bastnasita

La bastnasita es un grupo de fluorocarbonatos de tierras raras. minerales que incluye bastnäsita-(Ce), bastnäsita-(La) y bastnäsita-(Y), y cada tipo recibe su nombre del elemento de tierras raras dominante que contiene (cerio, lantano e itrio, respectivamente). Estos minerales suelen ser de color marrón, marrón rojizo o amarillento y tienen un brillo vítreo a resinoso. Se encuentran principalmente en suelos ricos en carbonato. depósitos hidrotermales, a menudo asociado con otros minerales de tierras raras como la monacita y la xenotima.

Historia y Descubrimiento
La bastnäsita se descubrió por primera vez en 1838 en Bastnäs, Suecia, de donde deriva su nombre. Se identificó en los relaves de las minas de Bastnäs, que se extraían principalmente para cobre y cobaltoLas propiedades únicas de la bastnasita, como su alto contenido de cerio y otros elementos de tierras raras, provocaron un mayor interés en el mineral. Desde su descubrimiento, la bastnasita XNUMX% Se han encontrado en otros lugares del mundo, incluidos China, Estados Unidos y Madagascar.

Importancia en el contexto de los elementos de tierras raras
La bastnasita es una fuente crucial de elementos de tierras raras (REE), en particular elementos de tierras raras ligeras (LREE, por sus siglas en inglés), como el cerio, el lantano y el neodimio. Estos elementos son esenciales para diversas aplicaciones de alta tecnología, incluida la producción de imanes permanentes, convertidores catalíticos y fósforos para iluminación y pantallas. Los depósitos de bastnäsita son importantes porque a menudo contienen altas concentraciones de REE, lo que los hace económicamente viables para la minería y el procesamiento. El mineral ha adquirido cada vez mayor importancia debido a la creciente demanda de REE en tecnologías de energía renovable, electrónica y otras industrias avanzadas. Como resultado, la bastnäsita desempeña un papel clave en las cadenas de suministro globales de materiales críticos.

Composición química y estructura de la bastnasita

Composición química
La bastnasita es un mineral de fluorocarbonato con la fórmula química general (REE)CO3F\text{(REE)}\text{CO}_3\text{F}(REE)CO3​F, donde “REE” representa los elementos de tierras raras, principalmente cerio (Ce), lantano (La) e itrio (Y). La composición específica puede variar según el elemento de tierras raras dominante, lo que da lugar a diferentes variedades del mineral:

• Bastnäsita-(Ce): CeCO3F\text{CeCO}_3\text{F}CeCO3​F
• Sitio de bastnäsi-(La): LaCO3F\text{LaCO}_3\text{F}LaCO3​F
• Bastnäsite-(Y): YCO3F\text{YCO}_3\text{F}YCO3​F

Además de estos elementos primarios, la bastnasita también puede contener trazas de otros elementos de tierras raras, como neodimio (Nd), praseodimio (Pr) y samario (Sm). La presencia de flúor (F) en su estructura la distingue de otros minerales de tierras raras, como la monacita y la xenotima, que son fosfatos.

Estructura cristalina
La bastnasita cristaliza en el sistema cristalino hexagonal, específicamente en el grupo espacial P63/mmcP6_3/mmcP63​/mmc. Su estructura consiste en capas de cationes de tierras raras (como Ce, La o Y) coordinados con átomos de oxígeno de los grupos carbonato (CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​), con los planos carbonato alternados con capas que contienen átomos de flúor. Los grupos carbonato son trigonoplanares y cada catión de tierras raras está rodeado por nueve átomos de oxígeno formando una geometría de coordinación prismática trigonal tricapada.

Esta estructura en capas permite una flexibilidad significativa en la composición del mineral, lo que permite acomodar varios elementos de tierras raras en la red cristalina. La presencia de flúor estabiliza aún más la estructura, lo que influye en las propiedades físicas del mineral, como su relativa suavidad (dureza de Mohs de 4 a 4.5) y sus propiedades de clivaje.

Implicaciones estructurales
La estructura única de la bastnasita contribuye a su importancia como fuente de tierras raras. La presencia de cationes grandes como el cerio y el lantano en la red permite una extracción relativamente fácil de estos elementos durante la minería y el procesamiento. Además, la estabilidad del mineral en entornos hidrotermales lo convierte en un excelente indicador de los procesos geológicos asociados con las concentraciones de tierras raras, lo que contribuye a la comprensión de la formación de minerales de tierras raras.

Presencia geológica de bastnäsita

Tipos de depósitos
La bastnasita se encuentra principalmente en dos tipos de depósitos: primaria y secundaria.

1. Depósitos primarios:
   Los depósitos primarios de bastnasita están asociados con carbonatita y complejos ígneos alcalinos. Estos depósitos se forman cuando los elementos de tierras raras se concentran por procesos magmáticos, particularmente en magmas ricos en carbonato. A medida que estos magmas se enfrían y cristalizan, la bastnasita se forma como mineral primario, a menudo junto con otros minerales de tierras raras como la monacita y la xenotima. Los complejos de carbonatita, que son formaciones rocosas ígneas raras compuestas principalmente de minerales de carbonato, son las fuentes primarias más importantes de bastnasita. Ejemplos de tales depósitos incluyen el depósito de Bayan Obo en China y el Montaña Pase depósito en Estados Unidos.
2. Depósitos Secundarios:
   Los depósitos secundarios de bastnäsita se forman a través de desgaste y modificación de depósitos primarios. Cuando la carbonatita primaria o alcalina rocas La bastnasita puede estar concentrada en suelos residuales o placeres aluviales, y se encuentra en regiones donde los depósitos primarios han estado expuestos a una erosión prolongada. En tales casos, la bastnasita se puede encontrar junto con otros minerales erosionados en suelos lateríticos o en lechos fluviales donde se acumulan minerales pesados.

Principales ubicaciones globales
La bastnasita se encuentra en varios lugares clave del mundo, donde se suele extraer como fuente principal de tierras raras. Los principales yacimientos mundiales incluyen:

• China:
  China es el mayor productor mundial de bastnasita y otros elementos de tierras raras. El yacimiento más importante se encuentra en Después de Obo En Mongolia Interior, se encuentra el mayor depósito de bastnäsita conocido en el mundo. Este depósito se encuentra en un complejo de carbonatita gigante y es una fuente importante de tierras raras ligeras, como cerio, lantano y neodimio. Otros depósitos chinos notables incluyen los depósitos de Weishan y Mianning.
• Estados Unidos:
  La acreditación Puerto de montaña El yacimiento de Mountain Pass en California es uno de los yacimientos de bastnäsita más importantes fuera de China. Descubierto en la década de 1940, Mountain Pass fue una fuente líder mundial de elementos de tierras raras desde la década de 1960 hasta principios de la década de 2000. El yacimiento está asociado con una intrusión de carbonatita y contiene altas concentraciones de elementos de tierras raras ligeros. Después de un período de cierre, la minería se reanudó en Mountain Pass en 2012 para satisfacer la creciente demanda de elementos de tierras raras.
• Canadá:
  Canadá alberga varios depósitos que contienen bastnäsita, en particular en complejos de carbonatita. Entre los ejemplos más notables se incluyen Nechalacho depósito en los Territorios del Noroeste y el Lago extraño Yacimiento de tierras raras en Quebec. Estos yacimientos son fuentes importantes de tierras raras ligeras y pesadas y se están explorando para su posible desarrollo con el fin de diversificar el suministro mundial de tierras raras.
• Madagascar:
  La acreditación ambatofinandrahana El yacimiento de Madagascar contiene concentraciones significativas de bastnäsita asociada con carbonatita y alcalinidad. rocas ígneasEste depósito, aunque no es tan grande como los de China o Estados Unidos, contribuye al suministro mundial de elementos de tierras raras.
• Groenlandia:
  Groenlandia es el hogar de la Kvanefjeld y Tanbreez Yacimientos de tierras raras que contienen bastnäsita y otros minerales que contienen tierras raras. Estos yacimientos forman parte del complejo alcalino de Ilímaussaq y son ricos en tierras raras ligeras y pesadas. Los yacimientos de Groenlandia están atrayendo la atención internacional debido a su potencial como nuevas fuentes de tierras raras.
• Australia:
  En Australia, la bastnäsita se encuentra en varios lugares, incluido el Soldadura de montaje Yacimiento en Australia Occidental. Mount Weld es uno de los yacimientos de tierras raras de mayor calidad del mundo y se está explotando activamente. El yacimiento está alojado en una carbonatita muy erosionada y se destaca por sus altas concentraciones de elementos de tierras raras tanto ligeros como pesados.

Estas ubicaciones resaltan la diversidad geológica de las existencias de bastnäsita, que abarcan desde depósitos primarios en complejos de carbonatita hasta concentraciones secundarias en suelos meteorizados y depósitos aluviales. La distribución global de la bastnäsita es fundamental para el suministro de tierras raras, especialmente en un mundo cada vez más dependiente de estos materiales para aplicaciones de alta tecnología y tecnologías de energía renovable.

Aplicaciones y usos de la bastnäsita

Fuente de tierras raras para diversas industrias
La bastnasita es una de las principales fuentes de tierras raras ligeras (LREE), como el cerio, el lantano y el neodimio, que son cruciales para diversas aplicaciones industriales y de alta tecnología. Estos elementos de tierras raras extraídos de la bastnasita se utilizan en varias industrias clave:

• Electrónica:
  Los elementos de tierras raras de la bastnasita, como el neodimio y el praseodimio, son esenciales para la producción de imanes de alto rendimiento que se utilizan en dispositivos electrónicos como teléfonos inteligentes, auriculares y discos duros de ordenador. El cerio y el lantano también se utilizan en la fabricación de vidrios especiales para lentes ópticas y sensores de cámaras, así como en polvos de pulido para refinar superficies de vidrio.
• Imanes:
  Uno de los usos más importantes de los elementos de tierras raras de la bastnäsita es en la producción de imanes de neodimio-hierro-boro (NdFeB)Estos imanes son el tipo más fuerte de imanes permanentes disponibles y se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, incluidos motores de vehículos eléctricos, generadores de turbinas eólicas y unidades de disco duro. El neodimio extraído de la bastnäsita es un componente fundamental de estos potentes imanes debido a su alta fuerza magnética y resistencia a la desmagnetización.
• Vidrio y Cerámica:
  El óxido de cerio, obtenido de la bastnäsita, se utiliza para pulir y decolorar el vidrio. Sirve como agente de pulido para ópticas de precisión y superficies de vidrio. Además, el cerio y el lantano se utilizan para mejorar la propiedades ópticas del vidrio, haciéndolo más resistente a la luz ultravioleta y mejorando su claridad. En cerámica, estos elementos contribuyen a la producción de productos cerámicos y de vidrio especializados con alta resistencia al choque térmico y a la corrosión química.

Papel en las tecnologías de energía renovable
La bastnäsita desempeña un papel vital en el avance de las tecnologías de energía renovable a través de sus elementos de tierras raras:

• Turbinas de viento:
  Los elementos de tierras raras, como el neodimio y el disprosio, que se pueden obtener de la bastnäsita, son esenciales para producir imanes permanentes que se utilizan en los generadores de las turbinas eólicas. Estos imanes son cruciales para la eficiencia y la fiabilidad de las turbinas eólicas de accionamiento directo, que no requieren una caja de cambios y, por lo tanto, ofrecen un mantenimiento reducido y una mayor eficiencia. Esto ha hecho que los elementos de tierras raras sean indispensables para el crecimiento de la energía eólica como fuente de energía sostenible.
• Vehículos eléctricos (VE):
  El neodimio de la bastnäsita se utiliza en la producción de imanes potentes y ligeros esenciales para los motores de los vehículos eléctricos (VE). Estos imanes de tierras raras proporcionan un par elevado y un rendimiento eficiente, que son fundamentales para el funcionamiento de los VE. La creciente adopción de VE como parte de los esfuerzos mundiales por reducir las emisiones de carbono ha aumentado la demanda de bastnäsita como fuente de elementos de tierras raras.
• Paneles solares:
  Algunos elementos de tierras raras obtenidos de la bastnasita, como el lantano y el cerio, se utilizan en recubrimientos específicos y fósforos para paneles solares. Estos materiales pueden mejorar la eficiencia de las células fotovoltaicas al mejorar la absorción de la luz y las tasas de conversión, lo que contribuye a una captación de energía solar más eficaz.

Uso en catalizadores y fósforos
Los elementos de tierras raras derivados de la bastnäsita también se utilizan en la producción de catalizadores y fósforos:

• Catalizadores:
  El cerio, un elemento de tierras raras extraído de la bastnäsita, se utiliza ampliamente en los convertidores catalíticos de los automóviles. Estos catalizadores ayudan a reducir las emisiones nocivas de los vehículos al convertir gases tóxicos, como el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC) y los óxidos de nitrógeno (NOx), en sustancias menos nocivas como el dióxido de carbono (CO₂) y el nitrógeno (N₂). Los catalizadores a base de cerio también se utilizan en la petróleo industria del craqueo catalítico de fluidos (FCC), un proceso que descompone grandes moléculas de hidrocarburos en componentes de gasolina y diésel más valiosos.
• Fósforos:
  Los elementos de tierras raras, como el europio, el terbio y el itrio, que suelen encontrarse en depósitos de bastnäsita, son componentes clave de los fósforos. Estos materiales se utilizan en la producción de diodos emisores de luz (LED), lámparas fluorescentes y pantallas para televisores, ordenadores y teléfonos inteligentes. Los fósforos fabricados a partir de elementos de tierras raras proporcionan iluminación y pantallas brillantes, duraderas y de bajo consumo.

La bastnäsita es un mineral crucial para numerosas aplicaciones industriales y de alta tecnología. Es una fuente primaria de tierras raras que son esenciales para producir productos electrónicos avanzados, imanes potentes, productos de vidrio y cerámica, tecnologías de energía renovable, catalizadores automotrices y fósforos para iluminación y pantallas. A medida que la demanda mundial de estas aplicaciones continúa creciendo, la importancia de la bastnäsita como recurso estratégico en la cadena de suministro de tierras raras probablemente aumentará, lo que subraya su papel fundamental en la tecnología moderna y las soluciones energéticas sostenibles.

Procesamiento y refinamiento de bastnasita

El procesamiento y refinamiento de la bastnasita para extraer elementos de tierras raras (REE) implica varias etapas, que incluyen minería, beneficio, extracción química, separación y purificación. Debido a su complejidad mineralogíaEl procesamiento de bastnäsita requiere técnicas especializadas para recuperar de manera eficiente los valiosos elementos de tierras raras y minimizar el impacto ambiental.

1. Minería y beneficio

• Minería:
  La bastnäsita se extrae normalmente en minas a cielo abierto o subterráneas, según la profundidad del yacimiento y las características geológicas. Una vez extraído, el mineral en bruto se transporta a una planta de procesamiento para su posterior tratamiento.
• Beneficio:
  El primer paso en el procesamiento del mineral de bastnäsita es el beneficio, que tiene como objetivo concentrar los minerales de tierras raras y eliminar materiales no deseados como silicatos y carbonatos. Esto se logra mediante una combinación de métodos físicos como trituración, molienda y flotación.
  • Trituración y Molienda: El mineral se tritura en partículas pequeñas para liberar el mineral bastnäsita de la roca circundante. A continuación se realiza la molienda, que reduce aún más el tamaño de las partículas para mejorar la eficiencia de los procesos de separación posteriores.
  • Flotación: El mineral molido se somete a una flotación por espuma, en la que se añaden productos químicos (colectores, espumantes y modificadores) para unir selectivamente las partículas de bastnäsita a las burbujas de aire. Las burbujas suben a la superficie y forman una espuma que se puede retirar, lo que permite concentrar la bastnäsita y descartar el material de desecho. Esto da como resultado un concentrado rico en bastnäsita que normalmente contiene entre un 60 y un 70 % de óxidos de tierras raras (REO).

2. Extracción química y descomposición

• Tostación y lixiviación ácida:
  El concentrado de bastnäsita suele tostarse a altas temperaturas (600-800 °C) para eliminar carbonatos, fluoruros y cualquier mineral de ganga restante. Este proceso también convierte el cerio, un componente principal de la bastnäsita, de su estado trivalente (Ce^3+) a su estado tetravalente (Ce^4+), lo que facilita su eliminación en pasos posteriores. Después del tostado, el material se somete a lixiviación ácida (normalmente con ácido clorhídrico o ácido sulfúrico) para disolver los elementos de tierras raras en solución, dejando atrás las impurezas insolubles.
• Precipitación y extracción con disolventes:
  El lixiviado, que contiene una mezcla de cloruros de tierras raras, pasa por varias etapas de precipitación para eliminar elementos no deseados como de hierro, aluminio, y calcio. La solución purificada se trata luego utilizando extraccion solvente, un proceso en el que los disolventes orgánicos se unen selectivamente a elementos de tierras raras específicos, separándolos en función de sus diferentes afinidades químicas. Este proceso se repite varias veces para lograr un alto nivel de separación y pureza para cada elemento de tierras raras individual.

3. Separación y Purificación

• Intercambio iónico:
  Después de la extracción con disolventes, la solución restante puede refinarse aún más mediante técnicas de intercambio iónico. Las resinas de intercambio iónico adsorben selectivamente iones de tierras raras específicos de la solución, lo que permite una mayor separación de elementos estrechamente relacionados, como el neodimio y el praseodimio. Este método es particularmente útil para lograr altos niveles de pureza necesarios para aplicaciones especializadas, como la electrónica y la óptica.
• Calcinación y reducción:
  Los compuestos de tierras raras separados se precipitan, se filtran y se secan para producir óxidos de tierras raras. Estos óxidos se pueden refinar aún más mediante calcinación, un proceso que implica calentarlos a altas temperaturas para eliminar cualquier humedad residual, materiales orgánicos u otras impurezas. Para producir tierras raras metálicas, los óxidos se someten a un proceso de reducción, como la electrólisis o la reducción metalotérmica, normalmente utilizando calcio o aluminio.

4. Consideraciones ambientales
El procesamiento de la bastnäsita para extraer tierras raras implica la manipulación de sustancias químicas peligrosas y la generación de importantes residuos, entre ellos aguas residuales ácidas, residuos radiactivos (si hay torio) y residuos sólidos. Para mitigar estos impactos:

• Gestión de residuos: Los relaves de flotación, los residuos de lixiviación y los efluentes de los procesos de extracción por solventes deben gestionarse con cuidado para evitar la contaminación ambiental.
• Reciclaje y recuperación: El desarrollo de sistemas de circuito cerrado para reciclar reactivos y recuperar tierras raras de los flujos de desechos es cada vez más importante para reducir el consumo de recursos y la producción de desechos.
• Manipulación de elementos radiactivos: En algunos depósitos de bastnäsita se encuentra torio o uranio Puede estar presente en pequeñas cantidades, lo que requiere medidas especiales para la eliminación y contención segura de materiales radiactivos.

Conclusión

El procesamiento y refinamiento de la bastnäsita para extraer elementos de tierras raras es un proceso complejo de varios pasos que implica beneficio físico, extracción química y técnicas de separación sofisticadas. Si bien el proceso requiere un uso intensivo de energía y recursos, los avances en las tecnologías de extracción y refinamiento continúan mejorando la eficiencia, la rentabilidad y la huella ambiental del procesamiento de la bastnäsita, lo cual es vital para mantener un suministro sostenible de elementos de tierras raras esenciales para las industrias modernas y las tecnologías de energía renovable.