Fyndigheter av utpekade kritiska mineraler som behövs för att omvandla världens energisystem bort från fossila bränslen kan ironiskt nog vara samlokaliserade med kolfyndigheter som har brutits för att producera det fossila bränslet som är mest inblandat i klimatförändringen.
Nu har forskning ledd av University of Utah dokumenterat förhöjda koncentrationer av en viktig delmängd av kritiska mineraler, kända som sällsynta jordartsmetaller, eller REEs, i aktiva gruvor som kantar Uinta-kolbältet i Colorado och Utah. Verket publiceras i tidskriften Frontiers in Earth Science .
Dessa fynd öppnar möjligheten att dessa gruvor kan se en sekundär resursström i form av metaller som används i förnybar energi och många andra högteknologiska tillämpningar, enligt studiens medförfattare Lauren Birgenheier, docent i geologi och geofysik.
"Modellen är om du redan flyttar sten, skulle du kunna flytta lite mer sten för resurser mot energiomställning?" sa Birgenheier. "I dessa områden upptäcker vi att de sällsynta jordartsmetallerna är koncentrerade i finkorniga skifferenheter, de leriga skifferna som finns över och under kollagen."
Denna forskning utfördes i samarbete med Utah Geological Survey och Colorado Geological Survey som en del av projektet Carbon Ore, Rare Earth and Critical Minerals, eller CORE-CM.
Även om dessa metaller är avgörande för amerikansk tillverkning, särskilt inom avancerad teknik, kommer de till stor del från utlandet.
"När vi talar om dem som "kritiska mineraler", är mycket av kritiken relaterad till leveranskedjan och bearbetningen, säger Michael Free, professor i metallurgisk teknik. "Detta projekt är utformat för att titta på några alternativa okonventionella inhemska källor för dessa material."
Sambandet mellan kol- och REE-fyndigheter har dokumenterats väl på andra håll, men lite data hade tidigare samlats in eller analyserats i Utah och Colorados kolfält.
"Målet med detta fas ett-projekt var att samla in ytterligare data för att försöka förstå om detta var något värt att fortsätta i väst", säger studiens medförfattare Michael Vanden Berg, programchef för energi och mineraler vid Utah Geological Survey. "Finns det anrikning av sällsynta jordartsmetaller i dessa bergarter som kan ge någon form av biprodukt eller mervärde till kolgruvindustrin?"
Forskare analyserade 3 500 prover från 10 gruvor, fyra gruvavfallshögar, sju stratigrafiskt kompletta kärnor och till och med några kolashögar nära kraftverk.
"Kolet i sig är inte berikat med sällsynta jordartsmetaller," sa Vanden Berg. "Det kommer inte att bli en biprodukt från att bryta kolet, men för ett företag som bryter kolet, kan de ta ett par fot av golvet samtidigt? Kan de ta ett par fot av taket? Kan det finnas potential det är den riktningen som data ledde oss."
Teamet använde två olika metoder för att registrera nivåer av sällsynta jordartsmetaller, uttryckt i miljondelar, eller ppm, i proverna. Den ena var en handhållen enhet för snabba avläsningar i fält, den andra använde Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry, eller ICP-MS, i ett labb på campus.
"Vi använder mest den här bärbara röntgenfluorescensanordningen, som är en analyspistol som vi håller mot berget i två minuter, och den ger oss bara fem eller sex av de 17 sällsynta jordartsmetallerna," sa Birgenheier. Om prover visade koncentrationer högre än 200 ppm gjorde de en mer komplett analys med den dyrare masspektrometriutrustningen.
Department of Energy har satt 300 ppm som lägsta koncentration för att bryta sällsynta jordartsmetaller för att vara potentiellt ekonomiskt lönsam. Men för studien ansåg forskarna att koncentrationer över 200 ppm anses vara "REE-berikade."
Studien fann den högsta förekomsten av sådana koncentrationer i kolintilliggande formationer av siltsten och skiffer, medan sandsten och själva kolet mestadels saknade sällsynta jordartsmetaller.
Teamet har analyserat 11 000 prover hittills, mycket fler än vad som användes i den publicerade studien. Nästa steg inkluderar att bestämma hur mycket sällsynt jordartsmetallmalm som finns, troligtvis med kollegor vid University of Wyoming och New Mexico Institute of Mining and Technology.
Mer information: Haley H. Coe et al, Anrikning av sällsynta jordartsmetaller i kol och kol-angränsande skikt i Uinta-regionen, Utah och Colorado, Frontiers in Earth Science (2024). DOI:10.3389/feart.2024.1381152
Journalinformation: Frontiers in Earth Science
Tillhandahålls av University of Utah
