Формационно-генетическая
классификация редкоземельных месторождений
Усова Т.Ю. Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких
элементов
В последние годы редкоземельные металлы
(РЗМ) привлекают особенное внимание, главным образом, из-за кризисной ситуации с их поставками из
Китая, доля которого в их производстве и экспорте превышала 95%. Ограничение экспорта из Китая в 2010
году привело к многократному росту цен на РЗМ и вызвало колоссальную
озабоченность главных потребителей РЗМ
– промышленно развитых государств
– в обеспечении этими видами
сырья, относящихся к разряду
стратегических ресурсов или «критических металлов».
Главным ответом на демарш Китая
стала резкая активизация ГРР за его пределами, где в последние
годы изучалось более 400 редкоземельных
проектов. Это позволило
существенно расширить
независимую от Китая
минерально-сырьевую базу, в том числе за счет крупных и богатых
месторождений РЗМ цериевой группы и
многочисленных месторождений РЗМ иттриевой группы. В России в 2014 году была
создана государственная программа «Развитие промышленности редких и
редкоземельных металлов», в которую составной частью также входило изучение
собственных месторождений.
В то же время сама систематика
РЗМ и вопросы классификации их месторождений остаются недостаточно
разработанными и неоднозначно трактуются разными исследователями. В нашем
понимании, которое завоевывает все больше сторонников в информационном пространстве,
РЗМ объединяют иттрий и 15 лантаноидов
периодической системы Д.И. Менделеева.
В ряде зарубежных классификаций к редкоземельным элементам относятся только
лантаноиды, а РЗМ в целом фигурируют как
REE+Y.
Лантаноиды имеют порядковые номера от 57 до 71, иттрий –
номер 39. В некоторых химических
классификациях в группу РЗМ включается также скандий. Обычно РЗМ подразделяются на две группы, по-разному
распространенные в природе и рудах месторождений: цериевую и иттриевую (другое название - легкие и тяжелые РЗЭ). Иногда выделяется также
группа средних лантаноидов.
Граница между цериевой и иттриевой группами РЗМ проводится разными исследователями и в разных странах по-разному. В Канаде к
легким РЗМ – LREE –
относятся 6 лантаноидов – от
La до Sm включительно; в ранних советских
классификациях – 8 лантаноидов от La до Gd. Остальные
лантаноиды совместно с иттрием
часто объединяют группу тяжелых РЗМ –
HREE. Наиболее разноречива систематика
средних лантаноидов (MREE).
В некоторых канадских работах в эту
группу включают Sm, Eu, Gd; в Австралии – 5 лантаноидов от Sm до Dy, в Великобритании – четыре: от Eu до Dy. Для суммы РЗМ, как в
Канаде, так и в других в зарубежных странах,
все чаще используется аббревиатура TREE (total REE).
В нашей трактовке систематика РЗМ
опубликована в совместной работе двух российских институтов ВИМС’а и ИМГРЭ (таблица 1).
Таблица
1 – Систематика редкоземельных металлов
[3]
|
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ
МЕТАЛЛЫ (РЗМ)
TR = Ln + Y
|
|
Цериевая группа TRCe
|
Иттриевая группа TRY
|
|
Лантаноиды – Ln
|
Иттрий
|
|
Цериевые - LnCe
|
Иттриевые - LnY
|
Y
|
|
Легкие LnCe
|
Средние - LnSm
|
Тяжелые -LnEr
|
|
La
|
Ce
|
Pr
|
Nd*
|
Sm
|
Eu
|
Gd
|
Tb
|
Dy
|
Ho
|
Er
|
Tm
|
Yb
|
Lu
|
|
Лан-тан
|
Церий
|
Празе-одим
|
Нео-
Дим
|
Сама-рий
|
Евро-пий
|
Гадо-линий
|
Тер-бий
|
Дисп-розий
|
Голь-мий
|
Эрбий
|
Тулий
|
Иттер-бий
|
Люте-ций
|
Иттрий
|
|
57
|
58
|
59
|
60
|
62
|
63
|
64
|
65
|
66
|
67
|
68
|
69
|
70
|
71
|
39
|
|
Порядковые
номера элементов в Периодической системе Д.И. Менделеева
|
* В Периодической системе элементов за Nd следует прометий Pm, который получен только в искусственных условиях
В природе и месторождениях РЗМ всегда содержатся совместно, но в разном
в количестве. Разница в содержании отдельных РЗМ в земной коре, породах и рудах, которое может отличаться на порядок
и более, предопределяет значительную разницу в ценах на индивидуальные компоненты, кроме того, на цены имеют влияние также и конъюнктурные факторы.
Существенная разница в распространенности отдельных РЗМ в природных
образованиях, а также в их стоимости, обусловливает важность критерия их
относительного содержания в минералах и рудах. По составу РЗМ минералы и руды
подразделяются на цериевоземельные, иттриево-цериевоземельные и
иттриевоземельные. К цериевоземельным
относятся минералы и руды с
соотношениями TRCe/TRY более 20, к
иттриево-цериевоземельным - в пределах 20–5, к иттриевоземельным - менее 5
(таблица 2). Поскольку состав РЗМ в минералах нередко изменяется, часто даже в
пределах одного рудного объекта, границы выделенных групп намечаются лишь
приблизительно. Некоторые минералы с широкими вариациями состава РЗМ, например,
пирохлор, ортит, бритолит и другие,
могут относиться к разным группам.
Таблица 2 – Группировка
основных промышленных и перспективно-промышленных минералов и руд по составу
РЗО [5]
|
|
Доля
в сумме РЗО, %
|
Отношение
|
|
Минералы
РЗМ
|
TRCe
|
TR Y
|
Содержаний
|
|
|
LnCe
|
Ln
Y
|
Y
|
TRCe :TRY
|
|
ЦЕРИЕВОЗЕМЕЛЬНЫЕ TRCe :TR Y
> 20
|
|
Бастнезит
|
98-99
|
1-2
|
<1
|
40-90
|
|
Лопарит
|
98
|
2
|
<1
|
42-46
|
|
ИТТРИЕВО-ЦЕРИЕВОЗЕМЕЛЬНЫЕ TRCe :TR Y = 5-20
|
|
Монацит
|
83-92
|
5-13
|
2-3
|
5-12
|
|
Апатит
|
89-92
|
5-6
|
3-5
|
8-11
|
|
ИТТРИЕВОЗЕМЕЛЬНЫЕ TRCe :TR Y < 5
|
|
Ксенотим
|
8,4
|
30,8
|
60,8
|
0,1
|
|
Гагаринит
|
22
|
33
|
45
|
0,3
|
|
Иттрофлюорит
|
25
|
29
|
46
|
0,3
|
|
Ионные
руды
|
9-75
|
15-28
|
10-63
|
0,1-3
|
|
Эвдиалит
|
59
|
20
|
21
|
1,4
|
Относительно высокое содержание
РЗМ в земной коре, большое разнообразие минералов и состава РЗМ в них
предопределяют наличие множества разнообразных типов редкоземельных месторождений. Классификации РЗ-месторождений, разрабатывавшиеся в прошлом,
насчитывали от 30 до 50 типов месторождений. Подавляющее большинство их было основано на генетических
принципах. Не меньшее значение для построения классификации РЗМ имеет и
рудно-формационная принадлежность конкретных объектов к тому или иному типу
месторождений, поскольку геохимические
особенности распределения РЗЭ в
различных горных породах подчиняются достаточно строгим закономерностям.
Так, содержание суммы цериевых лантаноидов последовательно возрастает в
ряду магматических пород
щелочноземельного ряда - от 24 г/т в ультрабазитах до 220 г/т в
гранитоидах. В щелочных породах оно во много раз выше, чем в породах
щелочноземельного ряда, при максимуме в фельдшпатоидных массивах (1040 r/т) и
особенно в карбонатитах (1900 г/т). Содержание иттрия в магматических породах
возрастает от 5,9 в ультрабазитах до 43,7 г/т - гранитоидах. В щелочных породах
оно увеличивается относительно гранитов вдвое [6]. Самое высокое содержание иттрия и
иттриевых лантаноидов наблюдается в щелочных гранитах, в которых оно достигает 0,1-0,2% при отношении цериевых
земель к иттриевым нередко менее 1. Среди
осадочных пород высокое содержание цериевых РЗЭ отмечается в аргиллитах (189 г/т) и в континентальных фосфоритах
(583 г/т), а наивысшее – в
железо-марганцевых конкрециях Тихого океана (1140 г/т). В метаморфических породах содержание РЗМ
относительно рядовое: наиболее богаты цериевыми землями гнейсы (200 г/т), а
иттрием - амфиболиты (23,7 г/т).
Несмотря на большое разнообразие типов месторождений, их отличает
достаточно строгая формационная
принадлежность преимущественно к
породам щелочного ряда [4], что полностью соответствует геохимическим особенностями распределения РЗЭ. В гораздо меньшей степени
РЗ-месторождения распространены в гранитоидных известково-щелочных формациях, причем это, как правило, непромышленные объекты.
Генетические типы редкоземельных месторождений также достаточно
разнообразны, но подавляющее большинство их относится к эндогенным и
экзогенным. Метаморфогенные месторождения РЗМ, хотя и были выявлены в некоторых
странах, практического значения не
имеют, за исключением некоторых типов метаморфизованных россыпей с ранее
разрабатываемыми единичными объектами с мелкими запасами.
Формационно-генетическая
классификация редкоземельных месторождений, представляемая в данной
статье (таблица 3) включает 32 типа месторождений , из которых 18 типов относится к эндогенным, 12 – к экзогенным и
два, представленных метаморфизованными россыпями, – к метаморфогенным. Со щелочными породами, включая породы
повышенной щелочности связан 21 тип месторождений, в том числе наиболее
продуктивные типы разрабатываемых месторождений.
Промышленная значимость месторождений разных геолого-промышленных типов на настоящий момент различается в очень
большой степени. Преимущественное значение для добычи РЗМ
цериевой группы имеют бастнезитовые
карбонатиты, для добычи РЗМ иттриевой группы –
редкоземельные коры выветривания гранитов [1,3].
По отношению к промышленному использованию всего 6 типов
месторождений в настоящее время разрабатывается, столько же подготавливается к
освоению и столько же разрабатывалось ранее. Остальные 14 типов
месторождений, представленных в таблице 4,
пока относится к резервным. Необходимо оговорить, что из-за сильной
изменчивости конъюнктуры рынка РЗМ в последнее время, на достаточно большом количестве подготавливаемых и
подготовленных к разработке объектов
планы освоения заморожены, и неясно, реализуются ли они в обозримом
будущем. Например, к таким проектам
вероятно
