NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ

TANIM

Atom numarası 57 olan Lantan ve atom numarası 71 olan Lutesyum arasında bulunan elementler, “Lantanidler”

Lantanidler ile benzer kimyasal özellikler gösteren atom numarası 39 olan İtriyum ile atom numarası 21 olan Skandiyum elementlerinden meydana gelir.

TANIM

Adlarının aksine, nadir toprak elementleri yerkabuğunda oldukça çok miktarda bulunmaktadır. Göreceli olarak, yerkabuğunda gümüşten daha yaygın; bakır (50 ppm) ve kurşun kadar sık rastlanılmaktadırlar. (Harben, P. W., 2002).

Seryuma 33 ppm ile en yüksek miktarda rastlanırken; Lutesyum 0.3 ppm konsantrasyonunda bulunur (Taylor ve McLennan, 1985).

TANIM

Lantanitler, Hafif Nadir Toprak Elementleri (HNTE) ve Ağır Nadir Toprak Elementleri (ANTE) olarak iki gruba ayrılırlar. Lantan ile Evropyum

aralığında bulunan elementler HNTE grubuna; Gadolinyum ile Lutesyum aralığında bulunan elementler ANTE grubuna dahildir.

TANIM

Nadir toprak elementlerinin göreceli varlıkları oldukça değişkendir ve iki ana faktöre dayalıdır:

Çift numaralı nadir toprak elementleri, tek numaralı komşularından daha çok bulunurlar;

Hafif nadir toprak elementleri birinci faktörle uyuşmaksızın kıtasal kabukta büyük atom numaralı nadir toprak elementlerinden kuvvetle daha çok bulunmaktadırlar.

TANIM: Nadir Toprak Elementleri İçeren Mineraller, Kimyasal Formülleri ve Metal Oksit İçerikleri

Mineral Formül Nadir Toprak Metal Oksit İçeriği (%)

Aeschynite-(Ce) (Ce,Ca,Fe,Th,)(Ti,Nb)2(O,OH)6 32Allanit-(Ce) (Ce,Ca,Y)2(Al,Fe+3)3(SiO4)3OH 18Apatit Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) 19Bastnasit-(Ce) (Ce,La)(CO3)F 75Branerit (U,Ca,Y,Ce)(Ti,Fe)2O6 9Britolit-(Ce) (Ce,Ca)5(SiO4,PO4)(OH,F) 32Eudialyte Na4(Ca,Ce)2(Fe+2,Mn,Y)

ZrSi8O22(OH,Cl)2(?) 9Euxenite-(Ce) (Y.Ca.Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6 24Fergusonit-(Ce) (Ce,La,Nd)NbO4 53Gadolinit-(Ce) (Ce,La,Nd,Y)2Fe+2Be2Si2O10 60Kayinozit-(Y) Ca2(Y,Ce)2Si4O12CO3.H2O 38Loparit (Ce,La,Na,Ca,Sr)(Ti,Nb)O3 30Monazit-(Ce) (Ce,La,Nd,Th)PO4 65Parisit-(Ce) Ca(Ce,La)2(CO3)3F2 61Ksenotim YPO4 61İtroserit (Ca,Ce,Y,La)F3.nH2O 53Huanghoite-(Ce) BaCE(CO3)2F 39Cebaite-(Ce) Ba3Ce2(CO3)5F2 32Florensit-(Ce) CeAl3(PO4)2(OH)6 32Synchysite-(Ce) Ca(Ce,La)(CO3)2F 51Samarskit-(Y) (Y,Ce,U,Fe+3)3(Nb,Ta,Ti)5O16 24Knopite (CaTi,Ce2)O3 Mümkün değil

TANIM Nadir toprak elementlerinin kimyasal olarak

benzer doğaları, iyon çapı ve oksidasyon durumları, birinin bir diğerinin kristal yapısına

dönüşmesi demektir. Bu durum, tek bir kayaç içerisinde birden fazla nadir toprak elementlerinin bulunması dolayısıyla yerkabuğunda geniş bir dağılıma sahip olmaları sonucunu doğurur (Castor, S. B. ve Hendrick, J. B., 2006).

TANIM Diğer metalik cevher konsantreleri gibi parlak, demir gri veya gümüş rengindedirler.

Genel olarak yumuşak, kolayca şekillendirilebilir, haddelenebilir ve tipik olarak tepkimeye girme karakteristiklerine sahiptirler.

Elektron dizilimleri, kendilerine has manyetik ve optik özellikler kazandırır.

Ergime noktaları seri boyunca artar. Seryumun ergime derecesi 798oC iken Lutesyumun ergime noktası 1663oC’dir. Metal üretimindeki redüksiyon prosesinde ergime noktasının direkt etkileri vardır.

NTE -Sc, Y, La, Yb ve Lu hariç- kuvvetli paramanyetik ve kuvvetli manyetik anizotropik karakteristiktedirler (Gupta, C. ve Krishnamurthy, N., 2005).

MİNERALOJİ

NTE, halitler, karbonatlar, oksit ve fosfat dahil geniş bir aralıkta birçok mineral içinde yer alırlar.

NTE büyük ölçüde, başlıca iyonlarla yer değiştirdikleri kayaç yapıcı mineraller içerisinde bulunurlar. Kendi minerallerini oluşturabilmeleri

için NTE konsantrasyonlarının daha yüksek olması gereklidir (Möller, 1986).

MİNERALOJİ

NTE içeren yaklaşık 200 mineral bulunur, ancak bunlardan çok azı ticari öneme sahiptir veya sahip olabilir.

Kaynakların çoğunu sadece üç mineral meydana getirmektedir: 1. Bastnasit

2. Monazit3. Ksenotim

MİNERALOJİ

Bastnasit ve Monazit, başlıca Ce, La ve Nd olmak üzere hafif nadir toprak elementlerinin temel kaynaklarıdır.

Daha az La ve daha çok Nd ve ANTE içeriği ile monazit farklılık gösterir.

Ayrıca önemle belirtmek gerekir ki monazit radyoaktif toryum elementi de içerir.

Ksenotim ise baskın olarak daha ağır nadir toprak elementleri, Y, Dy, Er, Yb ve Ho içerir (Harben, P. W., 2002).

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ KAYNAKLARI

Doğada, NTE olarak zenginleşen yataklar genel olarak iki kategoride toplanır: Birincil yatakaklar :Metamorfik ve magmatik süreçler İkincil yataklar :Sedimentasyon süreçleri ve bozuşma

sonucunda Bu iki grup içerisinde, NTE yatakları kendi içlerinde de genetik

ilişkilerine, mineralojilerine ve bulunuş şekillerine göre alt gruplara ayrılırlar. Bazı yatakların sınıflandırması, belirsiz genetik ilişkiler

ve/veya birden fazla jeolojik sürecin içiçe gerçekleşmesinden dolayı

karmaşıktır.(Orris, G. J. ve Grauch, R. I., 2002; Grauch, R., ve Mariano, A., 2008).

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ KAYNAKLARINadir Toprak Elementleri Barındıran Yatakların Tipleri, Özellikleri, Tenör ve Rezerv Miktarları

Birincil YataklarYatak Tipi Özellikler Tenör/Rezerv Bulundukları Başlıca Yerler

Karbonatit İlişkili Alkali volkanik bölgelerde ve ana fay hatlarında karbonat içeriği zengin volkanik kayaçlarla ilişkili yataklar

Rezerv birkaç 10bin ton ile birkaç 100 milyon ton, tenör %0,1-10 NTMO arasında değişir. Ör; Bayan Obo: 750 milyon ton rezerve ve %4,1 NTMO tenöre sahiptir.

Mountain Pass, USA; Bayan Obo, China; Okorusu, Namibia; Amba Dongar, India; Barra do Itapirapuã, Brazil; Iron Hill, USA

Alkali Volkanik Kayaçlarla İlişkili

Alkali mineral içeriği yüksek ve yüksek alan şiddetli elementler içerisinde zenginleşen volkanik kayaçlar ile ilişkili yataklar

Genellikle rezerv miktarı 100 milyon tondan düşük; tenör ise %5’ten daha azdır. Ör: Thor Lake; 64,2 milyon ton rezerve ve 1,96 NTMO tenöre sahiptir.

Ilimaussaq, Grönland; Khibina ve Lovozero (Lovozero>1000 milyon ton), Rusya; Thor Lake ve Strange Lake, Kanada; Weishan, China; Brockman, Australia; Pajarito Mountain, USA

Demir-NTE Yatakları (Demiroksit-bakır-altın yatakları)

Karakter ve form olarak zıt özellikte, Demiroksit içerisinde zengin bakır-altın yatakları

Ör: Olympic Dam; 2000 milyon ton rezerve ve %0,3295 NTMO tenörüne sahiptir.

Olympic Dam, Australia; Pea Ridge, USA

Hidrotermal Yataklar (Alkali Volkanik Kayaçlarla İlişkisiz)

Tipik kuvars, florit, polimetalik damarlarda ve farklı orijinlerden gelen pegmatitler

Genellikle rezerv miktarı 1000 milyon tondan az, nadiren 50 milyon tona kadar çıkar. Genellikle %0,5-4 tenörde, nadiren %12 tenörde rastlanır. Ör: Lemhi Pass; 39 milyon ton rezerve ve %0,51 NTMO tenörüne sahiptir.

Karonge, Burundi; Naboomspurit ve Steenkampskraal, South Africa; Lemhi Pass ve Snowbird and Bear Lodge, USA, Hoidas Lake, Canada

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ KAYNAKLARINadir Toprak Elementleri Barındıran Yatakların Tipleri, Özellikleri, Tenör ve Rezerv Miktarları

İkincil YataklarYatak Tipi Özellikler Tenör/Rezerv Bulundukları Başlıca Yerler

Deniz Plaserleri Dayanıklı ve ağır minerallerin kıyı aktiviteleri sonucu zenginleşerek sahil şeridi boyunca veya yakınında birikmesi

10 milyon tonlar veya birkaç 100 milyon tonlar gibi yüksek değişkenlik gösteren rezervler genel olarak %0,1 Monazit içerirler. Jangardup: %0.046 Monazit tenöründe ve 30 milyon ton rezerve sahiptir.

Eneabba, Jangardup, Capel, WIM 150, Australia; Green Cove Springs, USA; Richards Bay, South Africa; Chavara, India

Alüvyal Plaserler Nehir yataklarındaki dayanıklı, ağır mineral konsantrasyonları

10 milyon tonlar ile 200 milyon ton arasında değişen rezervler genel olarak %0.1 tenöründe Monazit içerirler. Horse Creek: 19 milyon ton rezerv; %0,041 Monazit tenörüne sahiptir.

Perak, Malaysia; Chavara, India; Carolina Monazite Belt and Horse Creek, USA; Guangdong, China

Paleoplaserler Dayanıklı, betonlaşmış kayaçlar oluşturan çok eski plaser yataklar

10 milyon tonlar ile 100 milyon ton arasında değişen rezervler genel olarak <%0.1 tenöründe NTMO içerirler.

Elliot Lake, Canada; Bald Mountain, USA

Lateritik yataklar NTE bakımından zengin volkanik kayaçlardan yoğun kimyasal aşındırma sonucu oluşan yüzey tortul yataklar

Birkaç 10 bin ton ile birkaç 100 milyon ton arasında değişen rezervler %0,1-10 tenöründe NRMO içerirler. Weld: 12,24 milyon ton rezerv; %9,7 (maks. %40) NTMO tenörüne sahiptir.

Mount Weld, Australia; Araxá, Brazil; Kangankunde, Malavi

Kil Yatakları NTE bakımından zengin granitik kayaçlardan aşındırma sonucu oluşan yüzey kil yatakları

Çoğu 10 bin tondan daha az rezerve sahiptir. Düşük tenörlüdürler, %0,03-0,35.

Longnan, Xunwu, China

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİNİN DÜNYADAKİ VE TÜRKİYE’DEKİ REZERV DURUMU

Diğer cevherlerde olduğu gibi yaygın olarak işletilebilir tenörlerde rezervleri bulunmamaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri’nde ve diğer ülkelerde bulunan kaynaklar başlıca bastnasit ve monazit yataklarıdır. A.B.D.’de ve Çin’de bulunan bastnasit yatakları, ekonomik

rezervler olarak dünyada en büyük paya sahiptir.


Diğer cevherlerde olduğu gibi yaygın olarak işletilebilir tenörlerde rezervleri bulunmamaktadır.

Amerika Birleşik Devletleri’nde ve diğer ülkelerde bulunan kaynaklar başlıca bastnasit ve monazit yataklarıdır. A.B.D.’de ve Çin’de bulunan bastnasit yatakları, ekonomik

rezervler olarak dünyada en büyük paya sahiptir. İkinci sırada ise Avustralya, Brezilya, Çin, Hindistan, Malezya,

Güney Afrika, Sri Lanka, Tayland ve A.B.D. monazit kaynakları yeralmaktadır (B.G.S., 2011).


Rezer Miktarı (ton) Rezerv Miktarı (%)

Çin 36.000.000 36.52Bağımsız Devletler Topluluğu 19.000.000 19.27A.B.D. 13.000.000 13.19Avustralya 5.400.000 5.48Hindistan 3.100.000 3.14Brezilya 48.000 0.05Malezya 30.000 0.03Diğer Devletler 22.000.000 22.32TOPLAM 98.578.000 100,00

Dünyadaki NTE Rezervlerinin Ülkelere Göre Dağılımı (B.G.S., 2011).


Çin Dünya rezervlerinin %36,52’sini teşkil eden

sert kayaç, plaser ve kil yataklarına sahiptir. Bayan Obo bastnasit yatağı, %6 NTMO tenörü

ve 48 milyon ton rezerv miktarı ile dünyanın en büyük NTE yatağı olma özelliğine sahiptir (Kanazawa, Y. ve Kamitani, M., 2006).


Çin Rezervlerinin büyük bir kısmını kil yatakları

oluşturmaktadır. Yaygın olanın aksine ANTE bakımından zengin

olan bu yatakların dünya ANTE kaynaklarının %80’ini meydana getirdikleri kabul edilmektedir (Vulcan, T., 2008).


Bağımsız Devletler Topluluğu Kaynaklarını büyük ölçüde Loparit yatakları

oluşturmaktadır (Kosynkin, V. D., ve diğ., 1993). Toplam rezervlerinin 19 milyon ton olduğu tahmin

edilmektedir (Hedrick, J. B., 2010a). Kırgızistan’ın rezervlerinin 51.500 ton olduğu tahmin

edilmektedir. Kazakistan’ın ise kaynağı uranyum cevher atıkları olan

potansiyel NTE rezervleri vardır.


A.B.D. 13 milyon tonluk rezervleri ile dünya sıralamasında 3.

sırada yer alır. Kaliforniya’da bulunan en büyük yatağı Mountain

Pass’te, 10 yıllık aradan sonra 2012’de tekrar üretime başlanılacaktır (Hedrick, J. B., 2009).

Yatağın 4,3 milyon ton NTMO rezervine sahip olduğu bildirilmektedir (Kingsnorth, J. D., 2008a).


Avustralya Avustralya’nın sahip olduğu rezervlere çeşitli yatak tiplerinde

rastlanır. %9,7 NTMO tenörüyle 12,24 milyon ton rezerve sahip

Mount Weld yatağı yüksek tenörlü cevherleşmesiyle dikkat çeker.

Olympic Dam yatağı, 45 milyon ton rezerve sahip olsa da NTMO tenörünün %0,5 olması nedeniyle işletilmemektedir.

3,4 milyon tonluk önemli bir rezervi ise, radyoaktivite sorunu nedeniyle işletilmemektedir (Lambert, I. ve diğ., 2008).


Türkiye En önemli NTE yatağı, Kızılcaören-Eskişehir’deki

bastnasit-fluorit-barit yatağı ortalama %3 tenörlü, 4.000.000 ton rezerve sahiptir (Demiröz, T., 1976 ve Kaplan, H., 1977).

Malatya-Kuluncak yöresi önemli bir kaynak olarak görülmektedir. Bu yörede 1000 ton, %24 tenörlü britolit cevherleşmesi tahmin edilmektedir (Özgenç, 1999).


Rezer Miktarı(ton)

Rezerv Miktarı (%)

Çin 36.000.000 36.52Bağımsız Devletler Topluluğu 19.000.000 19.27A.B.D. 13.000.000 13.19Avustralya 5.400.000 5.48Hindistan 3.100.000 3.14Brezilya 48.000 0.05Malezya 30.000 0.03Diğer Devletler 22.000.000 22.32TOPLAM 98.578.000 100,00

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİ

Aktif olarak NTE cevherleri üretimi yapan ülkeler : Çin Hindistan Brezilya Malezya

2002 yılında Mountain Pass ocağının kapatılmasından bu yana A.B.D.’de NTE ihtiyacı stok cevherlerden üretilmektedir. Ancak bu üretim resmi rakamlarda yer almamaktadır (Hedrick, J. B., 2009).


Endonezya Kazakistan Kuzey Kore Halk Cumhuriyeti Güney Kore Kırgızistan Mozambik Nijerya Rusya Vietnam

* Ancak üretim miktarları ile ilgili güvenilir rakamlar elde etmek oldukça zordur.

NTE Üretimi Yapılan Diğer Ülkeler


Üretim Miktarı (ton) Üretim Miktarı (%)

Çin 130.000 97,31

Hindistan 2.700 2,02

Avustralya - -

Brezilya 550 0,41

Malezya 350 0,26

TOPLAM 133.600 100,00

Dünyadaki NTE Rezervlerinin Ülkelere Göre Dağılımı (B.G.S., 2011)


Çin Bayan Obo demir madeninden yan ürün olarak yıllık NTE

oksit üretimi 46.000 ton’dur. Sichuan ve Mianning’teki bastnasit içeren karbonatit

yataklarından 31.000 ton ve güneydeki kil yataklarından 7000 ton yıllık NTE oksit üretimi sağlar (London, I.P., 2009).


50.2%

23.1%

18.6%

6.2% 0.8% 0.2% 0.7% 0.1% 0.1%SeryumLantanNeodimyumPraseodimyumSamaryumEvropyumGadolinyumTerbiyumDis-porsiy-oum

Bayan Obo Ocağından Elde Edilen Bastnasit Mineralinin NTE İçeriği (Johnson, G.W., and Sisneros, T.E., 1981).

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİ1992-2008 Yılları Arasındaki Dünya ve Çin Üretim Miktarları (Cox, C., 2009)

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİ Çin, dünya piyasasında yalnızca NTE üretim

kapasitesi ve üretim maliyetleri değil ve aynı zamanda NTE tüketimde de lider konumundadır.

Dünya üretiminin %97’sini gerçekleştiren Çin, dünya üretimin yaklaşık %60’ını da tüketmektedir. Bu nedenledir ki giderek gelişen endüstrisinin ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla bir takım üretim ve ihracat kotaları uygulamaktadır.

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİÇin Endüstrisinin Geçmişteki Tüketim Değerleri ve Gelecekteki Talep Tahminleri

(Lynas, 2011)


A.B.D.’de cevher üretimi gerçekleştirilmese de hali hazırda stoklarda bulunan malzemelerin zenginleştirilmesiyle iç pazara bir kısım ihtiyacı karşılayacak NTE ürüleri sağlanır.

Kaliforniya’da bulunan Mountain Pass Ocağı 2002 yılında çevresel etkileri

nedeniyle kapatılmıştır. 2012 yılının ortalarında tekrar üretime geçirilecek olan ocağın kapasitesinin 2014

yılına gelindiğinde 40.000 ton/yıl olacağı savunuluyor. Yapılan projeksiyonlar, A.B.D.’nin iç pazar ihtiyacını fazlasıyla karşılayacağı

tahmin edilen ocağın, 2014 yılında tahminen dünya NTE talebinin yaklaşık %25’ine karşılayacağı öngörülmektedir (D’Altorio, T., 2011).


49.2%

33.3%

12.0%

4.3% 0.8%0.1%0.2% 0.1%

SeryumLantanNeodimyumPraseodimyumSamaryumEvropyumGadolinyumİtriyum

Mountain Pass Ocağından Elde Edilen Bastnasit Mineralinin NTE İçeriği (Johnson, G.W., and Sisneros, T.E., 1981).

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİ 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Avustralya - - - - - - - - -

Brezilya - 200 200 - 650 650 650 550 550

Çin 73000 73000 75000 92000 95000 98000 119000 120000 120000 129000 130000

Hindistan 2700 2700 2700 2700 2700 2700 2700 2700 2700 2700 2700

Malezya 450 450 450 360 250 250 380 380 380 350 350

Güney Afrika

- - - - - - - - - - -

Sri Lanka 120 120 120 - - - - - -

Tayland - - - - 2200 2200 - - - - -

B.D.T. 2000 2000 2000 2000 2000 2000 - - - - -

A.B.D. 5000 5000 5000 - - - - - -

Zaire - - - - - - - - -

Diğer - - - - - - - - -

Toplam 83270 83470 85470 97060 102150 105150 122730 123730 123730 132600 133600

2000-2010 Yılları Arasında Gerçekleştirilen NTE Üretim Miktarları

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİ Teknolojik gelişmelere bağlı olarak nadir

toprak elementlerine artan talepler ve Çin’in üretimdeki üstünlüğü, mevcut kaynakların sürekliliğinin sorgulanmasını doğurmuştur.

Bu bağlamda birçok yeni arama yatırımları yapılmıştır. Avustralya, Kanada, Güney Afrika ve A.B.D.’de birçok sahanın NTE potansiyelleri araştırılmış, rezervleri ve tenörleri hesaplanmıştır (O’Driscoll, M., 2010).

DÜNYA NTE ÜRETİMİ VE TALEBİYatak Şirket

Rezerv Miktarı(mil. ton) Tenör

(%) DurumNTEO Cevher

Mountain Pass, A.B.D. Molycorp Minerals 4,3 50 8-9 2011 yılında üretim öngörülüyor.

Mount Weld, Avustralya Lynas Corporation Ltd 1,18 12,24 9,7 2011 yılında üretim öngörülüyor.

Nolans Bore, Avustralya Arafura Resources Ltd. 0,85 30,3 2,8 2012 yılında üretim öngörülüyor.

Dubbo Zirconia, Australia Alkane Resources Ltd. - 35,7 0,745 2011 sonuna doğru üretim öngörülüyor.

Kvanefjeld, Grönland Greenland Minerals and Energy Ltd. 4,91 457 1,07 Ön fizibilite aşamasında, 2015 yılında üretim öngörülüyor.

Hoidas Lake, Kanada Great Western Minerals Group Ltd. 0,7 2,6 2,43 Ön fizibilite aşamasında.

Bull Hill Southwest, A.B.D. Rare Element Resources Ltd. - 9,8 4,1 İleri arama safhasında.

Kangankunde Hill, Malawi Lynas Corporation Ltd. 0,12 2,53 4,24 İleri arama safhasında.

Nechalacho, Kanada Avalon Rare Metals Inc. - 64,2 1,96 Ön fizibilite aşamasında.

Cummings Range, Avustralya Navigator Resources Ltd. 0,07 4,17 1,72 İleri arama safhasında.

Steenkampskraal, Güney Afrika

Rare Earth Extraction Co. Ltd.&Great Western Minerals Group Ltd. 0,3 0,25 17 Faaliyette değil.

Strange Lake, Kanada Quest Uranium - 52 1,3

Kutessay II, Kırgızistan Stans Enerrgy Corp. 0,6 0,41

Bazı NTE Projelerinin Durumları, Rezerv ve Tenörleri


NTE üretimine yapılan yatırımların gidişatı ve NTE kullanılan sektörlerin büyüme hızları değerlendirilmek suretiyle dünya NTE talebi ve üretimi ile ilgili bazı tahminlerde bulunmak pek tabi mümkündür.

USGS’in yapmış olduğu projeksiyona göre sektörlerin 2014 yılında NTE oksit taleplerine ve Tablo 9’da üretim ve talep arasındaki ilişkiye dair tahmini veriler yeralmaktadır (USGS, 2010).


Kullanım Alanları Miktar (ton) Yıllık Büyüme, %2008 2014

Katalizörler 27380 28000 / 30000 6-8Cam Katkıları 28444 12000 / 13000 -Cilalama 19000 / 21000 6-8Metalurjik Alaşımlar

11503 43000 / 47000 15-20

Neodimyum Mıknatıslar

26228 39000 / 43000 10-15

Fosforlar 9002 11000 / 13000 7-10Seramik 7000 8000 / 10000 7-9Diğer 19618 10000 / 12000 7-9Toplam 129175 170000 / 190000 8-11

Sektörlerin Büyüme Hızlarına Bağlı Olarak Talep Tahminleri


NTE OksitTalep Üretim

Talep-ÜretimTon % ton %

Disporsiyum Oksit 2040 1.1 1830 0.9 -210

Evropyum Oksit 815 0.5 659 0.3 -156

Gadolinyum Oksit 2300 1.3 3575 1.8 1275

İtriyum Oksit 12100 6.8 12735 6.3 635

Lantan Oksit 51050 28.5 54092 26.9 3042

Neodimyum Oksit 34900 19.5 33665 16.8 -1235

Praseodimyum Oksit 7950 4.4 9909 4.9 1959

Samaryum Oksit 1390 0.8 4596 2.3 3206

Seryum Oksit 65750 36.8 79156 39.4 13406

Terbiyum Oksit 565 0.3 512 0.3 -53

Toplam 178860 100.0 200729 100.0 21689

NTE Oksitlerinin 2014 Yılında Tahmin Edilen Talep ve Üretim Miktarları


Dünyanın birçok yerinde verimli NTE kaynakları bulunmasına rağmen, alternatif kaynakların Çin ile rekabet mücadelesi vermesi kaçınılmazdır.

Çin’in dünya NTE üretiminde %97’lik pay ile tekel konumunda olması bakımından NTE fiyatlarını kolaylıkla yönlendirebileceği

savunulmaktadır. Buna ek olarak, üretiminin büyük çoğunluğunu yan ürün olarak ya da

üretilmesi ve zenginleştirilmesi daha az maliyetli olan kil yataklarından NTE gerçekleştirdiğinden, rekabetçi fiyatlarını daha uzun bir süre koruyacaktır (Cox, C., 2009).


2001-2011 yılları arasında NTE oksitlerin fiyatları yer almaktadır (BGS, 2010)NTE Oksit Saflığı min. %99

Fiyat ($/kg)

La Ce Nd Pr Sm Dy Eu Tb

2001 7 4 11 6,2 9 35 310 135

2002 2,3 2,3 4,4 3,9 3 20 240 170

2003 1,5 1,7 4,4 4,2 2,7 14,6 235,4 170

2004 1,6 1,6 5,8 8 2,7 30,3 310,5 398

2005 1,5 1,4 6,1 7,6 2,6 36,4 286,2 300

2006 2,2 1,7 11,1 10,7 2,4 70,4 240 434

2007 2,8 2,6 31,2 30,4 3,1 88,3 311 575

2008 8,8 4,4 32,9 32,6 4,8 120,8 491 740

2009 5,9 3,8 14,5 14,5 4,8 112 495 360

2010 6,4 5,0 30,8 30,3 4,5 193 525 580

2011 131 131 221 200 117 690 1190 1190

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİNİN KULLANIM ALANLARI

Seramik5.4% Otomobil

Katalitik Konvertörleri

5.9%Akışkan

Parçalayıcı Katalizörler

15.3%

Cam Katkıları ve Cilalama22.0%

Metalurjik Alaşımlar8.9%

Neodimyum Mıknatıslar

20.3%

Batarya Alaşımları

9.4%

Fosforlar7.0%

Diğer Alanlar5.8%

NTE Oksit Tüketiminin Kullanım Alanlarına Göre Dağılımı (Bade, R., 2010)

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİNİN KULLANIM ALANLARI

Kullanılan Miktar, ton

Kullanım Alanları CeO2 La2O3 Nd2O3 Y2O3 Pr6O11 Dy2O3 Gd2O3 SmO Tb6O7

Eu2O3

Diğer

Seramik 840 1,190 840 3,710 420 - - - - - -Otomobil Katalitik Konvertörleri 6840 380 228 - 152 - - - - - -Akışkan Parçalayıcı Katalizörler 1980 17800 - - - - - - - - -

Cam Katkıları ve Cilalama 18620 8,050 360 240 694 - - - - - 480

Metalurjik Alaşımlar 5,980 2,990 1,900 - 633 - - - - - -

Neodimyum Mıknatıslar - - 18,200 - 6,140 1,310 525 - 53 - -

Batarya Alaşımları 4,040 6,050 1,210 - 399 - - 399 - - -

Fosforlar 990 765 - 6,230 - - 162 - 414 441 -

Diğer 2,930 1,430 1,130 1,430 300 - 75 150 - - 75

Toplam 42220 38655 23868 11610 8738 1310 762 549 467 441 555

NTE Oksitlerin Tüketim Alanlarına Göre Dağılımları

CEVHER ÜRETİM VE ZENGİNLEŞTİRME YÖNTEMLERİ

Nadir toprak elementler barındıran yatakların çeşitliliği, çeşitli cevher üretim ve zenginleştirme yöntemlerinin varyasyonlarını doğurur.

Nadir toprak elementlerinin çoğunlukla yan ürün olarak üretilmesi, üretim yöntemi ve zenginleştirme işlemlerinin maliyetlerini belirleyicidir.

CEVHER ÜRETİM YÖNTEMLERİ

Açık Ocak İşletmesi Yeraltı işletmelerine göre daha ucuz ve güvenli

işletilebilir Yüzeye yakın ve düşük tenörlü, batım yapan

veya masif cevher yatakları için daha uygundur


Yeraltı Ocak İşletmesi Yeraltı ocaklarında, cevherin özelliklerine bağlı olarak birçok

standart üretim yöntemi uygulanmaktadır. Genel olarak yoğun işçilik isteyen delme ve patlatma

işlemlerinin uygulanması yanısıra mekanizasyonun daha yaygın hale gelmesi için girişimler devam etmektedir (Harben, P.W., 2002).

Oda ve topuk yöntemi yatay bir düzlemde oluşmuş olan cevheri üretmek için seçilebilecek yeraltı üretim yöntemlerden biridir.


Yan Ürün Olarak Elde Etme Nadir toprak elementleri, nadiren tek başına veya ana

cevher olarak üretilirler. Kaliforniya’daki Mountain Pass madeni yalnızca NTE kazanımı üzerine çalışan tek maden ocağıdır (Gupta ve Krishnamurthy, 2005).

CEVHER ZENGİNLEŞTİRME

Üretilen ham cevherin nadir toprak elementleri konsantrasyonunu arttırmak amacıyla maden ocağında veya maden ocağına yakın bir tesiste fiziksel ve kimyasal işlemler uygulanarak gang mineralleri uzaklaştırılır.

FİZİKSEL ZENGİNLEŞTİRME Sert kayaçlarda yer alan cevherler, örneğin Mountain Pass

yatağında bulunan bastnasit cevheri, boyut küçültme ve sınıflandırma sonrasında ortalama %7 NTE konsantrasyonuna sahip olacak şekilde harmanlanarak stok sahasında toplanır.

Zenginleştirme tesisinin ince cevher silosuna aktarılır ve buradan da 0.1 mm altına öğütülmek üzere tesisteki bilyalı değirmene beslenir. Daha sonra malzeme her bir kondisyonerde buhar ve farklı kimyasallar ilave edilmek suretiyle şartlandırılarak % 30-35 katı konsantrasyonunda flotasyon pülpü hazırlanır. Flotasyon işlemiyle bastnasit konsantresi elde edilir. Flotasyon konsantresinin koyulaştırılması, süzülmesi ve kurutulması işlemlerinin sonunda % 65-75 verim ve % 60 NTMO tenörüyle nihai konsantre elde edilir (Gupta ve Krishnamurthy, 2005).

FİZİKSEL ZENGİNLEŞTİRME Mountain Pass, geçmişte yalnızca NTM üretimi

yapan ender rastlanan bir işletmedir. Diğer işletmelerde genellikle yan ürün olarak elde

edilir ve zenginleştirme yöntemlerine göre çok çeşitlilik gösterirler. Örneğin Bayan Obo yatağından manyetit, hematit, florit ve niobyum oksit elde edilmektedir ve zenginleştirme işlemleri de bu doğrultuda şekillenmiştir (Castor, S. B. ve Hendrick, J. B., 2006)

FİZİKSEL ZENGİNLEŞTİRMEBastnasit Zenginleştirme Genel Akım Şeması (Mountain Pass)

KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME

Fiziksel zenginleştirmeyi takiben, NTE konsantreleri üretebilmek için kimyasal zenginleştirme işlemleri gerekmektedir. Kimyasal zenginleştirme işlemlerinin sırası mineralin çeşidine ve işletme maliyetlerine bağlı olarak şekillenir.


Mountain Pass yatağından çıkarılan cevherden fiziksel zenginleştirme sonrası elde edilen bastnasit konsantresinden, hidroklorik asit liçi ile stronsiyum ve kalsiyum karbonatların uzaklaştırılmasıyla tenör %70’e çıkmaktadır.

Ardından karbondioksitin uzaklaştırılması için kalsinasyon yapılarak %85-90 tenöründe NTMO elde edilir (Castor, S. B. ve Hendrick, J. B., 2006).


NTE’nin değerlerini belirleyen faktör, konsantrede bulunan elementlerin verimli bir şekilde birbirlerinden yüksek saflık değerlerinde ayrılmasıdır.

Kimyasal özelliklerinin benzerlik göstermesinden dolayı her bir NTE’nin konsantreden ayrı ayrı elde

edilmesi çok zor bir işlemdir (Morais, C. A. ve Ciminelli, V. S. T., 2004).


NTE’nin işlenmesi Çin’de çok gelişmiştir; Fransız firmaları %99,99 saflığında ve Japon firmaları %99,9 saflığında NTE konsantreleri üretirken Çinli firmalar %99,9999 saflığında ürünler sağlayabilmektedir (Zhongde, F., 2009).

KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME Bazı NTE’nin seçimli oksidasyonu veya redüksiyonu ayırma işleminde faydalı olabilmektedir.

Genellikle NTE karakteristik olarak 3 değerliklidir fakat seryum, praseodimyum ve terbiyum 4 değerlikli formda

da bulunabilirler. Samaryum, evropyum ve terbiyum 2

değerlikli olarak da bulunabilirler. Kimyasal özelliklerindeki bu farklılıklar ayrı ayrı elde edilmelerinde faydalı olmaktadır (Gupta, C. ve Krishnamurthy, N., 2005).

Seryum ve evropyum genellikle seçimli oksidasyon ile ayrılırken diğer NTE kısmen kristallendirme, kısmen çöktürme,

liç ve iyon değiştirme yöntemleri ile birbirlerinden ayrılırlar (Morais, C. A. ve Ciminelli, V. S. T., 2004).


1950’lerin başlarına kadar NTE’nin ayrılmasında yalnızca kısmen çöktürme ve kısmen kristallendirme yöntemleri kullanılmaktaydı. Bu işlemler oldukça zahmetli ve bir o kadar da verimsiz olduklarından iyon değiştirme ve liç gibi daha efektif yöntemlere yerlerini bırakmışlardır (Gupta, C. ve Krishnamurthy, N., 2005). Liç yöntemi HNTE’nin ayrılmasında en uygun yöntem iken ANTE’nin ayrılmasında kullanılması daha zordur (Moore, B. W., 2000).

KİMYASAL ZENGİNLEŞTİRME İyon değiştirme, iyonların bir çözelti ve çözünmeyen (genellikle

reçinemsi) bir katı arasında gerçekleşen bir işlemdir. NTE içeren çözelti iyon değişim reçinesinden geçerken reçinede bulunan katyonlarla NTE yer değiştirir. Bu işlem sonucunda yer değiştirmiş katyonları barındıran bir atık çözelti ve reçine içerisine alınan NTE elde edilir.

Daha sonra her bir element için farklı bileşik yapma eğilimi olan kompleks yapıcılar ile NTE ayrı ayrı elde edilir. İyon değiştirme yöntemiyle yüksek saflıkta ancak az miktarlarda NTE üretmek mümkündür.

Zaman alan bir işlemdir ve küçük ölçekli iyon değiştirme işlemi ile birkaç ANTE’nin ticari olarak saflaştırılır. Bu nedenle büyük ölçekli üretim için liç yöntemi tercih edilir (Molycorp, 1993).


Liç işlemi, batarya adı verilen bir grup tank içerisinde gerçekleştirilir. İşlem tekrarlandıkça çözelti içerisine alınan NTE artar ve her bir NTE başarıyla ayrılabilir (Rhodia, 2009; Uda, T. ve diğ., 2000).

Liç işleminin son ürünü genellikle NTE tuzları veya oksitlerinden oluşur. Çözünmeyen katı çöktürülerek ayrılır, kurutulur ve yüksek derecelerde kalsine edildikten sonra öğütülür (Rhodia, 2009). Bu yöntemle %99,99’dan daha saf NTE bileşikleri elde edilir (Castor, S. B. ve Hendrick, J. B., 2006).

MOUNTAIN PASS İŞLETMESİ AKIM ŞEMASI

Rusya’da Loparitin fiziksel zenginleştirmesinde gravite ile

zenginleştirme ve elektrostatik

zenginleştirme yöntemlerinden oluşan bir kombinasyon uygulanarak % 95 tenörlü loparit konsantresi üretilmektedir (Castor, S. B. ve Hendrick, J. B., 2006).

Plaser Yataklardan Monazit ve Ksenotim Üretiminin Genel Akım Şeması

NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ

Documents

Transcript of NADİR TOPRAK ELEMENTLERİ