других металлов. Так, в минералах с крупными катионами (Sr, Ba, Th) последние замещаются элементами преимущественно цериевой подгруппы. В минералах с небольшими катионами (Mn, Fe, U, Zr) – катионами элементов иттриевой подгруппы и известно очень мало минералов, содержащих РЗЭ без отчетливого преобладания подгрупп. К таким минералам относятся гадолинит (Y₂FeBe₂[SiO₄]₂O₂), содержащий 30, 7-46, 5 % Y₂O₃ и 5-23 % (Ce, La)₂O₃; ортит ((Ca, Ce, Mn)₂(Fe^II, Fe^III, Mg) Al₂[Si₂O₇][SiO₄](O, OH), содержащий до 6 % Ce₂O₃, до 7 % La₂O₃, и до 8 % Y₂O₃.

Таблица 3. 15. Химический состав основных рудных минералов, являющихся в настоящее время промышленным сырьем на РЗЭ

*Если содержание TiO₂ преобладает над содержанием Nb₂O₅ и Ta₂O₅, то минерал носит название поликраз.

Подавляющее большинство месторождений РЗЭ являются комплексными и используются для извлечения и других ценных элементов (Ta, Nb, Zr, Th, U). Часто РЗЭ добывают попутно.

На долю США приходится 48 % запасов РЗЭ, большими ресурсами располагают Индия, Кения, Канада, Бразилия, ЮАР. На долю остальных стран приходится около 0, 6 %.

Монацит ранее был основным источником и перерабатывался на Th и РЗЭ. С ростом спроса на Eu выросла экономическая ценность бастнезита благодаря большему содержанию этого элемента (≈ 0, 1 % Eu₂O₃) по сравнению с монацитом (≈ 0, 04 % Eu₂O₃). Кроме того, бастнезит имеет то преимущество, что он практически не содержит радиоактивного тория, затрудняющего технологическую переработку. Потребность в Th сейчас меньше, чем произведенное его количество, поэтому во многих странах он находится в резерве.

Реальным источником иттриевых РЗЭ и Eu считаются эвксенит, отходы от переработки урановых руд и ксенотим, извлекаемый попутно при разработке оловянных руд. Известно лишь одно, имеющее промышленное значение месторождение эвксенита, запасы которого составляют 0, 1 % от общих ресурсов РЗЭ.

В годы второй мировой войны РЗЭ извлекали в Германии из апатита. После войны работы по извлечению РЗЭ производились в Восточной Германии, Польше, Венгрии, Финляндии. Интерес к этому источнику проявляют в США и Канаде.

Общие ресурсы РЗЭ достаточно велики и оцениваются в 15 – 20 млн т в пересчете на оксиды. В большинстве случаев месторождения располагаются в доступных районах и могут эффективно разрабатываться.