مقاله بررسی موقعیت جغرافیایی بافق و معدن اسفوردی در بافق

 موقعیت جغرافیائی و شرایط جوی منطقه بافق و معدن اسفوردی
شهرستان بافق به مرکزیت شهر بافق با مساحتی حدود 17850 کیلو متر مربع، به فاصله 120 کیلومتری جنوبشرقی شهرستان یزد، در طول َ38، o55 شرقی و عرض َ47،o31 شمالی واقع شده است.
این شهرستان به وسیله راه آهن و راه آسفالته منشعب از یزد قابل دسترسی می باشد. از دیگر راههای ارتباطی می توان به محورهای بافق- بهاباد، بافق- شیطور و بافق- معدن چادرملو اشاره کرد.
جاده ارتباطی معدن اسفوردی بطول 5/2 کیلومتر، از کیلومتر 25 جاده بافق- بهاباد منشعب می گردد.
معدن اسفوردی در 35 کیلومتری شمال شرقی شهر بافق و در ارتفاع 1700 متری از سطح دریا واقع شده است و دارای کوههایی با روند شمال غربی – جنوب شرقی می باشد.
میزان بارندگی سالانه در منطقه بطور متوسط 50 میلی متر و میزان تبخیر فوق العاده شدید می باشد. به همین دلیل دارای آب و هوای گرم و خشک و اختلاف درجه حرارت زیاد در شبانه روزی می باشد. آب و هوا در قسمتهای کوهستانی منطقه معتدلتر می باشد. از لحاظ جریان آب در منطقه مذکور هیچگونه جریان آب دائمی وجود ندارد. پوشش گیاهی منطقه ضعیف و شامل بوته ها و به مقدار کمتر درخت و درختچه می باشد. از مهمترین حوضه های آبگیر منطقه می توان به دشت حسن آباد، دشت شیطور، دشت بهاباد و ده قطروم اشاره نمود.
این کانسار که در منطقه نسبتاً کوهستانی و با ارتفاع متوسط 1700 متر از سطح دریا قرار دارد دارای کوههایی با روند شمال غرب- جنوب شرقی می باشد. این کوهها به صورت ارتفاعات نه چندان مرتفع در منطقه کشیده شده اند و در ادامه آنها تپه هایی با دره و فرو رفتگی های کم و بیش عریض قرار گرفته است.
از نظر آب و هوائی دارای آب و هوای خشک و بیابانی می باشد. و از نظر میزان نزولات جوی، دارای بارندگی نسبتاً کم و در حدود تقریبی 50 میلیمتر در سال می باشد. البته گاهی اوقات مقدار بارندگی از این مقدار ذکر شده نیز تجاوز می نماید. از لحاظ جریان آب در منطقه مذکور، هیچگونه جریان آب دائمی وجود ندارد و تنها رودخانه منطقه، رود شور است که به دریاچه شور بافق می ریزد.
از لحاظ دما، دمای متوسط هوا در این منطقه در حدود 40 سانتی گراد است که این دما از حدود صفر درجه در زمستان تا 50 درجه در تابستان در حال تغییر است.
از نظر پوشش گیاهی، پوشش گیاهی منطقه نسبتاً ضعیف بوده بطوریکه ارتفاعات فاقد پوشش گیاهی و مناطق پست دارای پوشش گیاهی شامل بوته ها و درختچه ها می باشند.
2-2- زمین شناسی عمومی منطقه
محدوده مورد بحث در یکی از بالا، آمدگیهای قدیمی که قسمتی از واحد زمین شناسی ایران مرکزی محسوب می شود قرار گرفته است. فازکوهزایی آلپی در تشکیل بلوکهای ساختمانی مجزایی آن نقش اساسی را ایفا کرده است. یکی از این بلوکهای تشکیل شده، بلوک پشت بادام- بافق می باشد. که از طرف شرق و غرب بوسیله گسلهای بزرگ کوهبنان و دویران محدود شده است. بطوریکه این بلوک منطقه وسیعی از جمله کانسار فسفات اسفوردی را شامل شده است.
بلوک مورد نظر در محدوده شناخته شده متالوژنی ایران قرار دارد. در این بلوک معادنی از قبیل چفارت (آهن) اسفوردی (فسفات)- کوشک (سرب ورودی)- چادرملر (آهن و آپاتیت) قرار دارند.
در این ناحیه سنگهایی که کانی سازی آپاتیت در آنها انجام شده است. سنگهای آذرین (نفودی- خروجی) به سن پرکامبرین- کامبرین می باشند که در اینجا برای واضحتر شدن موضوع، توضیح مختصری در رابطه با چینه بندی- تکتونیک- ماگماستیم و متامورفیسم آن داده می شود.
2-2-1- چینه شناسی منطقه
چینه شناسی منطقه مذکور با توالی قدیم به جدید عبارتست از:
دوره پرکامبرین
ابتدا سنگهای دگرگونی با رخساره شیست سبز- آمفیبولیت- مرمر- گنیس (کمپلکس سرکوه – کمپلکس بنه شور) بوجود آمده اند بعد روی این واحدها را سنگهایی با رخساره شیست- گریواک- ماسه سنگ کوارتزیتی- شیلهای اسلیتی (سازند تا شک) پوشانیده اند.
دوره اینفراکامبرین
در این دوره مجموعه سنگهای منتسب به سری ریز و درزو در این دوره بوجود آمده اند که این سری با یک رخساره و لکانیکی- رسوبی و زمین ساختی در هم و بهم خورده شامل رسوبات پوشش تلماسه ای- دولومیتهای خاکستری تا قهوه ای رنگ چرت دار- ماسه سنگ های زرد رنگ- آهکهای سیاهرنگ- ریولیتهای صورتی- آجری و بالاخره افقهای آهن- آپاتیت و دایکهای دیابازی پوشیده می شود. بین سنگهای این سری و سنگهای ولکانیکی با ترکیب اسیدی تا متوسط و بین سنگهای این سری با نهشته های کامبرین حد فیزیکی شناخته شده ای وجود ندارد.
دوره مزوزوئیک
در این دوره نهشته های قاره ای تریاس و ژوراسیک و نهشته های کرتاسه بصورت گسترده ای و به فرم دگر شیبی روی واحدهای قدیمیتر قرار گرفته اند.
دوره نئوزوئیک: این دوره به سه بخش تقسیم می شود.
سنگهای پالئوسن تا ائوسن: سنگهای پالئوسن مربوط به گلنگلومرای کرمان هستند. سنگهای ائوسن شامل لایه های قاره ای همراه با مواد آتشفشانی می باشند که بصورت محدود در طول مناطق گسله رخنمون دارند. رسوبات میوسن شامل لایه های قرمز قاره ای می باشند که به طور دگرشیبی روی سنگهای مربوط به دوره ائوسن قرار گرفته اند و نهایتاً توسط کنگلومرای دوره نئوژن به صورت دگرشیب پوشیده می شوند.

دوره کواترنری
این دوره شامل پادگانه های آبرفتی- مخروطه افکنه های قلوه سنگی- آبرفتهای جدید تلماسه ای- کوهپایه ها و رسوبات کویری و نواحی بیابانی وسیع پیرامون رشته کوهها می باشد.
2-2-2- وضعیت تکتونیکی منطقه
از نظر تکنونیکی، منطقه تحت تاثیر رخداد زمین ساختی بابگالی (کاتانگایی) و نیز حرکات کوهزایی پس از دوره تریاس قرار گرفته است که پیامد آن، شکستگی پی سنگ پره کامبرین و نیز ایجاد و دگرشیبی زاویه ای شدید بین رسوبات کرتاسه و نهشته های قدیمتر می باشد.
در دوره های جدیدتر (پلیو- پلیستوسن) منطقه تحت تاثیر پیشروی دریا قرار گرفته است. بطوریکه در نهایت و بدنبال حوادث ذکر شده، گسلهای بزرگ بویژه گسلهای اصلی با روند شمال- جنوب پدید آمده است.
2-2-3- وضعیت ماگماتیسم در منطقه
از لحاظ ماگماتیسم در این منطقه، سنگهای آذرین در دامنه وسیعی از سنگهای بازیک تا کاملاً اسیدی حضور دارند که بصورت انواع نفوذی- نیمه عمیق و خروجی دیده می شوند کوارتزپورفیرها- ریولیتها- سینیتها- مونزونیتها- گرانیت ها- آنذری بازالتها- پلاژیوپورفیرها- آلبیتوفیرها شاهدی برای گفته فوق می باشند.
2-2-4- وضعیت دگرگونی در منطقه مورد مطالعه
از نظر دگرگونی در مناطق مختلف این بلوک نیز دو فاز پیوسته دگرگونی دینامیکی و حرارتی به ترتیب با ویژگیهای فشار زیاد و حرارت زیاد در سنگهای منتسب به پره کامبرین تشخیص داده شده اند که هر یک از نظر دگر شکلی- تشکیل میگماتیتها و سپس آناتکسی ویژگیهای خود را داشته اند.
2-3- زمین شناسی کانسار اسفوردی
کانسار اسفوردی در بقایای هوازده سنگهای پره کامبرین – کامبرین و مزوزوئیک واقع شده است. واحدهای سنگی محدوده کانسار، که قسمتی از واحدهای سری ریز و درز محسوب می شوند شامل مجموعه ای در هم و خرد شده ای هستند که مرکب از سنگهای ولکانیکی و رسوبی و همچنین سنگهای آذرین نفوذی می باشند که بشدت چین خورده و گسله خورده شده اند طبقات مزوزوئیک آن را عمدتاً ریولیتهای تریاس تشکیل می دهند.
در زیر توده معدنی سکانسی از سنگهای ولکانیکی- رسوبی- توف و آگلومرا (منتسب به سری ریزو و درز مربوط به دوره پره کامبرین – کامبرین) و در بعضی نقاط دولومیت وجود دارد. علاوه بر آن کانسار مزبور در سمت شمال و شمال غرب بوسیله تپه های ریولیتی و دولومیتهایی که کوه اسفوردی را می سازند احاطه شده است.
از لحاظ تکنونیکی علاوه بر وجود گسلهای زیاد با روند NNE-SSW ، NNW-SSE در ناحیه که با گسلهای اصلی نای بند- کوهنبان و زاگرس که در فاصله (250-50) کیلومتری قرار دارد. یک خطواره مهم و آشکار با امتداد ENE-WSW به طول چند کیلومتر کانسار اسفوردی را قطع کرده است و احتمال دارد تا معدن چفارت در سمت جنوب غربی امتداد پیدا کند.
رز دیاگرامهای تهیه شده منطقه، مجموعه ناپیوستگی مزدوجی را نشان می دهند که مجموعه اول امتدادهای ENE-WSW و NNE-SSW داشته و مجموعه دوم با روند NNW-ESE و N-S دیده می شوند.
علاوه بر آن در روی عکسهای هوائی، تعداد زیادی ساختمان دایره ای در این ناحیه دیده می شود که به احتمال زیاد یکی از آنها مربوط به نحوه گسترش سطحی کانسار اسفوردی می باشد. قطر قاعده ای دایره کانسار حدود 500 متر می باشد که برای واضحتر شدن مطالب فوق نقشه برداشت عکسهای هوایی به همراه رز دیاگرام برداشت شده از منطقه در زیر آورده شده است.

2-4- نحوه گسترش افقهای معدنی در کانسار
بر طبق نتایج به دست آمده از فاز های مختلف اکتشافی در معدن فسفات اسفوردی که اساس کار بر آورد ذخیره نگارنده بر آن استوار است 5 افق معدنی را می توان برای کانسار اسفوردی در نظر گرفت که عبارتند از:
1- افق آهنی یا افق I (افق آهن بدون آپاتیت و آهن پر عیار همراه آپاتیت)
2- افق آپاتیتی یا افق II
3- افق سنگره های سبز یا افق III
4- افق دایکها (دایکهای آپاتیتی)
5- افق زونهای آغشته مانند ریولیتها- زونهای برشی و دایکهای دیابازی و سنگهای دیابازیکی، که در نشان دادن افق 5 در مقاطع تا حد امکان و به دلیل عدم درخور توجه بودن ذخیره از آنها صرفنظر شده است که در اینجا در مورد هر یک از افقها به طور اختصار توضیح داده می شود.
2-4-1- افق آهنی
این افق که شامل افق آهنی بدون آپاتیت و آهن پر عیار همراه آپاتیت می باشد از یک توده آهنی تشکیل شده است که با مورفولوژی نسبتاً برجسته و بشکل یک عدسی کشیده و با طول تقریبی حدود 500 متر و با روند شمال غرب جنوب شرق و با شیب کلی 25 درجه به سمت شمال در منطقه ظاهر شده است. افق مذکور از لحاظ ضخامت، دارای ضخامت حداکثر در بخش بیرون زده که در ضلع شرقی توده آهن قرار دارد. می باشد که ضخامت مذکور به 80 متر می رسد. بر طبق گزارشات زمین شناسی، تماس آهن با سنگهای ولکانیکی کمر پایین خود معمولاً به صورت شارپ یا منقطع است. و هیچگونه پدیده تدریجی بین آن دو دیده نمی شود.
توده آهن مورد نظر در بدو تشکیل عمدتاً از کانی ماگنتیت تشکیل شده بود که بعدها در اثر پدیده مارتیزاسیون قسمت عمده آن به هماتیت تبدیل شده است. علاوه بر هماتیت و اکسیدهای آبدار نظیر گوئتیت- لیمونیت نیز وجود دارد که تشکیل آن به طور ثانویه صورت گرفته است.
این توده ماگنتیت- همایتیتی همواره با کانی آپاتیت همراه است و کانی آپاتیت یا به صورت رگه ای و یا پر کننده حفره ها و خلل و فرج آهن، آنرا همراهی می کند به طوریهک این باعث شده که توده آهن در بعضی جاها از آپاتیت پر عیار شده است و درصد آپاتیت آن از 50 درصد حجم کل سنگ نیز تجاوز نموده است. و در نهایت به افق آهن- آپاتیت تبدیل شده است. تجمع و تمرکز آپاتیت در توده آهن با چگونگی حرکت و مهاجرت عناصر سازنده این کانی ارتباط مستقیم دارد.
در بررسی و برآورد ذخیره هر دو افق (توده آهنی و آهن آپاتیتی) تحت عنوان افق آورده شده اند افق مذکور با توجه به الحاق دو افق با هم در حال حاضر دارای بیشترین ضخامت و بیشترین گسترش می باشد.
گسترش این افق به سمت شمال شرقی و در زیر افق آپاتیت (افق II) می باشد که در اینجا پس از باریک شدن محو می گردد. این افق همچنین در جهات جنوب- جنوب غربی- و شرقی در مجاورت ریولینها ناپدید می شود.
2-4-2- افق آپاتیتی
افق آپاتیتی یا افق اصلی که به علت بالا بودن مقدار عیار آپاتیت بعنوان افق اصلی فسفات نام گرفته است در مجاورت افق I قرار گرفته و متشکل از کانیهای آپاتیت- ماگنتیت- هماتیت- ترمولیت و اکتینولیت است. آپاتیت این افق اکثراً به صورت بلورهای دانه ریز و با حالت پودری شکل ظاهر می شود.
بر طبق گزارشات علت پیدایش این افق، حرارت و گازهای متصاعد شده ناشی از مجاورت توده آهن است که علاوه بر دگرسان کردن سنگها و تولید کانیهای دگرسانی نظیر ترمولیت- اکتینولیت موجب تشکیل کانیهای آپاتیت گردیده سات. این افق معدنی در روی زمین و در بین افقهای اولیه و به صورت یک نوار با روند شمال شرق- جنوب غربی کشیده شده است که در قسمت شرق عملکرد گسلهای محدود کننده باعث تغییر مکان این افق نسبت به افقهای آهندار گردیده است.
2-4-3- افق سنگهای سبز
افق سنگهای سبز که بر روی افق II قرار دارد و متشکل از یک توده دیوریتی دگرسان شده؟ است که شامل کانیهای آپاتیت- ترمولیت- اکتینولیت است. در این توده کانیهای آپاتیت نسبت به ترمولیت- اکتینولیت درصد کمتری را به خود اختصاص می دهند.
دگرسانی این توده به صورت اولیه، ناشی از حرارت بخارات و گازهای حاصل از ماگمای آهن می باشد.که منجر به یک دگرسانی نسبتاً شدید و به طور عمومی در کل توده سنگ اولیه گردیده است. به طوریکه بافت و ترکیب کانی شناسی اولیه آنها از بین رفته است. دگرسانی بعدی در نتیجه تاثیر محلولهای آپاتیت زا می باشد که موجب افزایش شدت دگرسانی و پیدایش هاله های ترمولیتی- اکتینولیتی در حاشیه رگه های آپاتیتی شده است.
حرکت محلولها و گازهای گرم که حاوی عناصر سازنده کانی آپاتیت و ندرتاً آهن هستند موجب افزایش پدیده دگرسانی گردیده است. از لحاظ پتروگرافی این توده از یک سنگ دیوریتی تشکیل شده است که در نتیجه فرآیندهای شدید دگرسانی بشکل کنونی در آمده است. و بعلت وفور رگه های آپاتیتی که منجر به تشدید دگرسانی و تشکیل هاله های سبز یشمی رنگ ترمولیتی- اکتینولیتی گردیده است به افق سنگهای سبز نام گرفته است.
2-4-4- افق دایکهای آپاتیتی:
افق چهارم، افق دایکهای آپاتیتی می باشد که دارای درصد بالایی از آپاتیت می باشد و به صورت نفوذهایی در داخل منطقه دیده می شود، روند این دایکها در محدوده افقهای I و II اکثراً از روند افق آپاتیتی و عدسی آهن تبعیت می کند و دارای شیت نسبتاً زیاد و به سمت شمال است ولی در قسمت های شمالی این روندها تقریباً بر عکس می شوند و به این دلیل نمی توان روند خاصی را برای دایکهای این کانسار در نظر گرفت. کلاً دایکهای آپاتیت علیرغم داشتن عیار بالا به دلیل ذخیره کم، ذخیره قابل توجهی محسوب نمی شوند.
2-4-5- افق زونهای آغشته:
افق زونهای آغشته شامل سنگهای ریولیتی- زونهای برشی و … می باشد که به صورت رگه و رگچه های بسیار باریک در بعضی از افقها و گمانه ها دیده می شوند و همانطوریکه در طول این بحث گفته شده به علت کمی ذخیره، ذخیره قابل توجهی محسوب نمی شوند اما با این وجود تا جایی که امکان داشته است در بررسیهای برآورده ذخیره مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته اند.
2-5- ویژگیهای سنگ شناسی و کانی شناسی سنگهای کانسار
2-5-1- آپاتیت
آپاتیت این کانسار از نوع فلوئور آپاتیت می باشد که از لحاظ شکلی بلورهای آپاتیت این کانسار بصورت هگزاگونال- مونوپیرامیدال بوده و اکثراً مانند آپاتیتهای جزیره هرمز به صورت بلورهای 12 وجهی دیده می شوند. آپاتیت این کانسار را می توان به دو تیپ زیر تقسیم بندی کرد آپاتیت او آپاتیت II آپاتیت I به صورت بلورهای شکلدار و یا نیمه شکلدار (بیرونی صاف و مدور) و دارای رنگهای زرد نارنجی و نارنجی است که اکثراً با ماگنتیت و توده آهن دیده می شوند. و از لحاظ ضخامت دارای ضخامت 2-1 میلی متر می باشد.
آپاتیت II، این نوع آپاتیت که اکثراً در افق سنگهای سبز تمرکز یافته است دارای بافتی دانه ریزتر و شفافتر می باشد این نوع آپاتیت دارای اندازه (8/0-2/0) میلیمتر می باشد. این نوع اکثراً همراه کلسیت- هماتیت – ماگنتیت یافت می شود.
گفتنی است که آپاتیتهای ذکر شده، آپاتیت افق اصلی را تشکیل می دهند در داخل این آپاتیتها آنکوزیونهایی دیده می شوند که عناصر خاکی کمیاب در آنها قرار گرفته است.

2-5-2- ماگنتیت و هماتیت
ماگنتیت و هماتیت، اکثراً در افق دیده می شوند. هماتیت این افق در نتیجه مارتیراسیون ماگنتیت موجود در توده آهن می باشد و بر طبق آزمایشات میکروسکوپی، دانه های تمیز- یکنواخت و زاویه دار ماگنتیت در زمینه ای از کلسیت متبلور و کوارتز تجمع یافته است.
2-5-3- ترمولیت و اکتینولیت
کانیهای مهم تشکیل دهنده افق سوم ترمولیت و اکتینولیت می باشند که دارای بلورهای فیبری و سوزنی شکل هستند این دو کانی مخصوصاً در اطراف رگه ها و دایکهای آپاتیتی بیشتر دیده می شوند.
10- عناصر خاکی نادر
مطالعات انجام یافته در سالهای گذشته و اخیر، وجود مقادیر قابل توجهی عناصر خاکی نادر (Rare earth elements) را در کانسار اسفوردی ثابت نموده است.
اولین بار حسن برومندی از شرکت ملی ذوب آهن ایران، با توجه بوجود این عناصر در کانسار چغارت، مطالعات پر دامنه ای در این زمینه انجام داده است. نامبرده با استفاده از روش فلوئورسنس X-Ray نمونه های متنوعی از سنگهای معدنی منطقه و از جمله کانسار اسفوردی را مورد آزمایش قرار داده و وجود مقدار قابل ملاحظه ای خاکهای نادر را در سنگهای آپاتیتی گزارش نموده است. در این آزمایشات، وجود عناصری از قبیل استرنسیوم (Sr) و زیرکونیم (Zr) بمیزان کم و بیش قابل توجه و نیز ارسنیک (As)، منگنز (Mn)، روبیدیوم (Rb)، وانادیوم (V) و باریم (Ba) در این سنگها اثباتش ده است. بر اساس این واقعیات و با توجه به احتمال جانشینی کاتیونهائی از قبیل منیزیم، آهن، استرنسیوم، باریم، سریم، لانتانیم، ایتریم و نئودیمیم بجای کلسیم در ساختمان شبکه آپاتیت، تشکیل کانیهائی نظیر مونازیت (Ce, la)pa4 و گزنوتیم Ypo4 در نظر گرفته شده است.
تحقیقات انجام شده توسط علی درویش زاده از دانشگاه تهران روی سنگهای محدوده معدنی اسفوردی. علاوه بر اینها نشاندهنده وجود عناصر کمیاب دیگری از قبیل اورانیوم و توریوم در سنگهای آپاتیتی بوده است. البته این موضوع بمعنی وجود رابطه مستقیم بین این عناصر و کانی آپاتیت نبوده، ولی نقش قابل ملاحظه آنرا در چرخه ژئوشیمی این عناصر ثابت می کند. نامبرده وجود چنین عناصری و همچنین خاکهای نادر را، در سنگهای معدنی آپاتیت دار، به مشارکت آنها در ساختمان بلورین آپاتیت (و نه دیگر کانیهای همراه) مربوط می داند.
مطالعات الکترون میکروپروب که توسط کارشناسان دیگر کشورها روی سنگهای با رخساره دگرسانی صورت گرفته، وجود بیشترین مقدار خاکهای نادر و همچنین اورانیوم و توریم را، در انکلوزیونهای مونازیت و کزنوتیم داخل بلورهای آپاتیت اثبات نموده است. واقعاً هم این موضوع در مطالعات اکتشاف تفصیلی کانسار مورد تائید قرار گرفته است. جدول شماره 6 رابطه مستقیم بین مقدار این عناصر و انکلوزیونهای داخل آپاتیت را نشان می دهد. در این جدول علیرغم یک استثناء با افزایش مقدار انکلوزیونها بر میزان خاکهای نادر افزوده می شود.
رابطه مقدار عناصر خاکهای نادر با انکلوزیونهای داخل آپاتیت
مقدار انکلوزیون
Gp
P.P.M
La
P.P.M
Nd
P.P.M
Y
P.P.M
حدود 2 درصد
8700
4000
137
1530
یک تا دو درصد
15500
6650
110
560
حدود یک درصد
1852
607
170
176
خیلی کم
1190
590
150
660
جدول شماره 6- استخراج از گزارش اکتشافات تفصیلی کانسار آپاتیت اسفوردی
در گزارش اکتشافات تفصیلی کانسار اسفوردی، بر اساس نتایج به دست آمده از مقدار متوسط این عناصر (جدول شماره 7)، میزان ذخیره هر یک از آنها به ترتیب زیر به دست آمده است: سریم 14000 تن، لانتانیم 5600 تن، ایتریم 5600 تن و نئودیمیم 1700 تن.
چنانچه این نحوه عمل، مبنای محاسبه قرار گیرد؛ با توجه به افزایش ذخایر ارزیابی شده سنگ فسفات طی مطالعات اکتشاف تکمیلی، میزان ذخایر هر یک از عناصر فوق بنحو زیر افزایش می یابد:
سریم 22000 تن، ایتریم 8500 تن، لانتانیم 8500 تن و نئودیمیم 2600 تن.
متوسط مقدار عناصر خاکهای نادر در افقهای معدنی
افق معدنی
طول نمونه – گیری (متر)
Ce
P.P.M
La
P.P.M
Nd
P.P.M
Y
P.P.M
پخش پر عیار "سنگهای سبز"
145
2198
900
209
1000>
افق آپاتیتی (افق اصلی)
137
2097
765
240
1000>
مجموع دو افق
282
2149
834
224
1000>
جدول شماره 7- استخراج از گزارش اکتشافات تفصیلی کانسار آپاتیت اسفوردی
باید اذعان نمود که ذخایر خاکهای نادر در کانسار اسفوردی، بسی بیشتر از مقادیر ذکر شده می باشد. زیرا نتایج بدست آمده بعلت محدودیت دستگاههای اندازه گیری، غالباً حداقل مقدار این عناصر ار نشان می دهند.
نتایج آزمایشات اسپکترومتری تعدادی از نمونه های معرف افقهای معدنی و سنگهای در بر گیرنده انها، در جدول شماره 8 نمایش داده شده است. چنانکه در این جدول دیده می شود. عناصر خاکهای نادر در افق آپاتیتی (افق اصلی معدنی) بیشترین مقدار را داراست. مقدار زیرکونیم نیز در این افق قابل توجه می باشد. استرنسیوم در افق آپاتیتی افزایش نسبی نشان می دهد ولی به نظر نمی رسد بین این عنصر و آپاتیت رابطه مستقیمی وجود داشته باشد. مقادیر تیتانیوم. وانادیوم، کبالت و نیکل در این نمونه ها با مقدار ماکنتیت آنها نسبت مستقیم دارد. نیوبیوم بیشتر در "سنگهای سبز" متمرکز شده است. این عنصر همچنین در شبکه شکستگیها و مناطق خرد شده (Breccialed /one) افزایش غیر عادی نشان می دهد.
نمودار شماره 5 تا حدود زیادی گویای رابطه مستقیم عناصر نادر خاکی با آپاتیت در نمونه های مختلف سنگهای کانسار می باشد. این نمودار بر اساس نتایج مندرج در جدول شماره 8 و میزان p2o5 نمونه ها رسم شده است.
جدول شماره 9 فراوانی خاکهای نادر را در سنگهای مختلف نشان می دهد.
فراوانی خاکهای نادر در سنگهای مختلف (P.P.M)
Nd
Ce
La
Y
نوع سنگ
17
31
16
23
پوسته زمین
9/9
3/10
33
32
بازالت
(اقیانوسی)
40
59
32
3/27
بازالت
(قاره ای)
46
100
50
42
گرانیت
جدول شماره 9- اقتباس از ای. بالاشوف، 1976
همانطور که از مقایسه اعداد این جدول با نمونه های معرف سنگهای ریولیتی، دیابازی و حتی دولومیتی محدوده کانسار بر می آید، میزان خاکهای نادر در این سنگها نیز کم و بیش با افزایش غیر عادی همراه است.
با توجه به ارزش فراوان خاکهای نادر در بازار جهانی بلحاظ موارد مصرف گسترده صنعتی آنها، امکان استحصال این عناصر و احتمالاً عناصر کمیاب دیگری از قبیل اورانیوم بصورت محصول جنبی (By Producl) در مطالعات کانه آرائی در نظر گرفته شده است.
گزارش بازدید از معدن و کارخانه
جهت شناسایی ابتدایی و جمع آوری اطلاعات اولیه کتابخانه ای 2 مرحله بازدید از محل معدن و کارخانه فرآوری صورت گرفت. در طی انجام دو مرحله بازدید اهداف ذیل حاصل شدند:
1- مطالعه و بررسی گزارش های اکتشافی معدنی که در اختیار این مهندسین مشاور قرار گرفته است.
2- نمونه برداری اولیه از کارخانه فسفات اسفوردی.
3- نمونه برداری مقدماتی از کانسار برای شناسایی اولیه منطقه.
بر اساس مطالعات انجام شده تا کنون مشخص شد که بررسی پتانسیل معدن استوردی از لحاظ عناصر نادر خاکی و مطالعات فرآوری آن نیاز به بررسی های دقیق تر دارد. برای رسیدن به این مهم نیاز تهیه و تدوین شرح خدماتی مبتنی بر فعالیتهای اکتشافی و فرآوری برای عناصر نادر خاکی می باشد که در ادامه به این مورد پرداخته می شود.
نمونه برداری اولیه از کارخانه
با توجه به عدم فعالیت کارخانه فرآوری در حین عملیات نمونه برداری از کارخانه از نمونه برداری کارخانه از خوراک ورودی، کنسانتره و باطله کارخانه انجام شد. نمونه برداری انجام شده تنها به منظور بررسی درصد عناصر نادر خاکی در بخش های ورودی و خروجی کارخانه انجام شده است.
الف) نمونه برداری از باطله ها
1) باطله آهن (کنسانتره آهن)
باطله های آهن (کنسانتره آهن) پس از یک مرحله جدایش بوسیله مغناطیس شدت بالا و پائین و سپس فلوتاسیون معکوس حاصل می شود. این محصول که در حال حاضر در کارخانه تولید نمی شود در بخش غربی کارخانه دپو شده است. از لحاظ دانه بندی، دانه بندی این مواد زیر 75 میکرون و تقریباً هموژن می باشند. مقدار عیار آهن تقریباً بین 58-50 درصد و متوسط عیار P2O5 حدود 2% می باشد. با توجه به تعدد دپوهای آهن تعداد نمونه حدود kg5 از دپوهای مختلف تهیه شد.
2) باطله فسفات
در نوع باطله در کارخانه معدن فسفات اسفوردی موجود می باشد. نوع اول باطله های حاصل شده از مرحله رافرو فرجه های جمع آوری شده از مدار کارخانه می باشد. نرمه ها به طور کلی از سیلکون های قبل از مرحله فلوتاسیون حاصل می شوند. نوع دوم باطله ها، باطله هایی می باشند که نتیجه فعالیتهای قدیمی کارخانه فرآوری می باشند. دپوهای هر دو باطله از نظر دانه بندی تقریباً هموژن می باشند و از نظر ابعاد دانه بندی زیر m75 می باشند. در مجموع حدود kg15 نمونه از دو نوع باطله جمع آوری شد.
ب) نمونه برداری از کنسانتره ها
3 نوع کنسانتره از کارخانه فرآوری فسفات تهیه می شود این کنسانتره ها عبارتند از:
1- کنسانتره عیار بالا- %38-36
2- کنسانتره عیار متوسط %37-35 (آهن بالا)
3- کنسانتره عیار پائین % 35-33
کنسانتره های فوق در محلهای متفاوت دپو شده اند. در حین عمل نمونه برداری از دپو ما سعی شد که نمونه ها در فواصل مشخص از پائین به بالای دپو جمع آوری شود. در مجموع حدود kg10 نمونه از کل دپوها تهیه شد. و نمونه های هر کدام از کنسانتره ها به طور ؟؟؟ آزمایشگاه فرستاده شد.
ج) نمونه برداری از خوراک ورودی کارخانه
محصولات مرحله سنگ شکنی که شامل سنگ شکست فکی و مخروطی می شوند ابعاد حداکثر mm22 دارند. این محصولات پیش از ورود به مرحله آسیا در یک استاک پایل (Stak pile) پیش از آسیا انبار می شوند. در ضمن از کار افتادن فیلتر هوای سنگ شکن مقدار بسیار زیادی نرمه در خوراک ورودی کارخانه وجود داشت لذا در عین عمل نمونه برداری سعی شد نرمه های ورودی لحاظ گردد. از آنجایی که دپوهای خوراک بسیار حجیم بودند و به علت عدم دسترسی به عمق دپوها لذا نمونه ها از اطراف دپوهای مختلف تهیه گردید. وزن مجموع نمونه های جمع آوری شده حدود kg15 می باشد.
ج) برداشت نمونه از معدن
همانطور که بخش زمین شناسی مطرح شد. افق های کانی زایی فسفات در معدن به 5 دسته تقسیم می شوند. این افق 5 عبارتند از :
1) افق آهنی
2) افق آپاتیتی
3) افق سنگهای سبز
4) دایکهای آپاتیتی
5) افق زدنهای آغشته مانند ریولیتها، زونهای برشی و دایکهای دیابازی
پیش از شرح نمونه های گرفته شده از معدن لازم به ذکر است که نمونه های گرفته شده از معدن بعنوان نمونه های معرف معدن نمی باشند و نمونه های برداشت شده از منطقه تنها جهت مطالعات اولیه و شناسایی منطقه صورت گرفته است.
1) افق آهنی:
نمونه های افق آهنی از پله های استخراجی معدن تهیه شد. از آنجا که افق آهنی به دو زیر مجموعه
الف) افق آهنی همراه با رگه های آپاتیت
ب) افق آهنی همراه با بلورهای آپاتیت
تقسیم می شود لذا نمونه های جمع آوری شده از پله های استخراجی از دور افق فوق به طول مجزا تهیه شد. نمونه ها به فواصل ثابت از پله های استخراجی تهیه شدند.
2) افق سنگهای سبز:
افق سنگهای سبز بعنون حجیم ترین افق و در عین حال کم عیارترین افق حاوی فسفات می باشد. جهت انجام مطالعات ابتدایی و شناسایی اولیه این افق دو نمونه هر کدام به وزن حدود kg5 از افق تهیه شد.
3) دایکهای آپاتیتی:
در منطقه معدن فسفات، تعدادی دایکهای آپاتیتی پخش می باشند که از یکی از دایکهای موجود در منطقه نمونه تهیه شد. این نمونه برداری با هدف تعیین و بررسی مقدماتی نحوه توزیع عناصر نادر در وایکها تهیه شده است.
مرحله دوم بازدید از معدن و کارخانه
مرحله دوم بازدید از معدن و کارخانه فسفات استوردی با هدف مطالعه و تکمیل گزارش ها و اطلاعات به طور خاص بر روی عناصر نادر خاکی صورت گرفته است. با توجه به اینکه در حین تدوین این گزارش مدارک و گزارش های مرحله دوم بازدید در اختیار این مهندسین مشاور قرار نگرفته است لذا، این گزارش فاقد اطلاعات مرحله دوم بازدید می باشد.
شرح معدن فسفات اسفوردی
مجتمع فسفات اسفوردی در 35 کیلومتری شمال شرق شهرستان بافق واقع شده است. توده معدنی شامل کانسار آهن و فسفات است که منشا آذرین داشته و میزان ذخیره براورد شده حدوداً 17 میلیون تن با عیار متوسط 9/13 درصد P2O5 می باشد. آنالیز شیمیایی نمونه های آپاتیت و کانسار اسفوردی نیز حاکی از وجود 1/2 درصد از اکسیدهای عناصر خاکی است.
معدن اسفوردی برای اولین بار در سال 1345 شناسایی شد و عملیات پی جویی و اکتشاف و آزمایشهای کانه آرایی در طی سالهای 1361 تا 1371 انجام شد و در سال 1372 به بعد مطالعات فنی و اقتصادی و طراحی معدن انجام گرفت. مطالعات کانه آرایی تا مرحله پایلوت توسط شرکت زالس گیتر آلمان و بعد از آن تا مرحله نصب و راه اندازی کارخانه توسط شرتک دنور انگلستان صورت گرفته است. قرارداد مهندسی، طراحی و احداث کارخانه در سال 1369 با شرکت انگلیسی دنور منعقد گردید و عملیات اجرایی طرح از سال 1373 شروع شد تا در سال 1378 به مرحله راه اندازی رسید.
کارخانه فسفات اسفوردی با مساحت 8 هکتار به صورت 3 شیفت کاری 8 ساعته در روز می باشد که تعداد روز کاری در سال 300 روز می باشد.
خوراک این کارخانه سالانه حدود 360 هزار تن سنگ معدن می باشد که چگالی ظاهری آن kg/m33500 و رطوبت آن 3% می باشد. در ضمن عناصر مزاحم F و Cl می باشد که Cl عنصر مزاحم اصلی آن با عیار 15/0% می باشد.
بازیابی این کارخانه 70% می باشد که دو محصول کنسانتره تولید می کند. یکی محصول کنسانتره فسفات به میزان سالانه 103 هزار تن با عیار 39% P2O5 و 9% رطوبت و دیگری کنسانتره اکسید آهن به میزان 130 هزار تن با عیار 64% آهن می باشد. مواد معدنی پس از استخراج از معدن روباز به کارخانه تغلیظ حمل می شوند. ابعاد اولیه خوراک حداکثر mm600 است و توسط یک فیدر به سنگ شکن اولیه می ریزند.
ظرفیت این فیدر 100 تن در ساعت می باشد که به صورت 3 شیفت 8 ساعته کار می کند مدل آن SVEDALA SBED52350-1995 می باشد و ابعاد چشمه گریزلی سیلوی قبل از فیدر cm60*cm60 می باشد.
سنگ شکن اولیه یک سنگ شکن فکی می باشد که در دو شیفت 8 ساعته کار می کند و ظرفیت آن 100 تن در ساعت می باشد. دانه بندی محصول mm 175D80< می باشد.
سنگ شکن ثانویه یک سنگ شکن مخروطی می باشد که در دو شیفت 8 ساعته کار می کند ظرفیت آن 90-80 تن در ساعت است. دانه بندی محصول آن mm50 d80< می باشد و با یک سرند دو طبقه در یک مسیر بسته کار می کند.
ظرفیت این سرند 328 تن در ساعت می باشد. ابعاد چشمه طبقه فوقانی سرند mm44 و ابعاد چشمه طبقه تحتانی سرند mm22 می باشد.
محصول نهایی این مرحله با ابعاد ریزتر از 22 میلیمتر وارد انبار سنگ شکسته می شود. سنگ های خرد شده از این انبار توسط نوار نقاله بار به آسیای اولیه که آسیای میله ای است حمل می شود.
آسیا از نوع SALA می باشد و در سه شیفت کاری 8 ساعته کار می کند.
ظرفیت آن 5/57 تن در ساعت می باشد. درصد جامد آن 60% می باشد دانه بندی محصول آن mm6/0 d80< می باشد.
محصول آسیای میله ای وارد سیکلونی می شودک ه با یک آسیای گلوله ای در مسیر بسته قرار دارد. این سیکلون قبل از آسیای گلوله ای قرار دارد و سر ریز آن برای نرمه گیری به یک سیکلون خوشه ای می رود. ته ریز سیکلون خوشه ای که خوراک قسمت فلوتاسیون آپاتیت است ابعاد ماکزیممی در حد 75 میکرون دارد.
ته ریز هیدرو سیکلون اول جهت انجام فردایش بیشتر به خوراک آسیای گلوله ای وارد می شوند. مواد پس از طی کردن مرحله فردایش و طبقه بندی ابعادی وارد کاندیشنرهایی می شود تا با مواد شیمیایی لازمه ترکیب شوند و پس از آماده سازی مواد که به صورت پالپ در آمده اند وارد مرحله فلوتاسیون و شستشوی آپاتیت می شوند.
خط فسفات شامل مخازن مواد افزودنی، مخازن آماده سازی و سلولهای فلوتاسیون را فر و کلینر است. یک سری رافر و دو سری سلول کلینر وجود دارد.
آسیای گلوله ای از شرکت SALA می باشد و در سه شیفت 8 ساعته کار می کند ظرفیت آن 46 تن در ساعت است و درصد جامد آن 60% می باشد. دانه بندی محصول آن mm1/0 d80< است تانک های آماده ساز فلوتاسیون آپاتیت از شرکت SALA می باشد و در سه شیفت 8 ساعته کار می کند ظرفیت آن 3/53 تن در ساعت است و درصد جامد آن 30% می باشد حجم تانک آماده ساز اول m3 5/17 و حجم تانک آماده ساز دوم m312 است.
سلولهای فلوتاسیون رافر آپاتیت از شرکت SALA می باشد و سه شیفت 8 ساعته کار می کنند و زمان ماند در آنها 5 دقیقه می باشد.
سلولهای کلینر آپاتیت از شرکت SALA می باشند و در سه شیفت 8 ساعته کار می کنند. زمان ماند در آنها 5 دقیقه می باشد و درصد جامد ورودی آن 15% است.
کنسانتره آپاتیت حاصله دارای حداکثر عیار 39% P2O5 است که جهت آبگیری به تیکنرها و ازته ریز تیکنر به درام فیلتر منتقل شده و آبگیری نهایی انجام می شود.
باطله فلوتاسیون فسفات در این کارخانه جهت استحصال اکسید آهن آن وارد یک خط پروسس دیگر می شود. این خط که خط آهن نام دارد شامل جدا کننده های مغناطیسی شدت کم و زیاد است و کنسانتره حاصله از این فرآیند شامل عیار 64% اکسید آهن است که جهت آبگیری از تیکنر و فیلتر درام می گذرند. باطله این قسمت باطله نهایی کارخانه است که پس از تیکنر وارد فیلتر پرس شده و به صورت کیک خشک به سمت دامپ باطله حمل می شود.
فیلترهای کنسانتره آپاتیت از شرکت SALA می باشد و در سه شیفت 8 ساعته کار می کند ظرفیت ورودی آن 4/16 تن در ساعت می باشد و درصد جامد ورودی آن 68% است مساحت فیلتراسیون m315 است و بعد از فیلتراسیون درصد رطوبت کیک فیلتر به 9% می رسد.
باطله کلیه واحد توسط یک واحد کنترل مرکزی SCADA کنترل و اداره می شود.
1-2- عناصر نادر خاکی (REE)1 یا لانتانیدها
گروه لانتانید در بر گیرنده 14 عنصر با اعداد اتمی 58 (سریم) تا 71 (لوتسیوم) می باشد که در ردیف ششم جدول تناوبی عناصر قرار دارند.
عنصر لانتانیم (La) با عدد اتمی (57) به دلیل تشابه خواصی که با 14 عنصر فوق دارد، جزء این عناصر بحساب آمده، کل مجموعه را به نام لانتانیدها می شناسند.
همچنین دو عنصر اسکاندیم (Sc) با عدد اتمی 21 و ایتریوم (Y) با عدد اتمی 39 که معمولاً در همراهی با لانتانیم در کانیهای مربوط می آیند بعنوان لانتانیدها در نظر گرفته می شوند.
اولین کشف عناصر لانتانیدی، عنصر ایتریوم در سال 1794 بوده است. اگرچه کشف تمام عناصر لانتانیدی در قرن بیستم تکمیل شده است، بدست آوردن ترکیبات و فلزات خالص این عناصر از سال 1950 به بعد و آن هم با بکارگیری متدهای جدید و موثر جداسازی امکانپذیر بوده است.
تکنولوژی انرژی اتمی باعث ابداع روشهای جدیدی برای جدا کردن ایزوتوپهای مواد شده و در نهایت متدهای جدیدی را برای کنترل خلوص عناصر نادر خاکی، توسعه داده است که از آن جمله می توان به آنالیزهای رادیواکتیویته اشاره نمود.
مطالعات علمی بر روی این عناصر و همچنین حوزه های صنعتی کاربردهای این عناصر در جهان، سال به سال در حال افزایش است.
با وجود پراکندگی و فراوانی نسبتاً زیاد این عناصر در پوسته زمین، یکی از علل اصلی تولید و کاربرد کمتر آنها، به مشکلات فرآوری و خالص سازی یان عناصر مربوط می شود.

2-1- کاربرد فلزات عناصر نادر خاکی
لانتانیدها بصورت فلزات، آلیاژها و ترکیبات شیمیایی در شاخه های مختلف تکنولوژی استفاده می شوند. متالورژی آهنی و غیرآهنی، انرژی اتمی، لیزر، تولید شیشه و سرامیک، صنایع شیمیایی، داروسازی و کشاورزی از مهمترین مواد مصرف آنهاست. البته آنها هنوز پتانسیل کاربردهای دیگری را هم دارند.
2-1-1- متالورژی
لانتانیدها کاربرد فراوانی بعنوان افزودنی در تولید فولاد، آهن خام و آلیاژهای فلزی غیر آهنی یافته اند. آنها عمدتاً بصورت فرو سریم یا mischmetall 2 بکار می روند. البته اکسیدهای لانتانیدی نیز بعنوان افزودنی بکار می روند.
افزودن لانتانیدها باعث بهبود کیفیت فولادهای ضد زنگ می شود. فولادهای سیلیکون بالا در تکنولوژی الکتریکی و فولادهای نسوز بکار می روند.
لانتانیدها قدرت مکانیکی (ضربه ای) در فولادها را افزایش می دهند، در مقابل خوردگی مقاوم هستند، نسوزند و باعث بهبود کارکرد فولادها، سطوح ریخته گی و افزایش درجه کریستالیزاسیون فولادها می شوند. میزان افزودن فرو سریم به فولاد از 9/0 تا 25/2 می باشد.
افزودن سریم باعث ضد اکسید شدن، ضد سولفیدی شدن و احتمالاً ضد نیتریدی شدن فولاد می شود. همچنین افزودن 35/0 تا 05/0 درصد سریم به آلیاژهای Al-Mg یا Si-Cu-Al، مقاومت حرارتی آنها را افزایش می دهد (5).
2-1-2- تولید شیشه و سرامیک
صنعت شیشه یکی از مصارف عمده لانتانیدها است.
افزودن عناصر نادر خاکی در ترکیب شیشه، شیشه هایی تولید می کند که نور مادون قرمز و ماورای بنفش راع جذب می کند.
افزودن 4-2 درصد Ce2O3 به شیشه، امکان تولید عینکهای محافظ برای کارهای ذوب و جوش کاری را می دهد که Pr و Ne در این زمین اثر مشابهی دارند.
شیشه شامل سریم بدون اینکه تیره رنگ شود در مقابل تشعشعات رادیواکتیو مقاوم است، که در صنعت هسته ای از آن استفاده می شود.
بعضی از اکسیدهای لانتانیدها در تولید شیشه اپتیکی بکار می روند، مانند La2O3، Nd2O3 و V2O2. همچنین لانتانیدها و اکیدهایشان برای بی رنگ کردن و رنگی کردن شیشه ها به کار می روند. مثلاً افزودن کمی CeO2 شیشه را بی رنگ می کند در حالی که افزودن بیش از 1 درصد اکسید سریم، شیشه را آبی و افزودن مقدار بیشتر آنرا قهوه ای می کند.
اکسیدهای لانتانیدها به صورت گسترده ای در صنعت اپتیکال، به عنوان ساینده در پولیش دادن شیشه به کار می روند.
در صنعت سرامیک نیز لانتانیدها به عنوان عوامل رنگزا به کار می روند. همچنین سولفیدها و اکسی سولفیدهای آنها بعنوان نسوز و مواد بی اثر در ساخت بوته های ذوب فلز بکار می روند.
2-1-3- در صنعت هسته ای
لانتانیدها با داشتن خاصیت بالای گسیختگی نوترونی حرارتی، از اهمیت ویژه ای در تکنولوژی هسته ای برخوردار هستند (مثل Gd، Sm و Eu). اکسیدهای این عناصر ترکیبات محافظ های سرامیکی به کار رفته در راکتورها و موتورهای هسته ای هستند.
نمکهای لانتانیدها بعنوان حاملهایی برای ترسیب و جدا کردن عناصر حاوی اورانیوم تشکیل شده در راکتورهای اتمی به کار می روند که مثال آن جدا کردن پلوتونیوم از اورانیوم و ایزوله کردن نپتونیوم می باشد.
2-1-4- الکترونیک، تکنولوژی رادیویی و لیزر
لانتانیدها در صنعت الکترونیک بعنوان جاذب گازهای غیر فرار (nonsputering) بکار می روند. یکی از این جاذبها که به طور گسترده ای به کار می رود TSETO نام دارد که شامل 80 درصد توریوم، 5/14 درصد فرو سریم و 5/5 درصد آلومینیوم می باشد.
اکسید نئودیمیوم در ابزار الکترونیکی بعنوان دی الکتریک با ضریب استنباط طولی کم به کار می رود. تولیوم کاربرد خیلی مهمی در این صنایع پیدا کرده است و همچنین در پرتوافکنی با نوترونهای راکتور، بعنوان یک منبع پرتو عمل می کند.
2-1-5- تکنولوژی روشنایی الکتریکی
در این صنعت، مدت زمان زیادی است که از فلوئوریدهای لانتانید در تولید الکترودهای کربنی برای پروژکتورهای متحرک و نورافکن استفاده می شود.
فلوئوریدها که عمدتاً Cef3 می باشند بعنوان ترکیبات قسمت مرکزی الکترود به کار می روند و وظیفه آنها افزایش شدت روشنایی می باشد.

2-1-6- صنایع شیمیایی
ترکیبات لانتانید در تولید لاکها، رنگها و ترکیبات فسفر سنت، بعنوان کاتالیست در ساخت آمونیا، فرآیندهای اکسیداسیون در شیمی آلی و بعنوان داروهای شیمیایی در شیمی آنالیز و فوتوشیمی به کار می روند.
ترکیبات مختلف لانتانید برای رنگ آمیزی و دباغی چرم و در صنعت منسوجات بعنوان ماده ثابت کننده و عامل پروف آب به کار می روند.
2-1-7- کشاورزی
اخیراً در صنعت کشاورزی بعنوان عامل کنترل آفت و بعنوان میکروکود برای شتاب دادن به رشد گیاهان از لانتانیدها استفاده می کنند. همچنین این عناصر بدلیل تحمل حرارت بالا و خواص مغناطیسی زیاد در ساخت مغناطیسهای دائم کاربرد بسیار زیادی یافته اند. همچنین در صنعت کمک ذوب از سریم و ایتریوم استفاده می شود (12).
توزیع مصرف جهانی
2-2- وضعیت جهانی عناصر نادر خاکی
عمده ترین تولید کننده های جهانی عناصر نادر خاکی چین و آمریکا با 90 درصد تولید جهانی هستند که چین به تنهایی 75 درصد تولید جهانی را طی سالهای اخیر، به خود اختصاص داده است.
بزرگترین ذخیره باستناسیت جهان در بایان اوبو3 چین و با عیار 6 درصد اکسید عناصر نادر (REO)4 که REO به عنوان یک محصول فرعی از استحصال آهن این معدن می باشد و پر عیارترین ذخیره اقتصادی باستناسیت در مونتین5 کالیفرنیا در آمریکا می باشد.
استرالیا، بزرگترین استخراج کننده مونازیت از ماسه های ساحلی و اتحاد جماهیر شوروی سابق بزرگترین تولید کننده لانتانیدها از منابع آپاتیتی جهان می باشد.
طبق آمار موجود، تقاضا برای لانتانیدها در سال 2000 بیش از سال 1999 بوده است. از بین کشورهای جهان، آمریکا بزرگترین مصرف کننده لانتانیدها می باشد.
2-3- قیمت و بازار جهانی عناصر نادر خاکی
بر اساس آمار منتشره از سازمان زمین شناسی آمریکا6، قیمتهای اکسید عناصر نادر خاکی در سال 2000 برای دو کنسانتره اصلی باستناسیت و مونازیت بترتیب 87/2 و 72/0 دلار بر کیلوگرم می باشد.
جدول 2-1: تولید و ذخایر جهانی عناصر نادر خاکی (تن)
کشورها
تولید معادن (تن)
ذخایر جهانی
(تن)
ذخایر پایه
(تن)

سال 1999
سال 2000

آمریکا
5000
5000
000/000/13
000/000/14
استرالیا
–
–
000/200/5
000/800/5
برزیل
400/1
400/1
000/280
000/310
کانادا
–
–
000/940
000/000/1
چین
000/70
000/70
000/000/43
000/000/48
هند
700/2
700/2
000/100/1
000/300/1
مالزی
350
250
000/30
000/35
آفریقای جنوبی
–
–
000/390
000/400
سریلانکا
120
120
000/12
000/13
شوروی سابق
2000
2000
000/000/19
000/000/21
دیگر کشورها
–
–
000/000/21
000/000/21
جمع
000/82
000/81
000/000/100
000/000/110
روند قیمتها در طی سالهای 1995 تا 1999 برای ترکیبات مختلف عناصر نادر خاکی در جدول 2-2 داده شده است (12).
جدول 2-2: روند قیمت بعضی از محصولات کانیهای عناصر نادر
قیمت در سال ($/Kg) نام محصول
1995
1996
1997
1998
1999
کنسانتره باستناسیت
Reo
87/2
87/2
87/2
87/2
59/3
کنسانتره مونازیت
44/0
048/0
73/0
73/0
73/0
اکسید ایتریوم 99/99
درصد (Y2O3)
3/25
3/28
2/25
2/13
2/13
فروسریم
5/9
7/8
4/8
7
7
اکسید نئودیمیم Nd2O3
–
–
–
–
2/27
فلز Nd
–
–
–
–
4/57
همانطور که از جدول 2-2 پیداست، قیمت در سال 1998 نسبت به 1997 کاهش یافته است که این مساله را می توان به افزایش ظرفیت کارخانه تولید اکسید عناصر نادر در چین در سال 1998 مربوط دانست.
همچنین قیمت اکسید خالص لانتانیدها بمراتب بالاتر است و علت آن، مشکلات تغلیظ، جداسازی و خالص سازی و نیز کمیاب تر بودن بعضی از آنهاست. جدول 2-3، قیمت عناصر خالص نادر خاکی را طی سالهای 1984 تا 1986 بر حسب دلار بر کیلوگرم نشان می دهد.
جدول 2-3: قیمت هر کیلو عناصر خالص نادر خاکی به دلار آمریکا
نام فلز
علامت اختصاری
قیمت در سال
1984
($/Kg)
قیمت در سال
1985
($/Kg)
قیمت در سال 1986
($/Kg)
سریم
Cr
20
20
40
لانتانیم
La
19
19
20
پراستئودمیم
Pr
130
130
130
نئودیمیم
Nd
80
80
70
ساماریم
Sm
130
130
200
یورپیم
Eu
1900
1900
1900
گادولینیم
Gd
140
140
140
تربیم
Tb
1200
1200
1200
دیسپروزیم
Dy
110
110
200
هولمیم
Ho
650
650
600
اربیم
Er
200
200
250
توریم
Th
3400
3400
3400
یتربیم
Yb
225
225
225
لوتسیم
Lu
5200
5200
4900
ایتریوم
Y
98
118
118
1- بازبینی لاگ مغزه ها حفاری به منظور رده بندی آنها در یکی از گروه های ؟؟ قبلاً معرفی شده بعلاوه باطله (در مجموع حدود تا هشت تیپ). ؟؟ بر اساس دیگر خواص از جمله عیار REE و هشت تیب بر اساس خطر ؟؟ EE
2- نمونه برداری از مغزه ها حفاری در فواصلی که باید از پایانی کاسنگ های مختلف محاسبه شود. در این مورد ضخامت باطله نیز موثر است.
3- آماده سازی نمونه های برداشت شود از مغزه ها و ؟؟ تا 200- ش
4- تحلیل (رگرسیون چند متغیره) عناصر نادر La، Ce، Nd، Y، Gd با CaO، P2OS، Fe2O3، Na3O در کلیه داده های قبلی موجود به منظور شناخت ارتباط آنها در جهت کاهش تعدادی نمونه ها و آنالیز شیمیایی آنها و در نتیجه هزینه های پروژه
5- ارزیابی نقش باطله معدن در ذخیره REE از آنجا که باطله کارخانه شواهد دال بر مفید بودن را نشان می دهد لازم است این ارزیابی صورت گیرد.
6- ارسال نمونه ها به آزمایشگاه جهت اندازه گیری عناصر REE لازم لزوم آنالیز این عناصر تابع قدرت رگرسیونهای بدست آمده از بند 4 می باشد که ممکن است بینی 20% نمونه (برداشت شده تا 100% آنها تغییر کند. این امر بستگی به نتایج حاصل از بند پنجم نیز دارد. رگرسیونهای حاصل ممکن است برای کل کانسار معنی دار باشد ولی برای تیپ ها مختلف داد. کافی در دسترس نباشد که در این صورت می توان ابتدا 20% ؟؟ انجام رگرسیون هر تیپ مورد آزمایش قرار داد و چنانچه رگرسیون هر تیپ معنی دار در آخر از نمونه بیشتر جلوگیری کرد در غیر این صورت باید نمونه بیشتر برداشت گردد.
7- از آنجا که در تشخیص ناهمگنی های REE در کاسنگ دانه بندی ذرات آن نقش اساسی دارد لذا توجه به هشت تیپ دانه بندی REE در نمونه برداری از آن می تواند موثر باشد. ممکن است این هشت تیپ را به سه تیپ کاهش داد.
8- از دیگر عوامل کنترل کننده ناهمگن توزیعی REE عیار آن است. و تا آنجا که به این متغییر مربوط می شود می توان باطله تیپ کم عیار و تیپ های پر عیار را در نظر گرفت. توجه به هر یک می تواند در برداشت نمونه معرف موثر باشد.
9- عامل آخر در ایجاد ناهمگن REE ممکن است فاز پیرایش آن باشد که تا کنون دو فاز اصلی گزارش شود. تغییر نسبت این فاز و اثر آن در فرآوری باید در برداشت نمونه معرف مورد مطالعه قرار گیرد.
10- تحلیل آماری نتایج آزمایشگاهی (داده های خام) شامل
10-1- جانشینی مقادیر سنسور
10-2- آماری و تعیین به مقدار جوامع هر یک از متغییرها
10-3- انجام رگرسیونهای نهایی برای تخمین مقادیر در مغزه ها
11- تخمین ذخیره REE
11-1- تحلیل های ساختاری و واریوگرافی متغییرهای مختلف
11-2- کریجینگ متغییرهای مختلف موثر و رسم نقشه توزیع عیار آنها
11-3- رسم نقشه خطای کریجینگ و تحلیل آن
11-4- تخمین ذخیره REE و کلاسه بندی ذخیره
12- شناخت ناهمگن های توزیع REE و نمونه برداری
12-1- پهنه بندی کانسار بر اساس ناهمگن های موثر در نمونه برداری
12-2- ارائه دستورالعمل برداشت نمونه های معرف از تیپ های مختلف احتمالی در کانسار
12-3- برداشت نمونه ها از کانسار و اختلاط در جهت تهیه یک نمونه معرف کلی
12-4- ارائه دستورالعمل برداشت نمونه های معرف از کارخانه شامل کانه و باطله
12-5- برداشت نمونه از مواد کارخانه
4-2-5- فرآوری آپاتیت
از آپاتیت در کشورهایی مانند روسیه، فنلاند و آفریقای جنوبی، عناصر نادر خاکی استحصال می شود. REO بدست آمده از آپاتیت بصورت یک محصول فرعی در طی تولید اسید فسفریک و کودهای شیمیایی تولید می شود.
فرآیند به طور کلی شامل انحلال در اسید نیتریک و فیلتراسیون و رسوب فسفاتهای عناصر نادر از محلول عبور از فیلتر به وسیله خنثی سازی جزئی با آمونیا و سپس انحلال کنسانتره نادر خاکی در اسید نیتریک و خالص سازی نهایی بوسیله ترسیب اگزالات می باشد.
در این مورد با توجه با اینکه منابع اکتشاف شده لانتانیدی در کشور ما، به صورت کانسارهای آپاتیتی می باشد، شرح کاملی از فرآیند استحصال این عناصر به صورت محصول فرعی از یکی از معادن کشور آفریقای جنوبی تشریح می گردد.
4-3- فرآوری عناصر نادر خاکی از کانسنگ آپاتیت فالابوروا7
بخوبی مشخص شده که ذخایر بخصوصی از کانی آپاتیت، بالاخص فلوئور آپاتیت شامل مقادیر قابل ملاحظه ای فلزات عناصر نادر خاکی می باشد (1-5/0 درصد Ln2O3).
بیش از 5 درصد عناصر نادر خاکی جهان از کنسانتره های آپاتیت تولید می شود و یکی از ذخایر مهم آن در آپاتیت شبه جزیره کولا در شوروی سابق و نیز یک مورد در فالابوروا در آفریقای جنوبی است که تامین کننده خوراک کارخانه تولدی اسید فسفریک به روش تر، در همان محل می باشد و در اینجا روش فرآوری عناصر REE به عنوان محصول فرعی با ارزش این کارخانه تشریح خواهد شد (7).
لازم به تذکر است که استحصال REE از کانی آپاتیت دارای مزایایی نسبت به دیگر منابع تامین کننده این عناصر از جمله مونازیت و باستنازیت می باشد که از آنجمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
1- توزیع مطلوب تر عناصر مستقل عناصر نادر خاکی در مقایسه با دیگر منابع
2- مزیت دیگر آپاتیت بعنوان منبع عناصر نادر، فقان توریوم رادیواکتیور در این کانی می باشد که از دیدگاه ایمنی در فرآیندهای فرآوری و غیره، یک امتیاز نسبت به کانیهای مونازیت می باشد.
از سه طریق کلی می توان اکسید عناصر نادر خاکی (REO) را از کانسنگ آپاتیت استحصال نمود (6):
1- انحلال مستقیم کانسنگ در اسید نیتریک و فرآوری محلول آن جهت دستیابی به REO
2- فرآوری انتخابی محصول فرعی گچ فسفری8 از مسیر اسید سولفوریک سنتی
3- بازیابی REO بعنوان محصول فرعی از لجن نهایی تولید اسید فسفریک
جدول 4-4، مقایسه توزیع سه عنصر نادر خاکی پر مصرف در صنایع مغناطیسی و الکترونیک در کانیهای مختلف را نشان می دهد.
در شکل 4-7، فلوشیت تولید اسید فسفریک به روش تر که تامین کننده 95 درصد اسید فسفریک کلی از کانی آپاتیت می باشد به نمایش در آمده است. در مرحله اول فرآیند تولید اسید فسفریک به روش تر، کنسانتره آپاتیت در مخلوط اسید سولفوریک و اسید فسفریک رقیق بازگشتی از مسیر، حل می شود و قسمت عمده عناصر نادر خاکی که در خوراک موجود می باشد (85-70 درصد) به بخش
جدول 4-4: مقایسه توزیع سه عنصر نادر خاکی پر مصرف در صنایع مغناطیسی و الکترونیک در کانی های مختلف (درصد)
شاخص باستنازیت
شاخص مونازیت
آپاتیت اسفوردی
آپاتیت
فالابوروا
عناصر مهم
RE
13
19
41
26
Nd
5/0
3
3/0
5
Sm
01/0
1/0
2/0
1/1
Eu
تولید مقادیر زیاد گچ فسفری در فرآیند، فرستاده می شود.
باقیمانده مقادیر REE در اسید فسفریک رقیق خام (حدود 30 درصد P2O5) حل می شود، اما نهایتاً در لجنهای تولید شده در طی تغلیظ اسید فسفریک محصول (عیار 54 درصد P2O5)، را سبب می شود. این لجنها که معمولاً به مرحله اول فرستاده می شود، عمدتاً شامل همی هیدرات سولفات کلسیم (CaSO41/2H2O) بوده و شامل 8-2 درصد عناصر نادر خاکی است. از آنجا که مقادیر لجنهای تولید شده قابل توجه است، آنها می توانند منبع با ارزشی برای فلزات نادر خاکی باشند (6).
کار اصلی برای استحصال عناصر نادر خاکی، شامل لیچینگ لجن موجود توسط اسید نیتریک رقیق و بازیابی مخلوط REO توسط روش شستشوی حلال می باشد.
شرح بازیابی REE از لجن اسید فسفریک تولیدی کارخانه فالابوروا (آفریقای جنوبی)
در این قسمت شرح فرآیند بازیابی یک مخلوط اکسید عناصر نادر از لجنهای سولفات کلسیم به دست آمده در کارخانه تولید اسید فسفریک از ذخیره آپاتیت آفریقای جنوبی تشریح شده است.
بازیابی لیچینگ مواد شامل REE از لجنها توسط اسید نیتریک، با افزودن نیترات کلسیم به حلال شستشو9، به طور قابل ملاحظه ای افزایش یافته به بیش از 85 درصد رسیده است. مواد شامل REE می تواند از محلول لیچ شامل اسید نیتریک 1 مولار و نیترات کلسیم 5/0 مولار بازیابی شود که این کار با افزودن نیترات آمونیوم 5/2 مولار و استخراج در دی بوتیل، بوتیل فسفات با 33 درصد حجمی صورت می گیرد. سپس فاز آلی با آب شسته می شود (ترجیحاً در دمای بیش از دمای محیط) که باعث بازیابی محلول نیتراتهای نادر خاکی می شود که می تواند با افزودن اسید اگزالیک و کلسیناسیون رسوب باقی مانده، بازیابی شود.
در فرآیند جریان متقابل پیوسته که در مقیاس آزمایشگاهی انجام گردیده. از کل 140 کیلوگرم لجن مورد عمل برای تولید 265 لیتر مایع لیچ، که در 5 مرحله استخراجی، فرآوری و 5 بار شستشو داده شد، مجموعاً 4 کیلوگرم اکسید عناصر نادر خاکی با خلوص 98 دردص بازیابی گردید.
در مقیاس نیمه صنعتی، فاز آلی به فسفات تری بوتیل با 40 درصد حجمی تغییر یافت و محلول لیچ به اسید نیتریک 1 مولار بعلاوه نیترات کلسیم 3 مولار تغییر یافت و در نهایت 3200 کیلوگرم اگزالاتهای لانتانید مخلوط آماده گردید و در کوره روتاری کلسینه شد تا اینکه 1600 کیلوگرم اکسید مخلوط با خلوص 94-89 درصد بدست بیاید. در عملیات نیمه صنعتی، محلول بی بار حاصل از فرآیند استخراج حلال، بازیافت و به مرحله لیچینگ ارسال شد، بدون اینکه هیچ تاثیر مضری روی بازیابی لیچینگ ظاهر شود.
4-3-1- روش آزمایشگاهی
در مطالعات آزمایشگاهی این کارخانه در ابتدا، مواد اولیه از لجن کارخانه اسید فسفریک معدن تهیه گردیده است و بعد این لجن با آب، سپس با متانول شسته شده و در هوای آزاد خشک گردیده و جهت انجام تست آزمایشگاهی نیمه صنعتی، محلول لیچ در 41 آزمایش غیر پیوسته با استفاده از قسمتهای 2 کیلوگرمی لجن خشک شده، با زمانهای 48 ساعته، مهیا شده است. لجن اسید فسفریک توسط فیلتر صفحه ای برای ته نشین شدن 54 درصد اسید P2O5 آماده شده و تستهای لیچینگ به نسبت جامد به مایع 2/1 به مت 6 ساعت در استوانه پاچوکا انجام شده است.
جدایش جامد و مایع توسط فیلتر نواری انجام شده و لجن لیچ شده توسط جریان متقابل با آب شسته شده و محلول عبوری فیلتر به مرحله استخراج با حلال پمپ گردیده است.
در بخش استخراج با حلال، ایزوترمهای استخراج و شستشو با تماس حجمهای مناسبی از فازهای آلی و آبی مشخص شدند. در آزمایشگاه توسط همزن مغناطیسی و در ظروف شیشه ای آزمایشها صورت گرفت و دمای بهینه روی تنظیم گردید. از آنالیزهای اسپکتروفوتومتریک عنصر نئودیمم (Nd) بعنوان وسیله ای ساده و سریع در ادامه فرآیند واکنشهای لیچینگ، جهت نمایش اجرای عملی کارخانه های استخراج با حلال استفاده گردید.
4-3-2- انتخاب حلال اسیدی
آزمایشهای اولیه نشان می دهد که واکنش لجن با اسید نیتریک خیلی موثرتر از اسید سولفوریک تحت شرایط یکسان می باشد. بنابراین لیچینگ لجن، شامل 8/2 درصد Ln2O3 برای 48 ساعت در دمای محیط و یک نسبت جامد به مایع واحد با اسید نیتریک 4 مولار، محلولی شامل gr/lit4/2 نئودیمیوم می دهد در حالیکه همین تست با اسید سولفوریک، 43/0 gr/lit نئودیمیوم با مصرف اسید سولفوریک 2 مولار می دهد.
بازیابی در تست اسید نیتریک 40 درصد و با اسید سولفوریک 7 درصد بوده است. تستهای بعدی با اسید نیتریک مشخص نمود که اگر زمانهای لیچینگ تا 24-48 ساعت طولانی شود، همزدن پالپ لازم نیست.
4-3-3- بررسی شرایط محیطی لیچینگ
4-3-3-1- تاثیر غلظت اسید و نسبت جامد به مایع
تاثیر فوق روی لیچینگ لجن با 8/6 درصد REO برای 48 ساعت در oc20 در جدول 4-5 نشان داده شده است (بر حسب درصد بازیابی نئودیمیوم در محلول لیچ).
همانطور که می بینیم بیشترین بازیابی در غلظت اسید 3 مولار است، اما در عمل بکارگیری اسید با غلظت بیشتر از 2 مولار بازیابی کمتری داده است.
همانطور که می بینیم طبق جدول 13 در ستون نسبت جامد به مایع، افزایش تدریجی سهم مایع

جدول 4-5: نتایج بازیابی لیچینگ لجن فسفاتی در شرایط مختلف
بازیابی Nd (درصد)
نسبت جامد به مایع
غلظت اسید (مولار)
25
1:1
1
32
1:1
2
36
1:1
3
33
1:1
5/4
33
1:2
1
47
1:2
2
41
1:3
1
57
1:3
2
برای غلظت 1 و 2 مولار، بازیابی را افزایش داده است. به هر حال طبق نتایج عملیات نیمه صنعتی، استفاده از مقادیر زیادتر حلال نامطلوب است و نتیجه مطلوبی در عمل نداده است. در کل، بهترین بازیابی
عملیاتی در غلظت 2 مولار اسید و نسبت جامد به مایع یک با بازیابی 80 درصد بدست آمده است.

4-3-3-2- تاثیر درجه حرارت
طبق نتایج جدول 4-6، افزایش درجه حرارت روی لیچینگ، اثر معکوس داشته است.
4-3-3-3- اثر افزودنیها به سیستم لیچینگ
افزودن نیترات کلسیم با غلظت 1-5/0 مولار طبق نمودار شکل 4-8 باعث افزایش بازیابی Nd می شود.
مزایای بازگرداندن محلول بی بار بخش استخراج با حلال، به قسمت لیچینگ از چهار جنبه حائز اهمیت است:
1- حداقل کردن مصرف مواد اولیه
2- حداقل کردن اتلاف اکسید عناصر نادر خاکی (REO)
جدول 4-6: اثر دما در لیچینگ لجن فسفاتی
بازیابی (gr/Lit) Nd
T(oC)
8/5
0
7/4
20
69/1
50
43/1
100

3- موازنه آب در سیستم
4- مسائل مربوط به دسترسی به جریان آب لازم برای سیستم
4-3-4- بخش استخراج با حلال
کاتیونهای فلزی (Ln3+)REE می توانند توسط محلولهای آلی ترکیبات ارگانوفسفری خنثی، بر طبق مکانیزم زیر از محیط نیتراتی استخراج شوند:
Ln3++3NO-3+3L-=ln(NO3)3L3
بر طبق رابطه فوق معلوم می شود که استخراج رابطه مستقیم با غلظت نیترات آبی دارد. دو نوع از بهترین استخراج کننده های موجود در بازار برای اینکار عبارتند از:
I- tri n butyl phosphate (TBP)
II- di n butyl n butyl phosphonate (DBBP)
یکی از مشخصه های خوب رفتار استخراجی حلالهای فوق نسبت به REE این است که اعضای میانی پر ارزش این عناصر (مخصوصاً Sm، Eu) به طور خیلی قوی توسط این حلالها استخراج می شوند و نسبت حجم حلال به کار رفته در این روش 33 درصد حجمی است.
بر طبق آزمایشهای انجام گرفته، حداکثر بازیابی کمی Nd در پنج مرحله شستشوی متقابل S-X و نسبت فاز آلی به آبی 7/6 اتفاق می افتد و حلال شستشو DBBP می باشد که با رعایت همین روش برای سایر عناصر هم بازیابی های مطلوبی بدست آمده است.
عملیات شستشوی متقابل پیوسته
بر طبق نتایج به دست آمده از آزمایشهای غیر پیوسته، عملیات پیوسته باید در پنج مرحله استخراجی و 5 مرحله شستشو توسط حلال DBBP می باشد که با رعایت همین روش برای سایر عناصر هم بازیابی های مطلوبی به دست آمده است.
عملیات شستشوی متقابل پیوسته
بر طبق نتایج به دست آمده از آزمایشهای غیر پیوسته، عملیات پیوسته باید در پنج مرحله استخراجی و 5 مرحله شستشو توسط حلال DBBP با 33 درصد حجمی انجام شود (شکل 4-9).
4-4- فرآوری نهایی (جدایش لانتانیدها)
بدلیل شباهت در خواص لانتانیدها، جدایش آنها به صورت تک تک، مساله ای دشوار می باشد. روشهای قدیمی تر جدایش عمدتاً بر اساس اختلاف در حلالیت ترکیبات لانتانیدها بود. در این روشها، تک تک عناصر در درجات مختلف خلوص، طی مراحل زیادی (حتی گاهی تا چند مرحله پی در پی)

1 – Rare Eearth Elenents
2 mischmetall یک آلیاژ لانتانیدی است که در آن ترکیبات عمده سریم و یا سریم بهمران لانتانیم می باشد.
3 – Bayan obo
4 – Rare Earth Oxides
5 – Mountain
6 – USGS
7 – Phalaborwa
8 – Phosphogypsum
9 – Lixivant
—————

————————————————————

—————

————————————————————

1

41