Depósitos de elementos de tierras raras de carbonatita

Las carbonatitas son un grupo especial de rocas ígneas ricas en carbonatos y la principal fuente mundial de elementos de tierras raras (REE), niobio, circonio y óxido de fosfato. Contienen más del 50% de minerales de carbonato primario, menos del 20% de minerales de silicato (piroxeno, anfíbol y olivino) y pocos minerales de fosfato. Los depósitos de carbonatita existen en todo el mundo, principalmente en entornos de fisuras continentales. En la mayoría de los casos, las carbonatitas son intrusivas o subvolcánicas y forman láminas de conos, cuellos volcánicos, diques, umbrales, brechas y vetas. Una excepción notable es la montaña Oldoinyo Lengai en el norte de Tanzania, que es el único volcán de carbonatita activo conocido en la Tierra. La preservación de los flujos de lava de carbonatita es rara, porque los minerales de carbonato se erosionan con mucha facilidad.

Las carbonatitas se dividen en cuatro grupos principales según el mineral carbonatado dominante:

Los elementos de tierras raras (REE) son un grupo de elementos que tienen propiedades geoquímicas similares y se encuentran juntos en un depósito. Pertenecen a un grupo químico llamado Lantánidos, que ocupa números atómicos del 57 al 71. Los elementos incluyen lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio. . El itrio y el escandio también se consideran REE porque se encuentran en los mismos depósitos minerales que los lantánidos y tienen propiedades químicas similares. Los minerales que contienen REE incluyen bastnäsita, monacita y xenotima.

Los elementos de tierras raras no son particularmente raros; de hecho, son más abundantes que el oro. Sin embargo, rara vez se encuentran en altas concentraciones y propiedades físicas y geoquímicas similares dificultan la separación de los elementos de tierras raras entre sí. La separación se logra mediante una costosa tecnología de procesamiento, lo que hace que la extracción de muchas carbonatitas REE de baja calidad sea antieconómica. Las tierras raras tienen muchos usos, incluida la fabricación de motores de automóviles eléctricos, baterías de iones de litio, discos duros de computadoras, paneles solares, cerámica e imanes.

Las carbonatitas tienen la concentración más alta conocida de REE en cualquier roca ígnea, lo que las convierte en un objetivo minero atractivo. Mientras que las primeras minas de REE se realizaron principalmente en depósitos de placer en India y Brasil. La minería de carbonatita REE despegó en la década de 1950 con el descubrimiento del depósito Precambrian Mountain Pass en California, EE. UU. Mountain Pass fue el principal proveedor mundial de REE hasta principios de la década de 2000, cuando las preocupaciones ambientales y la competencia de China provocaron el cierre de la mina. Tres depósitos de carbonatita en China (Bayan Obo, Maoniuping y Dalucao) proporcionan la mayoría de los REE del mundo. La minería en la mina Mountain Pass se reanudó en 2018 en respuesta a la mayor demanda de REE y fuerzas geopolíticas.

La creciente demanda de REE ha impulsado una mayor exploración de depósitos de REE en carbonatitas en todo el mundo. El continente africano, en particular el Valle del Rift de África Oriental, alberga dos importantes depósitos de REE de carbonatita, que se analizan en detalle a continuación.

Mrima Hill es un depósito de niobio y REE ubicado en el condado de Kwale, a unos 70 km al suroeste de la ciudad costera de Mombasa en Kenia. El depósito del Cretácico consta de cuatro intrusiones alcalinas separadas: Kiriku, Mrima, Nguluku y Jombo. Estas intrusiones cubren una superficie de aproximadamente 2 por 1,3 km y se cree que están unidas en profundidad. Las intrusiones alcalinas consisten en carbonatita, aglomerados y sedimentos fenitizados. El complejo se introdujo en areniscas del Jurásico y está cubierto por suelo y laterita con malas exposiciones, aunque la intrusión de Mrima está expuesta en la superficie como una pequeña colina (1000 x 600 m). La meteorización es extensa, llegando a profundidades de hasta 100 metros en algunos lugares, y la sección erosionada muestra una alta concentración de minerales resistentes menores. Los principales minerales de tierras raras presentes son la monacita ((Ce, La, Th) PO4) y la gorceixita (fosfato de bario-aluminio con tierras raras).

El depósito fue descubierto a principios de la década de 1950 y ha sido objeto de una importante exploración histórica. El Departamento de Minas y Geología de Kenia llevó a cabo un pozo de prueba y 81 pozos de prueba en la década de 1950, seguidos por más de 400 pozos de prueba y 2.000 m de perforación realizados por Anglo American de 1955 a 1957 y Pechiney de 1971 a 1973. En 2010, los exploradores habían muestreado más de 3.000 m de perforación, 9.000 m de pozos de prueba y 37 toneladas de muestreo en masa. Las perforaciones históricas indicaron una alta mineralización de elementos de tierras raras, niobio, tantalio, fosfato y manganeso hasta 150 metros de profundidad.

En 2010, Cortec Mining Kenya Ltd (una filial keniana de la empresa de exploración minera Pacific Wildcat Resources Corp, con sede en Canadá) emprendió un extenso programa de exploración, realizando una perforación de circulación inversa de 974 m (31 pozos) sobre la cima de la colina Mrima. A esto le siguió una perforación diamantina de 1.700 m en la zona erosionada enriquecida para estimar su extensión vertical. Los resultados confirmaron los pozos de prueba y los resultados históricos de los pozos, posicionando a Mrima Hill como un recurso de clase mundial para niobio y REE. El recurso mineral indicado de niobio fue de 12,0 millones de toneladas con un 1,21 % de Nb₂O₅ y un recurso inferido de 105 millones de toneladas con un 0,65 % de Nb₂O₅. Los resultados también mostraron potencial para un depósito de REE de clase mundial con un recurso objetivo inicial de 10-20 Mt con un 3-5% de óxidos de tierras raras totales (TREO).

El gobierno de Kenia revocó la licencia minera otorgada a Cortec Mining Kenya Ltd en marzo de 2013, deteniendo futuras exploraciones y desarrollo minero. La cuestión de la licencia no se ha resuelto hasta la fecha, pero con la creciente demanda mundial de niobio y REE, el depósito de Mrima Hill sigue siendo uno de los depósitos de niobio-REE sin explotar más grandes del mundo.

La carbonatita de Ngualla se encuentra en el borde occidental del Valle del Rift de África Oriental, en el suroeste de Tanzania, a 147 km de la ciudad de Mybea. Se desconoce la edad exacta del complejo de carbonatita, pero se cree que tiene alrededor de mil millones de años y se introdujo en gneises, cuarcitas y rocas volcánicas riodacíticas del Proterozoico. La intrusión tiene forma de tubo y consiste en un cuerpo interno de dolomita rica en hierro que introduce un tapón de carbonatita calcítica. La intrusión de carbonatita tiene un diámetro de aproximadamente 4 km y está rodeada por una zona de alteración fenita de 1 km de ancho, que forma un anillo de colinas bajas.

La mineralización se enriquece en zonas erosionadas y alteradas de la carbonatita, lo que puede atribuirse a la erosión de los minerales de carbonato y a la oxidación del componente de carbonato de hierro presente en la carbonatita de dolomita. La eliminación del carbonato mediante la meteorización también provocó una reducción significativa de la masa y contribuyó a la formación de una capa de material sólido no consolidado rico en goethita. El principal mineral que contiene REE es la bastnäsita (carbonato-fluoruro), que está presente en la zona central de dolomita ferroana.

Los actuales desarrolladores del depósito, Peak Resources, con sede en Australia, tienen como objetivo extraer la zona erosionada de carbonatita desde la superficie hasta una profundidad de más de 140 m. Esta zona contiene mineralización REE de alta ley dentro de la bastnäsita mineral y se puede extraer utilizando una técnica a cielo abierto de baja proporción de extracción. Los bajos niveles de torio, uranio y fosfato simplifican los procedimientos requeridos de concentración y procesamiento del mineral. El trabajo de exploración realizado en este depósito incluye un programa de perforación de tres fases que comprende más de 38.700 m de perforación en 649 pozos de perforación. A este trabajo le siguieron 30.139 m de circulación inversa (RC) de relleno adicionales y 3.106 m de perforación diamantina, con análisis geoquímicos completados en 20.403 muestras.

En 2016, Peak Resources anunció una estimación de recursos minerales conforme al JORC (Comité Conjunto de Reservas de Minerales de Australasia) de 214,4 millones de toneladas con un 2,15% de REO (óxidos de tierras raras), para 4.620.000 toneladas de REO contenidos (por encima del 1% de límite de REO). Esto representó un aumento del 10% en toneladas, un aumento del 8% en la ley y un 5% en REO contenido con respecto a su estimación de 2013. La estimación de recursos minerales para un corte superior al 3% fue de 19,9 millones de toneladas con un REO del 4,90%, para 980.000 toneladas de REO contenido. La reserva mineral para la zona de bastnäsite erosionada con un límite de ley inferior del 1 % de REO se estimó en 21,3 millones de toneladas con un 4,75 % de REO para 1.010.000 toneladas de REO contenidas. Dentro de esto, la reserva probada fue de 18,5 millones de toneladas con un 4,80% REO para 887.000 toneladas de REO contenido, mientras que la reserva probable fue de 1,7 millones de toneladas con un 5,14% REO para 90.000 toneladas.

El depósito de Ngualla es uno de los depósitos de tierras raras más grandes y de mayor grado del mundo, especialmente de neodimio y praseodimio. Se estima que la mina de REE en desarrollo tendrá una vida de producción inicial de 26 años, con el objetivo de exportar 32.700 toneladas por año de concentrado de tierras raras.

A medida que aumenta la demanda mundial de productos electrónicos, baterías y energía limpia, también lo hará la demanda de REE. Las carbonatitas se encuentran entre las fuentes más ricas de REE del mundo y existen depósitos prometedores en Estados Unidos, Brasil, África Oriental, Australia Occidental y China. El potencial sin explotar de estas rocas ígneas únicas desempeñará un papel crucial en el futuro de la minería de REE.

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