مواد معدنی خاکی کمیاب برای صنعت فناوری حیاتی است

از آنجایی که تقاضای جهانی برای عناصر کمیاب خاکی همچنان در حال افزایش است تا حد زیادی برای برآوردن تقاضای فزاینده برای تلفن‌های همراه، باتری‌ها و بلندگوهایی که در آنها کار می‌کنند  بینش این تحقیق می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای داشته باشد و صنایع مختلف و کاربردهای زیست محیطی برخلاف مفروضات قبلی، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که تشکیل باستناسیت برترین ماده معدنی خاکی کمیاب که توسط صنعت بهره‌برداری می‌شود یک فرآیند ساده نیست، بلکه در عوض توسط یک تعامل بسیار پیچیده از عوامل متعدد هدایت می‌شود.

رویکرد تجربی شامل مطالعه برهمکنش بین محلول‌های حاوی چندین عنصر خاکی کمیاب و مواد معدنی کربنات کلسیم-منیزیم معمولی مانند کلسیت، آراگونیت و دولومیت (که در طبیعت در همه جا وجود دارند) در شرایط گرمابی بین 21 تا 210 درجه سانتی‌گراد بود. این تیم دو نوع محلول را آزمایش کردند: یکی با غلظت‌های مشابه خاک‌های کمیاب، و دیگری شبیه‌سازی غلظت‌های معمولی سیالات گرمابی معمولی روی زمین.

یافته‌ها نشان می‌دهد که وقتی کانی‌های کربنات کلسیم-منیزیم معمولی با سیالات غنی از خاک کمیاب واکنش می‌دهند، ساختار و ترکیبات شیمیایی خود را تغییر می‌دهند و یک سری کانی‌های خاکی کمیاب با نام‌های عجیب و غریب مانند لانتانیت، کوزوئیت، باستنازیت و سرانیت تشکیل می‌دهند. شیمی بسیار پیچیده، اشکال و بافت.

به ویژه جالب این است که انواع محلول‌های مختلف منجر به نتایج متمایزی می‌شوند: برای مثال، محلول‌های با غلظت مساوی تبلور کوزوئیت و باستنازیت را ترویج می‌کنند و نسبت‌های خاکی کمیاب مشابه را در جامدات و محلول‌ها حفظ می‌کنند.

برعکس، سیالات گرمابی تقلید از سیال های موجود در زمین منجر به کانی های خاکی کمیاب با توزیع های عنصری متفاوت می شود — و برخی از آنها حتی به دلیل تشکیل اکسیدهای خاکی کمیاب فرآیندهای کربن زدایی را طی می کنند.

در نهایت، آزمایش‌ها ماهیت بسیار پویای تشکیل کانی‌های خاکی کمیاب را به نمایش می‌گذارند، با کانی‌های ناپایدار که در طول زمان به کانی‌های پایدارتر تبدیل می‌شوند و گاهی اوقات بافت‌هایی ایجاد می‌کنند که تحت تأثیر واکنش‌های معدنی مجاور قرار می‌گیرند که بر پیچیدگی فرآیند تأکید بیشتری می‌کند.

پیامدهای این تحقیق بسیار فراتر از آزمایشگاه است. درک فرآیندهای پیچیده دخیل در تشکیل باستنسایت پیامدهای عمیقی برای زمین شناسان و صنعت دارد. این تحقیق نشان می‌دهد که توسعه مدل‌های شبیه‌سازی پیشرفته به شدت مورد نیاز است و به دانشمندان اجازه می‌دهد شرایط طبیعی را تکرار کنند و روش‌های جایگزین برای استخراج یا سنتز مواد معدنی را کشف کنند.

در حالی که چالش‌ها باقی می‌مانند، بینش‌های حاصل از این مطالعه، راه را برای پروتکل‌های تجربی جدید برای درک سرنوشت عناصر کمیاب خاکی در سنگ‌های معدنی پیچیده زمین‌شناسی که در آن متمرکز می‌شوند، باز می‌کند.

ملانی مدین، محقق دکترای زمین شناسی در دانشکده علوم طبیعی ترینیتی، نویسنده اصلی این مطالعه است. او گفت: “این یافته‌ها مدل‌هایی را که قبلاً برای تشکیل کانی‌های خاکی کمیاب اعمال شده بود، به چالش می‌کشد. تحقیقات ما وابستگی مسیرهای تبلور، سینتیک تشکیل مواد معدنی و بافت شیمیایی را به عوامل بی‌شماری از جمله غلظت خاک‌های کمیاب، شعاع یونی، دما، زمان برجسته می‌کند. و حلالیت دانه میزبان.”

Juan Diego Rodriguez-Blanco، محقق اصلی گروه تحقیقاتی و استاد دانشکده علوم طبیعی ترینیتی، بر اهمیت این یافته‌ها در درک نه تنها تشکیل باستنسایت، بلکه همچنین در زمینه وسیع‌تر کانی‌شناسی خاک‌های کمیاب تأکید کرد.