ตามคำนิยามของสหภาพระหว่างประเทศว่าด้วยเคมีและเคมีประยุกต์ (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) แร่ที่มีธาตุโลหะหายาก(อังกฤษ: rare earth elements) หรือ แร่โลหะหายาก (อังกฤษ: rare earth metals) เป็นแร่ที่มีองค์ประกอบของธาตุเคมี 17 ชนิดในตารางธาตุ ประกอบด้วยสแกนเดียมอิตเทรียม และกลุ่มอนุกรมเคมีแลนทาไนด์ 15 ชนิด
แร่ที่มีธาตุโลหะหายาก
โลหะหายากคือธาตุในตระกูลแลนทานั่มซึ่งประกอบด้วย
- ธาตุน้ำหนักเบา(LREE) ได้แก่แลนทานัม(La), ซีเรียม(Ce), เพรซีโอดิเมียม(Pr), นีโอดิเมียม(Nd),
- ธาตุน้ำหนักปานกลาง(MREE) ได้แก่โพรมีเทียม(Pm), ซาแมเรียม(Sm), ยูโรเพียม(Eu), แกโดลิเนียม(Gd),
เทอร์เบียม(Tb), ดิสโพรเซียม(Dy)
- ธาตุน้ำหนักสูง(HREE) ได้แก่โฮลเมียม(Ho), เออร์เบียม(Er), ทูเลียม(Tm), อิตเทอร์เบียม(Yb),
ลูทีเซียม(Lu) และธาตุอิตเทรียม(Y) อาจรวมธาตุทอร์เรียม(Th) สแกนเดียม(Sc), ไนโอเบียม(Nb) และแทลทาลัม(Ta) เข้าไปด้วยเพราะมักเกิดร่วมกัน
คำว่าธาตุหายากความจริงมีความหมายผิดเพราะธาตุเหล่านี้ไม่เพียงแต่หาง่าย(บางธาตุหาง่ายกว่าโลหะเงิน) และโดยมากเป็นโลหะไม่ใช่อโลหะ
แร่โลหะหายาก
แร่โลหะหายากคือแร่ที่มีธาตุโลหะหายากอยู่ในปริมาณที่แตกต่างกันไปมีแร่มากกว่า200 ชนิดที่มีธาตุโลหะหายากถ้าจะแบ่งแร่มีโลหะหายากสามารถแยกได้เป็น
- แร่ที่มีธาตุโลหะหายากต่ำมากได้แก่แร่ประกอบหินทั้งหลาย
- แร่ที่มีธาตุโลหะหายากเล็กน้อยมีธาตุมากกว่า200 ชนิดที่มีREE มากกว่า0.01 %
- แร่ที่มีธาตุโลหะยากเป็นองค์ประกอบหลักมีประมาณ70 แร่ที่อยู่ในกลุ่มนี้แร่ที่มีธาตุโลหะหายากที่สำคัญๆ
แร่ที่มีการนำมาใช้ประโยชน์มากที่สุด3 แร่คือแบสต์นีไซต์(Bastnaesite) โมนาไซต์(Monazite) และซีโนไทม์(Xenotime)
แบสต์นีไซต์(Bastnaesite) เป็นแร่คาร์บอเนตฟลูออลีนมีREO 75 % โดยมากเป็นโลหะธาตุหายากน้ำหนักเบาแหล่งแร่ที่ให้แร่นี้ก็คือพวกคาร์บอเนไทต์เช่น Mountain Pass แคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกาและBaiyun Obo ในมองโกเลียประเทศจีน
โมนาไซต์(Monazite) เป็นแร่ฟอสเฟตที่มีธาตุโลหะหายากน้ำหนักเบาโดยทฤษฏีมีREO 70 % เป็นแร่ที่เกิดอยู่ในหินแกรนิตเนื่องจากเป็นแร่น้ำหนักสูงจึงมักไปรวมตัวในลานแร่เป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่หนักจากลานแร่พวกอิลเมไนต์รูไทต์และเซอร์คอน
ซีโนไทม์(Xenotime) เป็นแร่ฟอสเฟตของธาตุอิตเทรียมโดยทางทฤษฏีมีREO 67 % ปกติพบในแหล่งลานแร่เป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่ดีบุกในไทยและมาเลเซีย
- อะพาไทต์(Apatite) เป็นแร่ฟอสเฟตของแคลเซียมปกติทำเหมืองเพื่อเอาฟอสเฟตมาใช้ทำปุ๋ยแหล่งกำเนิดอาจเกิดในหินชั้นหรือหินอัคนีบางแหล่งมีธาตุโลหะหายากปนอยู่ซึ่งเป็นธาตุพลอยได้จากการผลิตฟอสเฟตเช่นในคาบสมุทรโคลาในรัสเซียได้มีการทำเหมืองแร่นี้และได้REO 1000-2000 ตัน/ปี
บรานเนอไรต์(Brannerite) เกิดในเพกมาไทต์ที่อาจจะเป็นแหล่งแร่ที่ให้ธาตุยูเรเนียมเช่นในEiliot Lake ในคานาดาหัวแร่จะมีธาตุอิตเทรียมซึ่งสามารถแยกเป็นธาตุพลอยได้จากการแต่งแร่
Ion-Absorption Clays เป็นแร่ดินพวกเคโอลินที่มีREE ดูดซับอยู่ที่ผิวพบในมณฑลเจียงสีประเทศจีน
การกระจายตัวของแหล่งทรัพยากรโลหะหายาก
แหล่งแร่โลหะหายากมีการกระจายตัวเกือบทั่วโลก(Kamitami,1989) แหล่งแร่ที่สำคัญได้แก่
หินคาร์บอเนไทต์เช่นBayan Obo ในมองโกเลียประเทศจีนให้แร่แบสต์นีไซต์และโมนาไซต์, Mountain Pass ในสหรัฐอเมริกาให้แร่แบสต์นีไซต์
แหล่งลานแร่จากแร่หนักชายหาดดูนและลานแร่ในแม่น้ำเช่นทางตะวันตกของออสเตรเลียอินเดียชายฝั่งทางใต้ของจีนบราซิลแอฟริกาRichardsBay ในแอฟริกาใต้และอเมริกาในตะกอนสามเหลี่ยมแม่น้ำไนส์ประเทศอียิปต์
Residue Deposits (Ion-Absorption Type) เช่นที่ลองนานดาเตียนและซุนวูประเทศจีนซึ่งมีธาตุโลหะหายากน้ำหนักปานกลางและน้ำหนักสูงมาก
ในหินแกรนิตแอลคาไลน์ (Alkaline Granite) เช่น Strange Lake ในคานาดา ที่มี U-Y-Rb, Bokam Mt. อลาสกา
อื่น ๆ เช่น U-REE Bearing Conglomerate ที่ Blind River ประเทศคานาดา, Olympic Dam ออสเตรเลีย
การผลิต
ถึงแม้ว่าจะมีแหล่งแร่โลหะหายากอยู่มากมายกระจัดกระจายอยู่ทั่วโลกแหล่งผลิตแร่โลหะหายากอย่างเดียวเป็นผลผลิตหลักก็คือMountain Pass ในสหรัฐอเมริกาที่เหลือจะเป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่อื่นๆ
ผลผลิตแร่โลหะหายากมาจาก2 แหล่งคือMountain Pass, USA และBayan Obo ประเทศจีน(60 % ของผลผลิตทั้งโลก) สำหรับโมนาไซต์เป็นแร่พลอยได้จากการผลิตแร่หนักจากแหล่งลานแร่ในออสเตรเลียมาเลเซียอินเดียบราซิลทั้ง2 แร่ดังกล่าวเป็นแร่พวกธาตุหายากน้ำหนักเบาเท่านั้น
การผลิตอิตเทรียมและธาตุหายากน้ำหนักสูงมาจากแร่ซีโนไทม์ในลานแร่ที่มาเลเซียและเป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่ยูเรเนียมที่Elliot Lake ในคานาดาและจากแร่ดินในมณฑลเจียงสีประเทศจีนได้จากวิธีHeap Leaching จากResidue Crusts ส่งไปญี่ปุ่นแหล่งแร่Blind River Uranium-Bearing Conglomerate ผลิตอิตเทรียมจากการละลายยูเรเนียม
การบริโภค
การใช้ประโยชน์ธาตุโลหะหายากสามารถแบ่งได้เป็น2 ตลาด
- Fluid Cracking Catalysts, Metallurgy, Glass (Coloring and Polishing) และ Ceramics – จะใช้ถึงประมาณ 90% ของที่ผลิตส่วนใหญ่
เป็นโลหะหายากน้ำหนักเบาในรูปของหัวแร่และสารประกอบการใช้ประโยชน์ลดลงบ้างเล็กน้อย
- ฟอสฟอร์แม่เหล็กแก้วชนิดพิเศษเซรามิกส์ชั้นดีและอีเล็กทรอนิกส์- ส่วนใหญ่จะเป็นโลหะหายากชนิดปานกลางถึงหนักที่มีความบริสุทธิ์สูง
ปัจจุบันเป็นตลาดที่กำลังโตและเป็นตลาดที่มีการค้นคว้าพัฒนาตลอดเวลา
ธรณีวิทยาแหล่งแร่โลหะหายากที่สำคัญ
- Bayan Obo คาร์บอเนไทต์มองโกเลียในประเทศจีนไบยุนโอโบเป็นแหล่งแร่เหล็ก-โลหะหายาก-ไนโอเบียมมีปริมาณสำรองธาตุเหล็กประมาณ1,500 ล้านตัน(ความสมบูรณ์เฉลี่ย35 %)
ปริมาณสำรองREO อย่างน้อย8 ล้านตัน(ความสมบูรณ์เฉลี่ย6 %) และปริมาณสำรองไนโอเบียมประมาณ1 ล้านตัน(ความสมบูรณ์เฉลี่ย0.13 %) นับว่าเป็นแหล่งแร่โลหะหายากที่ใหญ่ที่สุดในโลกมีปริมาณสำรองREO ถึง3 ใน4 ของปริมาณสำรองของโลก(Drew et al., 1991)
แหล่งนี้เริ่มแรกทำเหมืองแร่เหล็กในปี1940 จนกระทั่งปี1965 เริ่มมีการผลิตแบสต์นีไซต์และโมนาไซต์จากส่วนที่ทิ้งจากเหมืองมวลสินแร่มีมากกว่า20 มวลมีเหมืองมากกว่า20 เหมืองที่ประกอบด้วยแร่เหล็กคือแมกนีไทต์ฮีมาไทต์โมนาไซต์แบสต์นีไซต์แร่ที่มีไนโอเบียมฟลูออไรต์แบไรต์ที่ฝังตัวอยู่ในหินคาร์บอเนไทต์พวกโดโลไมต์และแคลไซต์ของไบยุนโอโบกรุปซึ่งมีอายุProterozoic
มวลสินแร่Main และEast มีขนาดใหญ่ที่สุดวางตัวอยู่ในแนวตะวันออก-ตะวันตกยาวประมาณ1 และ2 กิโลเมตรตามลำดับและเอียงเทไปทางใต้แร่หายากได้แก่แบสต์นีไซต์และโมนาไซต์กระจายอยู่ในหินคาร์บอเนตและมีความสัมพันธ์กับแมกนีไทต์ฮีมาไทต์และฟลูออไรต์รูปร่างของMain Orebody พบว่าMassive Rare-Earth Iron Ore และFluorite Rare-Earth Iron Ore คือสินแร่ที่มีแร่หายากและเหล็กมากที่สุดความสมบูรณ์เฉลี่ย6 % REO
เชื่อว่าแหล่งแร่นี้เกิดจากHydrothermal Replacement ในหน่วยหินโดโลไมต์ซึ่งมีหินชนวนหรือหินดินดานปิดทับแหล่งแร่จะอยู่บนส่วนบนของหน่วยหินโดโลไมต์ซึ่งทั้งหมดอยู่ในไบยุนโอโบกรุปวางตัวแบบไม่ต่อเนื่องอยู่บนArchean Migmatic Basement (Drew et al., 1991)
- Mountain Pass คาร์บอเนไทต์แคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกา(Kamitami,1989)
เป็นแหล่งแร่คาร์บอเนไทต์ที่มีปริมาณสำรองใหญ่เป็นที่สองของโลกที่เกิดอยู่ในหินแปรยุคPrecambrian มวลของคาร์บอเนไทต์ชื่อSulfide Queen มีความยาว720 เมตรและกว้าง210 เมตรประกอบขึ้นด้วยแร่หลักพวกแบสต์นีไซต์แบไรต์และคาร์บอเนตปริมาณสำรองวัดได้ของREO ประมาณ5 ล้านตันความสมบูรณ์เฉลี่ย7 % REO ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาที่พบในหินคาร์บอเนไทต์
- แหล่งแร่โลหะหายากชนิด Granite-Weathering Crust Ion Adsorption Type
แหล่งแร่ชนิดนี้เพิ่งได้มีการค้นพบและพัฒนาทำเหมืองเป็นแหล่งแร่ที่พบอยู่ในชั้นเปลือกดินที่เกิดจากการผุพังสลายตัวบนหินแกรนิตในประเทศจีนเช่นลองนานซุนวูดาเตียงและนานลิงชั้นเปลือกดินแบ่งออกได้เป็น4 โซนตามชนิดของกลุ่มแร่โซนของเมตต้าฮาลลอยไซต์-เคโอลิไนต์เป็นโซนที่มีปริมาณธาตุโลหะหายากสูงแต่มีซีเรียมต่ำเป็นโซนที่มีการทำเหมืองด้วยวิธีเหมืองเปิด(Kamitami, 1989)
- แหล่งแร่โลหะหายากในประเทศไทยโลหะหายากที่พบในประเทศไทยเท่าที่ทราบจะอยู่ในแร่โมนาโซต์และซีโนไทม์ซึ่งเป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่ดีบุก-วูลแฟรม
ดังนั้นการหาแหล่งแร่โลหะหายากจึงต้องมุ่งไปหาแหล่งแร่ดีบุกทั้งที่เป็นแบบปฐมภูมิและแบบทุติยภูมิ
จากปัญหาทางด้านอุปสงค์และอุปทานของปริมาณสำรองโลหะหายากของโลกดังที่กล่าวมาแล้วแหล่งแร่ที่น่าจะพิจารณาอีกแบบในประเทศไทยคือชนิดIon-Absorption Type ในชั้นเปลือกดินที่ผุพังสลายตัวจากหินแกรนิตโดยเฉพาะพวกหินทัวมาลีน-มัสโคไวต์-แกรนิตที่ให้แร่ดีบุกโมนาไซต์ซีโนไทม์จึงน่าจะให้ธาตุโลหะชนิดที่ไปดูดซึมอยู่ในชั้นเปลือกดินได้เช่นกัน
ข้อมูลและภาพจาก https://th.wikipedia.org/wiki/แร่ที่มีธาตุโลหะหายาก
