在死火山中發現的稀土金屬或為未來提供動力

死火山很難研究——我們從未見過它們噴發。使用獨特的實驗技術，我們能夠在實驗室中重現某種類型的死火山，更多地了解這些火山產生的巖漿。

我們發現，一些稀有的巖漿類型在濃縮稀土元素方面出奇地有效。這是一組在多個高科技行業中具有重要應用的金屬，例如用于電動汽車的磁鐵和風力渦輪機.

對稀土的需求正在飆升隨著社會擺脫化石燃料，實現能源生產和運輸電氣化。盡管有這個名字，但稀土并不是特別稀有。最大的挑戰是找到這些金屬濃度足以在經濟上可行的巖石。

我們的新研究發表在雜志上地球化學觀點快報，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，在有記載的歷史上從未發生過以這種巖漿為特征的噴發。

相反，它只能從數百萬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。另一個值得注意的例子是瑞典的 Kiruna，幾十年來一直開采鐵礦石。去年，其運營公司 LKAB宣布 Kiruna 成為最大的稀土資源在歐洲。

Kiruna 的發現讓我們（和許多其他人）想知道為什么火山鐵礦會有稀土資源。我們已經知道許多其他含有稀土的巖石類型，但沒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，但從來沒有人費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，因為它們具有很強的磁信號。他們是否應該被添加到稀土勘探者的目標名單中？

在瓶子中重現火山活動

為了驗證這個假設，我們使用了一種稱為活塞缸的機器。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于地殼深 15 公里的深度，并將它們加熱到 1,100°C，將它們熔化成液體。

在這些極端條件下，我們發現富含鐵的巖漿以氣泡的形式存在于幾乎所有現代活火山中已知的更常見的巖漿類型中。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，并且會從其貧鐵環境中分離出來，類似于水和油混合在一起最終會分離成不同的層。

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 的發現并非偶然。這是我們可以從大多數（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？

稀土元素的生產集中在只有少數幾個國家– 主要是中國，以及美國、緬甸和澳大利亞。

因此，稀土被歸類為”關鍵礦物“：它們具有重要的用途，但由于地緣政治因素而面臨供應鏈風險。

隨著對稀土的需求激增，這導致對研究和勘探更多礦床進行了大量投資。已知的礦床越多，行業就越能選擇能夠以最低的財務、環境和社會成本生產稀土的礦床。

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

這將是一個積極的結果——現有的采礦作業可以獲得額外的價值。在某些情況下，礦山廢料可以進行再處理以提取這些關鍵金屬。

這意味著甚至可能不需要新的稀土元素礦，從而防止對自然環境造成不必要的破壞。

邁克爾·阿嫩伯格， 地球科學研究員澳大利亞國立大學

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