ذخایر و تولید عناصر نادر خاکی در جهان

عناصر نادر خاکی در سرتاسر پوسته زمین به صورت پراکنده و در کانی‌های زیادی موجود هستند. این عناصر بیشتر در کانی‌های کربناته، اکسیدی، فسفاته و سیلیکاته حضور دارند. ذخایر در بر دارنده این عناصر به دو صورت توده‌ای و پلاسری در جهان هستند که بطور غیر طبیعی در تعداد کمی از کشورها به مقدار زیادی وجود دارند. در جدول (1-2) میزان هر یک از عناصر نادر خاکی در کشورهای جهان نشان داده شده است.

جدول 1-2- میزان هر یک از عناصر نادر خاکی در کشورهای جهان

 

 

منابع در بردارنده عناصر نادر خاکی

ذخایر اولیه و ثانویه:

کانی‌های در بردارنده عناصر نادر خاکی در محیط های مختلف زمین حضور دارند. این عناصر عمدتا در ذخایر توده‌ای و یا ماسه‌های پلاسری یافت می‌شوند که ذخایر توده‌ای اولیه و ذخایر پلاسری ثانویه هستند. کانی‌های در بر دارنده این عناصر به دو فرم فسفاته و کربناته هستند.

 

کربنات‌ها:

کربنات‌ها دارنده بیشترین ذخایر عناصر نادر خاکی هستند که منشا ماگمایی داشته و غنی از دی اکسید کربن و مقادیری سیلیکات هستند. عناصر نادر موجود در این ذخایر تقریبا همگی از نوع عناصر نادر خاکی سبک هستند که به صورت کانی‌های باستناسیت، آلانیت، آپاتیت، مونازیت هستند و همراه آنها مقادیر اندکی کلسیم و توریوم موجود است.

 

پگماتیت‌ها:

پگماتیت‌ها ذخایر توده‌ای حاوی عناصر نادر خاکی هستند که به عنوان ماگماهای گرانیتی شروع شده و پس از ذوب و تبلور مجدد در هنگام سرد شدن ماگما ابتدا عناصر نادر خاکی سنگین تشکیل شده‌اند. کانی‌های موجود در این سنگ‌ها مونازیت و آلانیت هستند که غنی از عناصر نادر خاکی سنگین‌اند.

 

ذخایر هیدروترمال:

عناصر نادر خاکی نمی‌توانند توسط محلول‌های هیدروترمال که در آب‌های داغ زیرزمینی پوسته زمین در حال حرکتند حمل شوند. عناصر نادر خاکی سبک انحلال کمتری نسبت به عناصر نادر خاکی سنگین دارند بنابراین عناصر نادر خاکی سنگین پس از عناصر نادر خاکی سبک تشکیل می‌شوند.

 

ذخایر هوازده:

هوازدگی شدید کانی‌های کربناته (کلسیت، دولومیت و آپاتیت) سبب تشکیل عناصر نادر خاکی به صورت فرم فسفاته و کانی سوپرژن مونازیت می‌شود. به عنوان مثال کانی پیروکلر تغییر یافته فلورنسیت و پروفسکیت تغییر یافته کانی آناتاس می‌باشد که در نتیجه هوازدگی شدید لاتریت‌ها رخ داده است.

 

ذخایر پلاسری:

مقادیر زیادی از کانی‌های عناصر نادر خاکی نظیر مونازیت و زنوتایم به صورت پلاسری هستند. این کانی‌ها وزن مخصوص بالا و دارای پایداری شیمیایی هستند. بنابراین در برابر هوازدگی، حمل شدن و شرایط آب و هوایی مقاومند. مهمترین مکان‌های تشکیل پلاسرها در رودخانه‌ها، دلتاها و خطوط ساحلی است. کانی‌های سنگین موجود در خطوط ساحلی توسط فرآیند جذر و مد، بادها و موج‌ها تشکیل شده‌اند. در حال حاضر مناسب ترین ذخایر پلاسری جهت معدن کاری خطوط ساحلی هستند.

 

توزیع ذخایر:

بر اساس گزارش سازمان زمین شناسی آمریکا 123 ذخیره مهم عناصر نادر خاکی در جهان وجود دارد که در 20 کشور جهان وجود دارند. جدول (2-2). بیشتر این ذخایر در کشورهای آمریکا، استرالیا، کانادا، هند و چین واقع شده‌اند که به دو صورت توده‌ای و پلاسری هستند. 71 ذخیره پلاسری و 52 ذخیره توده‌ای در جهان وجود دارند. بیشتر ذخایر پلاسری که اخیرا پیدا شده‌اند خطوط ساحلی هستند. مونازیت کانی غالب نسبت به دیگر کانی‌ها در این نوع ذخایر است.

کشورهایی که دارنده بیشترین ذخایر پلاسری در جهان هستند عبارتند از استرالیا، برزیل، آمریکا، هند، چین و نیوزلند. همچنین این ذخایر در آرژانتین، مصر، موزامبیک، آفریقای جنوبی، سریلانکا و اروگوئه یافت می‌شوند. بیشترین ذخایر توده‌ای در کشورهای آمریکا، استرالیا، کانادا، برزیل، بروندی، آفریقای جنوبی و چین موجود است که کانی غالب در این نوع ذخایر کانی مونازیت است و پس از آن کانی‌های باستانسیت، آلانیت، آپاتیت و… در رده‌های بعدی هستند.

در میان کشورهای نامبرده کشور چین با حدود 48 میلیون تن ذخیره در رده اول و پس از آن در رده دوم آمریکا دارنده بیشترین ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان هستند و در حال حاضر این دو کشور در جنگ اقتصادی در زمینه انحصار بازار این عناصر در جهان به سر می‌برند. در جدول 2-2 تمامی موارد ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان بر اساس نوع کانی و ساختار زمین شناسی قابل مشاهده است.

مجموع این ذخایر در جهان 246 عدد بوده که 96 عدد از این ذخایر از نوع کانی مونازیت بوده که نسبت به دیگر کانی‌ها بیشترین سهم را دارا می‌باشد. مجموع کانی‌های شناسایی شده 123 عدد می‌باشد و کشور آمریکا با 32 ذخیره مونازیتی بیشترین ذخایر مونازیتی عناصر نادر خاکی در جهان را دارا می‌باشد. پس از آن استرالیا با 30 ذخیره مونازیتی در رده دوم جهان قرار دارد.

جدول 2-2- ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان بر اساس نوع ساختار زمین‌شناسی و کانی

 

 

تخمین میزان ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان

میزان ذخایر کشف شده عناصر نادر خاکی در جهان 47/6 میلیون تن در جهان است اما تخمین زده شده است که میزان این عناصر در جهان به حدود 100 میلیون تن می‌رسد. بیشتر این ذخایر در کشور چین و سپس در رده دوم آمریکا قرار دارد. دیگر کشورهای دارنده این ذخایر استرالیا، آفریقای جنوبی، استرالیا، هند و… هستند. در جدول (3-2) میزان این ذخایر در جهان بر اساس نوع تیپ زمین‌شناسی و کانی نشان داده شده است.

شکل 3-2- میزان ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان بر اساس نوع کانی و تیپ زمین شناسی

 

در بررسی دقیق تر سازمان زمین شناسی آمریکا این ذخایر به سه دسته اقتصادی، تا حدودی اقتصادی و غیر اقتصادی نام گذاری شدند که 90 درصد این عناصر به صورت کانی مونازیت، 6 درصد به صورت باستناسیت و 4 درصد باقی مانده به صورت سایر کانی‌ها است. همچنین این سازمان میزان ذخایر عاصر نادر خاکی در جهان را 93/7 درصد برآورد کرده است.

 

آرژانتین

ذخایر عناصر نادر خاکی-اورانیوم-توریوم در استان سن لوئیس کشور آرژانتین واقع شده است که در فاصله 300 کیلومتری جنوب غرب کوردوبا و 200 کیلومتری شمال شرق سن لوئیس قرار دارد. کانی‌های اقتصادی این ذخایر باستناسیت، بریتولیت (سیلیکات فسفات عناصر نادر خاکی) و آلانیت با میزان 2 تا 2/5 درصد عناصر نادر خاکی هستند.

 

استرالیا

استرالیا ذخایر بزرگی از عناصر نادر خاکی دارد که 30 ذخیره آن به صورت کانی مونازیت، 2 ذخیره به فرم باستناسیت و 3 ذخیره به صورت سایر کانی‌ها هستند. از 35 ذخیره عناصر نادر کشور استرالیا 27 ذخیره به از نوع پلاسری هستند. کانی‌های موجود در ذخایر پلاسری شامل ایلمنیت، روتیل، زیرکن، مونازیت و مقادیر اندکی زنوتایم هستند.

 

بنگلادش

کانی ذخایر عناصر نادر خاکی کشور بنگلادش از نوع مونازیت بوده و این ذخایر در به صورت ماسه‌های ساحلی پلاسری در منطقه بازار ککس در 100 کیلومتری جنوب شرق چیتاگونگ قرار دارند. میزان ذخایر عناصر نادر این کشور 5 میلیون تن برآورد شده است.

 

برزیل

چندین ذخیره عناصر نادر خاکی در ماسه‌های ساحلی شمال ایالت ریودوژانیرو وجود دارد این ذخایر عمدتا به فرم کانی مونازیت هستند و به گزارش سازمان زمین شناسی آمریکا 14 ذخیره این کشور به صورت مونازیت، یک ذخیره به صورت باستناسیت و یک ذخیره به صورت سایر کانی‌ها است. ماسه‌های ساحلی کشور برزیل شامل 10 تا 15 درصد مونازیت هستند که این مونازیت‌ها شامل 64 درصد اکسید عناصر نادر خاکی ، 5/5 تا 6 درصد اکسید توریوم و 0/15 تا 0/2 درصد آن به صورت اکسید اورانیوم است.

 

کانادا

بر اساس گزارش سازمان زمین شناسی آمریکا 5 ذخیره عناصر نادر خاکی در کانادا وجود دارد که همه آنها به صورت زخایر توده ای هستند. سه مورد از این ذخایر به صورت اورانیتیت، مونازیت و برانریت هستند و دو ذخیره دیگر حاوی کانی‌های گادولینیت، زیرکن، مونازیت، آلانیت، فلوریت، پیروکلر، کلمبیت و زنوتایم هستند. این ذخایر در کنار دریاچه الیوت و شمال شرق شیفرویل حضور دارند.

 

چین

چین دارنده بیشترین ذخایر عناصر نادر خاکی در جهان با 48 میلیون تن ذخیره قطعی است. این ذخایر در چهار کمربند اصلی این کشور حضور دارند که هر چهار کمربند با ساختار مشابه و کانی‌های یکسان هستند. کانی‌های موجود در این ذخایر به صورت مونازیت، باستناسیت و دولومیت هستند.

 

آلمان

ساختار ذخایر عناصر نادر این کشور مشابه شرق استرالیا بوده و این ذخایر در سواحل دریای شمال قرار گرفته‌اند. میزان ذخایر این کشور در حدود 10 میلیون تن برآورد شده است و کانی‌های آن به فرم ایلمنیت، روتیل، زیرکن و مونازیت هستند.

 

هند

تنوع در ساختار ذخایر عناصر نادر کشور هند زیاد است و ذخایر این کشور به دو صورت پلاسری و توده‌ای وجود دارند. عناصر نادر موجود در ذخایر توده‌ای این کشور عمدتا به صورت سنگ‌های پگماتیتی بوده و این ذخایر در ایالت‌های بیهار، راجاستان قرار دارند. ذخایر پلاسری این کشور در سواحل جنوب غرب پنیسولا و سواحل شرقی اوریسا یافت می‌شوند که عمدتا به صورت مونازیت هستند.

 

اندونزی

در اندونزی مهمترین منبع عناصر نادر خاکی کانی زنوتایم است که همراه کانی کاسیتریت در پلاسرها یافت می‌شود. مجموع ذخایر این کشور در حدود 5000 تن برآورد شده است.

 

ژاپن

در کشور ژاپن کانی اسفن شامل تیتانیوم و عناصر نادر خاکی است و عناصر نادر کشف شده در این کشور در سنگ‌های سینیت و در معادن سرب و روی بوده است.

 

مالزی

ذخایر رسوبی قلع کشور مالزی به فرم کانی کاسیتریت همراه چندین کانی دیگر نظیر ایلمنیت، مونازیت، زنوتایم و زیرکن است. ذخایر مونازیت و زنوتایم این کشور که حاوی عناصر نادر خاکی هستند در دره کینتا استان پراک قرار دارد. آنالیز درصدی کانی های منطقه آمنگ این دره در جدول (4-2) آورده شده است.

جدول 4-2-درصد کانی های موجود در منطقه آمنگ دره کیتا کشور مالزی

 

بالاترین میزان مونازیت این کشور به مقدار 10 درصد در منطقه پاتوگاجاه دره کینتا قرار دارد و متوسط عناصر موجود در آن شامل 25% اکسید سریم، 2% اکسید ساماریوم، 2% اکسید ایتریوم، 27% فسفات، 6% اکسید توریوم و 2/0% اکسید اورانیوم است.

 

مالاوی

کانی‌های حاوی عناصر نادر خاکی این کشور شامل مونازیت، باستناسیت، سینشیسیت و فلورنسیت هستند. این کانی‌ها در سنگ‌های کربناته استاد چیلوا واقع در جنوب مالاوی قرار دارند. میزان متوسط درصد عیار عناصر نادر خاکی در کانی مونازیت این کشور به صورت 1/43% اکسید ساماریوم، 0/17% اکسید یوروپیوم، 0/10% اکسید ایتریوم است. مونازیت این کشور در عمق 30 متری زمین قرار داشته و میزان آن 13000 تن برآورد شده است.

 

موزامبیک

ذخایر پلاسری این کشور حاوی کانی مونازیت بوده که در شهر کونگولون واقع در 15 کیلومتری شمال شهر آنگوچه در سواحل این کشور قرار دارد. میزان مونازیت این کشور 11000 تن برآورد شده است.

 

میانمار

مونازیت و زنوتایم میانمار همراه ذخایر پلاسری کاسیتریت و ولفرامیت هستند. همچنین در این ذخایر مقادیر اندکی کلمبیت و تانتالیت موجود است. این ذخایر در منطقه دائووی و میئیک در جنوب این کشور واقع هستند.

 

نیوزلند

دو نوع ذخیره پلاسری در ناحیه غربی سواحل جنوبی نیوزلند قرار دارد که کانی‌های آن شامل ایلمنیت، روتیل، زیرکن، مونازیت و… هستند. همچنین در کنار این کانی‌ها مقادیر اندکی مگنتیت‌، کاسیتریت‌، طلا و شیلیت موجود است. ذخایر مونازیت این کشور بسیار اندک است.

 

پرو

ذخایر ساحلی این کشور شامل سریوم، لانتانیوم، نئودیمیوم و دیگر عناصر نادر خاکی است که بدنه این ذخایر شامل تیتانومگنت است.

 

آفریقای جنوبی

آفریقای جنوبی با بیش از یک میلیون تن ذخیره عناصر نادر خاکی یکی از قطب‌های تولبد این عناصر در جهان است. سه ذخیره بسیار بزرگ در این کشور وجود دارد که دوتای آن به صورت توده‌ای و یکی پلاسری است. کانی غالب این عناصر در این کشور مونازیت است.

 

سریلانکا

ذخایر این کشور در خطوط ساحلی آن واقع در 56 کیلومتری بندر تریکنامالئی حضور دارند. این ذخایر 9 کیلومتر طول و 360 متر عرض دارند. ذخایر این کشور 3/7 میلیون تن برآورد شده است که دارای 0/2% مونازیت هستند.

 

تایوان

ذخایر این کشور در سواحل جنوب غرب این کشور موجودند که میزان این ذخایر 550000 تن است که شامل 10% مونازیت سیاه هستند. این مونازیت شامل فسفات، عناصر نادر و سیلیکات است. همچنین در این مونازیت مقادیری زیرکونیوم، تیتانیوم، اورانیوم و توریوم به میزان اندک موجود است.

 

تایلند

ذخایر عناصر نادر این کشور به دو صورت اولیه و ثانویه هستند که در مناطق زیادی از تایلند موجودند. مونازیت رایج‌ترین کانی حاوی این عناصر در این کشور است. همچنین در این کشور مقادیری از کانی زنوتایم همراه قلع و تنگستن موجود است.

 

ترکیه

یک ذخیره از کانی باستناسیت در منطقه اسکی سهیر این کشور وجود دارد که این ذخیره شامل باریت و فلوئوریت است. میزان عناصر نادر این کشور 12000 تن است.

 

آمریکا

ذخایر مونازیت آمریکا در ایالت‌های فلوریدا، کارولینای جنوبی، آلاباما، ویرجینیا، کالیفرنیا، آلاسکا و… وجود دارند. بیش از 40 ذخیره عناصر نادر خاکی در این کشور کشف شده است که 13 مورد آن به صورت پلاسری بوده و ذخایر آنها به صورت مونازیت همراه با ایلمنیت، زیرکن، مگنتیت و دیگر کانی‌ها است.

 

 

میزان تولید عناصر نادر خاکی در جهان و کشورهای مختلف

تولید این عناصر در دهه 1880 در دو کشور سوئد و نوروژ شروع شد که این عناصر از کانی مونازیت تولید می‌شدند. شکل (1-2) میزان تولید این عناصر در 100 سال گذشته را نشان می‌دهد. در شکل (2-2) همان‌طور که قابل مشاهده است تولید عناصر نادر خاکی در جهان در مدت سی سال بین سال‌های 1965 تا 1995 به شدت رو به افزایش بوده است.

بزرگترین تولیدکنندگان این عناصر در جهان تا سال 1940 کشورهای هند، برزیل و آمریکا بوده‌اند و پس از آن کشورهای مالزی و استرالیا شروع به تولید این عناصر کردند. بیشترین میزان تولید عناصر نادر خاکی در بین سال‌های 1950 تا 1985 تحت انحصار آمریکا انجام گرفت. در سال 1985 چین شروع به تولید این عناصر کرد و در سال 1988 میزان تولید آن از آمریکا پیشی گرفت. تا سال 1965 تولید این عناصر فقط از کانی مونازیت صورت می‌گرفت و پس از آن تولید این عناصر از کانی باستناسیت نسبت به مونازیت سبقت گرفت.

شکل1-2- میزان تولید عناصر نادر خاکی در جهان از سال 1900 تا 2002

شکل 2-2- میزان تولید عناصر نادر خاکی در کشورهای آمریکا، استرالیا، برزیل، هند، مالزی و جمهوری خلق چین در بین سال‌های 1965 تا 1995

 

عناصر نادر خاکی در ایران

بررسی نتایج اکتشافی صورت گرفته در کشور و اطلاعات حاصله از ژئوفیزیک، زمین‌شناسی، ماهواره و تلفیق آنها نشان می‌دهد که زایش این موادمعدنی در کمربند فلززایی ساغند بافق در ایران مرکزی بوده است. حضور عناصر نادر در منابع عمده ای از کانسارهای آهن این منطقه تایید شده است. در حال حاضر 5 سازند آهنی در کشور شناخته شده است که از جمله آن می توان به سازندهای مگنتیت، مگنتیت-هماتیت، هماتیت-سیدریت، لیمونیت و هماتیت قهوه‌ای اشاره کرد.

ذخایر عمده مگنتیت در ایران در شهر بافق، سمنان و سیرجان حضور دارند. یکی از معادن آهن مهم ایران از جهت حضور عناصر نادر خاکی معدن سنگ آهن چغارت می‌باشد. معدن چغارت در 13 کیلومتری شمال شرقی بافق و 120 کیلومتری یزد قرار دارد. این منطقه دارای آب و هوای خشک است و کانی‌های موجود در این منطقه کوارتز، آمفیبول، آلبیت، هورنبلند و… هستند. کانی‌هایی که در این منطقه حاوی عناصر نادر خاکی هستند شامل مونازیت، باستناسیت و زنوتایم هستند که ارزش اقتصادی بالایی داشته و حاوی عناصر نادر سبک است.