Depositi di elementi di terre rare di carbonatite

Le carbonatiti sono un gruppo speciale di rocce ignee ricche di carbonato e la principale fonte mondiale di elementi delle terre rare (REE), niobio, zirconio e ossido di fosfato. Contengono più del 50% di minerali carbonatici primari, meno del 20% di minerali silicati (pirosseno, anfibolo e olivina) e pochi minerali fosfatici. I depositi di carbonatite esistono in tutto il mondo, principalmente in ambienti di rift continentali. Nella maggior parte dei casi, le carbonatiti sono intrusive o subvulcaniche, formando strati di coni, colli vulcanici, dicchi, davanzali, brecce e vene. Una notevole eccezione è il monte Oldoinyo Lengai nel nord della Tanzania, che è l'unico vulcano carbonatitico attivo conosciuto sulla Terra. La conservazione delle colate laviche carbonatitiche è rara, perché i minerali carbonatici si deteriorano facilmente.

Le carbonatiti sono divise in quattro gruppi principali in base al minerale carbonatico dominante:

Gli elementi delle terre rare (REE) sono un gruppo di elementi che hanno proprietà geochimiche simili e si trovano insieme in un deposito. Appartengono a un gruppo chimico chiamato lantanidi, che occupa i numeri atomici da 57 a 71. Gli elementi includono lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promezio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio e lutezio . Anche l'ittrio e lo scandio sono considerati REE perché si trovano negli stessi depositi minerari dei lantanidi e hanno proprietà chimiche simili. I minerali minerali contenenti REE includono bastnäsite, monazite e xenotime.

Gli elementi delle terre rare non sono particolarmente rari, anzi sono più abbondanti dell’oro. Tuttavia, raramente si trovano in alte concentrazioni e proprietà fisiche e geochimiche simili rendono difficile separare gli elementi delle terre rare gli uni dagli altri. La separazione viene ottenuta attraverso costose tecnologie di lavorazione, che rendono antieconomica l'estrazione di molte carbonatiti REE di basso grado. Gli elementi delle terre rare hanno molti usi, inclusa la produzione di motori per auto elettriche, batterie agli ioni di litio, dischi rigidi di computer, pannelli solari, ceramica e magneti.

Le carbonatiti hanno la più alta concentrazione conosciuta di REE in qualsiasi roccia ignea, rendendole un obiettivo minerario attraente. Mentre le prime attività estrattive di REE avvenivano principalmente in depositi di giacimento in India e Brasile. L'estrazione di carbonatite REE decollò negli anni '50 con la scoperta del deposito del Precambrian Mountain Pass in California, negli Stati Uniti. Mountain Pass è stato il principale fornitore mondiale di REE fino all'inizio degli anni 2000, quando le preoccupazioni ambientali e la concorrenza della Cina hanno causato la chiusura della miniera. Tre depositi di carbonatite in Cina (Bayan Obo, Maoniuping e Dalucao) forniscono la maggior parte delle REE mondiali. L’estrazione mineraria nella miniera di Mountain Pass è ripresa nel 2018 in risposta alla crescente domanda di REE e alle forze geopolitiche.

La crescente domanda di REE ha spinto a ulteriori esplorazioni per i depositi di REE nelle carbonatiti in tutto il mondo. Il continente africano, in particolare la Rift Valley dell'Africa orientale, ospita due importanti depositi di carbonatite REE, discussi in dettaglio di seguito.

Mrima Hill è un deposito di niobio e REE situato nella contea di Kwale, a circa 70 km a sud-ovest della città costiera keniota di Mombasa. Il deposito del Cretaceo è costituito da quattro intrusioni alcaline separate: Kiriku, Mrima, Nguluku e Jombo. Queste intrusioni coprono un'estensione superficiale di circa 2 x 1,3 km e si ritiene siano unite in profondità. Le intrusioni alcaline sono costituite da carbonatite, agglomerati e sedimenti fenitizzati. Il complesso si è intromesso nelle arenarie giurassiche ed è coperto da suolo e laterite con scarse esposizioni, sebbene l'intrusione di Mrima sia esposta in superficie come una piccola collina (1000 x 600 m). L'esposizione agli agenti atmosferici è estesa, in alcuni punti arriva fino a 100 metri di profondità, con la sezione esposta agli agenti atmosferici che mostra un'alta concentrazione di minerali resistenti minori. I principali minerali delle terre rare presenti sono la monazite ((Ce, La, Th) PO4) e la gorceixite (fosfato di bario-alluminio con terre rare).

Il deposito è stato scoperto agli inizi degli anni '50 ed è stato sottoposto ad una sostanziale esplorazione storica. Il Kenya Mines and Geology Department ha effettuato un pozzo di prova e 81 pozzi di prova negli anni '50, seguiti da oltre 400 pozzi di prova e 2.000 m di perforazione eseguiti da Anglo American dal 1955 al 1957 e da Pechiney dal 1971 al 1973. Nel 2010, gli esploratori avevano campionato più di 3.000 m dalla perforazione, 9.000 m dai pozzi di prova e 37 tonnellate dal campionamento in massa. Le perforazioni storiche hanno indicato un'elevata mineralizzazione per elementi di terre rare, niobio, tantalio, fosfato e manganese fino a 150 metri di profondità.