Fyndigheter av utpekade kritiska mineraler som behövs för att ställa om världens energisystem från fossila bränslen kan, ironiskt nog, vara samlokaliserade med kolfyndigheter som har utvunnits för att producera det fossila bränsle som är mest inblandat i klimatförändringarna.
Nu har forskning som leds av University of Utah dokumenterat förhöjda koncentrationer av en viktig delmängd av kritiska mineraler, så kallade sällsynta jordartsmetaller, eller REE, i aktiva gruvor som kantar Uinta-kolbältet i Colorado och Utah. Arbetet publiceras i tidskriften Frontiers in Earth Science.
Dessa fynd öppnar för möjligheten att dessa gruvor kan få en sekundär resursström i form av metaller som används inom förnybar energi och många andra högteknologiska tillämpningar, enligt Lauren Birgenheier, docent i geologi och geofysik och medförfattare till studien.
”Modellen är att om man redan flyttar sten, kan man då flytta lite mer sten för att få resurser till energiomställningen?” säger Birgenheier. ”I dessa områden finner vi att de sällsynta jordartsmetallerna är koncentrerade till finkorniga skifferenheter, de leriga skifferen som finns ovanför och under kolflödena.”
Denna forskning genomfördes 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 den amerikanska tillverkningen, särskilt inom avancerad teknik, kommer de till stor del från utlandet.
”När vi talar om dem som ’kritiska mineraler’ är mycket av det kritiska inslaget relaterat till leveranskedjan och bearbetningen”, säger Michael Free, professor i metallurgisk teknik. ”Det här projektet 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 få data har tidigare samlats in eller analyserats i Utahs och Colorados kolområden.
Lauren Birgenheier, geolog vid University of Utah, inspekterar prover vid en avfallshög för kolbearbetning. Foto: Michael Vanden Berg, Utahs geologiska undersökning
”Målet med det här fas ett-projektet var att samla in ytterligare data för att försöka förstå om det här var något som var värt att satsa på i väst”, säger Michael Vanden Berg, programansvarig för energi och mineraler vid Utahs geologiska undersökning, som är medförfattare till studien. ”Finns det berikning av sällsynta jordartsmetaller i dessa bergarter som skulle kunna ge någon form av biprodukt eller mervärde till kolgruveindustrin?”
Forskarna analyserade 3.500 prover från 10 gruvor, fyra gruvavfallshögar, sju stratigrafiskt kompletta kärnor och till och med några kolaskhögar nära kraftverk.
”Kolet i sig är inte berikat med sällsynta jordartsmetaller”, säger Vanden Berg. ”Det kommer inte att bli någon biprodukt från kolbrytningen, men om ett företag bryter kollagret, kan de då ta några meter av golvet på samma gång? Skulle de kunna ta några meter av taket? Kan det finnas potential där? Det var i den riktningen som datan ledde oss.”
Teamet använde två olika metoder för att registrera nivåerna av sällsynta jordartsmetaller, uttryckta i miljondelar (ppm), i proverna. Den ena var en handhållen enhet för snabba avläsningar på fältet, den andra använde induktivt kopplad plasma-masspektrometri, eller ICP-MS, i ett laboratorium på campus.
”Vi använder mest den här bärbara röntgenfluorescensapparaten, 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”, säger Birgenheier. Om proverna visade koncentrationer högre än 200 ppm, körde de en mer fullständig analys med den mer kostsamma masspektrometriutrustningen.
Energidepartementet har fastställt 300 ppm som den lägsta koncentrationen för att gruvdrift av sällsynta jordartsmetaller ska vara potentiellt ekonomiskt lönsam. Men för studien ansåg forskarna att koncentrationer på mer än 200 ppm skulle betraktas som ”REE-berikade”.
I studien fann man den högsta förekomsten av sådana koncentrationer i formationer av siltsten och skiffer som gränsar till kol, medan sandsten och själva kolet mestadels saknade sällsynta jordartsmetaller.
Teamet har hittills analyserat 11.000 prover, långt fler än vad som användes i den publicerade studien. Nästa steg är att fastställa hur mycket malm av sällsynta jordartsmetaller som finns, vilket sannolikt kommer att göras tillsammans med kollegor vid University of Wyoming och New Mexico Institute of Mining and Technology.
Ytterligare information: Haley H. Coe et al, Rare earth element enrichment in coal and coal-adjacent strata of the Uinta Region, Utah and Colorado, Frontiers in Earth Science (2024). DOI: 10.3389/feart.2024.1381152
