在死火山中發(fā)現(xiàn)的稀土金屬或?yàn)槲磥?lái)提供動(dòng)力

死火山很難研究——我們從未見(jiàn)過(guò)它們噴發(fā)。使用獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)某種類型的死火山，更多地了解這些火山產(chǎn)生的巖漿。

我們發(fā)現(xiàn)，一些稀有的巖漿類型在濃縮稀土元素方面出奇地有效。這是一組在多個(gè)高科技行業(yè)中具有重要應(yīng)用的金屬，例如用于電動(dòng)汽車的磁鐵和風(fēng)力渦輪機(jī).

對(duì)稀土的需求正在飆升隨著社會(huì)擺脫化石燃料，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和運(yùn)輸電氣化。盡管有這個(gè)名字，但稀土并不是特別稀有。最大的挑戰(zhàn)是找到這些金屬濃度足以在經(jīng)濟(jì)上可行的巖石。

我們的新研究發(fā)表在雜志上地球化學(xué)觀點(diǎn)快報(bào)，表明某些死火山是觀察的好地方。

死火山中富含鐵的巖漿

有一種神秘的巖漿，含有異常大量的鐵。它是如此罕見(jiàn)，在有記載的歷史上從未發(fā)生過(guò)以這種巖漿為特征的噴發(fā)。

相反，它只能從數(shù)百萬(wàn)年前活躍的死火山中得知。

這種火山最著名的例子是智利的 El Laco。另一個(gè)值得注意的例子是瑞典的 Kiruna，幾十年來(lái)一直開(kāi)采鐵礦石。去年，其運(yùn)營(yíng)公司 LKAB宣布 Kiruna 成為最大的稀土資源在歐洲。

Kiruna 的發(fā)現(xiàn)讓我們（和許多其他人）想知道為什么火山鐵礦會(huì)有稀土資源。我們已經(jīng)知道許多其他含有稀土的巖石類型，但沒(méi)有一種像基律納和其他死去的富含鐵的火山那樣。

這只是地質(zhì)上的巧合，還是富含鐵的巖漿也具有某種固有的東西使它們富含稀土？畢竟，許多富含鐵的死火山都是已知的，但從來(lái)沒(méi)有人費(fèi)心檢查它們是否含有稀土資源。

此外，盡管稀有，但富含鐵的巖石通常很容易找到，因?yàn)樗鼈兙哂泻軓?qiáng)的磁信號(hào)。他們是否應(yīng)該被添加到稀土勘探者的目標(biāo)名單中？

在瓶子中重現(xiàn)火山活動(dòng)

為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，我們使用了一種稱為活塞缸的機(jī)器。我們將類似于火山巖和巖漿的合成材料放入由鉑等貴金屬制成的小膠囊或“瓶子”中。

然后，我們將它們加壓到相當(dāng)于地殼深 15 公里的深度，并將它們加熱到 1,100°C，將它們?nèi)刍梢后w。

在這些極端條件下，我們發(fā)現(xiàn)富含鐵的巖漿以氣泡的形式存在于幾乎所有現(xiàn)代活火山中已知的更常見(jiàn)的巖漿類型中。富含鐵的巖漿從周圍的液體中吸收稀土。

這些富含鐵的氣泡將具有不同的密度和粘度，并且會(huì)從其貧鐵環(huán)境中分離出來(lái)，類似于水和油混合在一起最終會(huì)分離成不同的層。

富含鐵的巖漿可以非常有效地吸收稀土，它們的稀土含量幾乎是周圍普通巖漿的 200 倍。

這意味著在 Kiruna 的發(fā)現(xiàn)并非偶然。這是我們可以從大多數(shù)（如果不是全部）富含鐵的火山中期待的東西。

為什么我們需要更多的稀土礦床？

稀土元素的生產(chǎn)集中在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家– 主要是中國(guó)，以及美國(guó)、緬甸和澳大利亞。

因此，稀土被歸類為”關(guān)鍵礦物“：它們具有重要的用途，但由于地緣政治因素而面臨供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

隨著對(duì)稀土的需求激增，這導(dǎo)致對(duì)研究和勘探更多礦床進(jìn)行了大量投資。已知的礦床越多，行業(yè)就越能選擇能夠以最低的財(cái)務(wù)、環(huán)境和社會(huì)成本生產(chǎn)稀土的礦床。

死去的富含鐵的火山通常被開(kāi)采鐵礦石。我們的結(jié)果表明，這些地方的現(xiàn)有礦山也有可能被改造以生產(chǎn)稀土。

這將是一個(gè)積極的結(jié)果——現(xiàn)有的采礦作業(yè)可以獲得額外的價(jià)值。在某些情況下，礦山廢料可以進(jìn)行再處理以提取這些關(guān)鍵金屬。

這意味著甚至可能不需要新的稀土元素礦，從而防止對(duì)自然環(huán)境造成不必要的破壞。

邁克爾·阿嫩伯格， 地球科學(xué)研究員澳大利亞國(guó)立大學(xué)

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