Uma equipe internacional de cientistas ajudou a desvendar um antigo mistério sobre como os depósitos de elementos de terras raras se formam no subsolo – e às vezes parecem desaparecer sem deixar vestígios.

Elementos de terras raras (REEs) são um conjunto de 17 elementos químicos valiosos que são extremamente importantes na fabricação de dispositivos tecnológicos, sendo usados ​​como matérias-primas críticas em tudo, desde smartphones a drives de disco, turbinas eólicas, satélites, veículos elétricos, equipamentos médicos e muito mais.

Embora o nome sugira que sejam raros, eles podem, na verdade, ser recursos relativamente abundantes na crosta terrestre; sua dispersão espalhafatosa torna-os difíceis de isolar e extrair sob a superfície, muito menos de maneiras ambientalmente corretas.

Por causa disso, os depósitos concentrados de REE são um recurso natural altamente cobiçado, e os cientistas estão continuamente procurando desenvolver maneiras novas e melhores de encontrar e proteger os minerais valiosos.

Em um novo estudo liderado pelo geólogo Michael Anenburg da Australian National University, os pesquisadores queriam explorar os mecanismos químicos pelos quais os REEs se formam sob a superfície, especificamente dentro e ao redor da rocha carbonatita ígnea intimamente associada aos elementos.

“Essas rochas raras e seus derivados alterados e intemperizados fornecem a maior parte do REE do mundo”, explicam os pesquisadores em seu novo artigo.

“Nenhum modelo unificado explica todas as características dos depósitos REE associados a carbonatito, prejudicando fortemente a exploração necessária para garantir o abastecimento futuro.”

Para investigar os processos de mineralização por trás dos depósitos REE associados ao carbonatito, Anenburg e sua equipe simularam o que acontece quando a rocha carbonatita aquece sob alta pressão, antes de resfriar e despressurizar de forma muito semelhante ao que aconteceria em processos magmáticos naturais.

Colocando pequenas quantidades de carbonatita sintética em cápsulas de prata ou níquel em um aparelho de pistão-cilindro, os pesquisadores submeteram as amostras a temperaturas de até 1.200°C a pressões de até 2,5 gigapascais (GPa), antes de descomprimir gradualmente e resfriando-os a 200°C e 0,2 GPa.

“O objetivo era entender o que concentra REE de um corpo inteiro de carbonatito em um depósito localizado de alto grau”, explicou Anenburg em sua conta no Twitter.

“Então decidimos colocar um carbonatito em uma cápsula e testá-lo nós mesmos.”

Antes, pensava-se que certos ligantes – moléculas capazes de se ligar aos REEs, incluindo cloro e flúor – eram necessários para tornar os REEs solúveis, capazes de mobilizar os produtos químicos em concentrações cristalizadas capazes de extração.

Mas não foi isso que o experimento mostrou. Em vez disso, os resultados sugerem que os produtos químicos alcalinos são necessários para o transporte de REE em e ao redor dos carbonatitos como um precursor para mineralização de grau econômico, com o experimento mostrando que o sódio e o potássio ajudaram a tornar os REEs solúveis.

De acordo com os pesquisadores, os carbonatitos com álcalis são capazes de formar fluidos ricos em REE que podem migrar longas distâncias em condições semelhantes a magmáticos, enquanto retêm altas solubilidades REE.

Claro, só porque vimos isso em condições de laboratório, não significa necessariamente que observaríamos as mesmas reações exatas nos sistemas abertos da natureza, nos quais a presença de água e todos os outros tipos de produtos químicos no ambiente poderiam mudar as coisas.

Ainda assim, é um passo à frente e que revisa nosso conhecimento sobre os processos de fundo envolvidos na formação e concentração de REE.

“Esta é uma solução elegante que nos ajuda a entender melhor onde terras raras ‘pesadas’ como disprósio e terras raras ‘leves’ como o neodímio podem estar concentradas dentro e ao redor de intrusões de carbonatito”, explica a autora sênior e geóloga Frances Wall da Universidade de Exeter em o Reino Unido.

“Estávamos sempre procurando por evidências de soluções contendo cloreto, mas não conseguíamos encontrá-las. Esses resultados nos dão novas idéias.”

Os resultados são relatados na Science Advances.

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