Rare earth elements pilot studies of the baltic marine sands enriched in heavy minerals
,
 
 
 
More details
Hide details
1
Polish Geological Institute-National Research Institute, Warszawa, Poland
2
Polish Geological Institute-National Research Institute, Marine Geology Branch, Gdańsk-Oliwa
 
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2016;32(4):5–27
 
KEYWORDS
ABSTRACT
The carried out pilot work on the concentration of rare earth elements (REE) in the Baltic marine sands from the Odra and Słupsk Banks showed that in some places their accumulations are quite interesting in terms of the placer deposits and may be the subject of an interesting prospecting project. The results of ICP-MS and electron microprobe (CAMECA SX-100) investigation confirm the close relationship of REE concentration to heavy minerals content in the sediments of marine sands. It is indicated, in addition to monazite, as a primary mineral carrier of rare earth elements. The vast preponderance of light REE is noted in the samples of heavy mineral concentrates from the Odra and Słupsk Banks as well as in the beach sand sample from the Hel Peninsula. The highest concentrations are achieved mainly by cerium and almost two times less by lanthanum. The total REE in the most interesting considered samples range from c.a. 0.14% (trench on the beach) to 0.9% (heavy minerals concentrate from the Odra Bank). The high contents of REE are accompanied by a high concentration of Th (900–150 ppm). Neodymium (0.1–0.17% Nd), whose presence is associated with the presence of pyrochlore and Nb-rutile also appears in the heavy minerals concentrate samples. It is necessary to systematically identify heavy minerals resources in the Baltic sands. More detailed research should cover the prospective areas situated to the North-East from the documented placer fields of the Odra Bank, as well as tentatively identified areas of the Słupsk Bank and submarine paleo-slope of the Hel Peninsula.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Pilotażowe badania pierwiastków ziem rzadkich w piaskach morskich Bałtyku wzbogaconych w minerały ciężkie
pierwiastki ziem rzadkich, minerały ciężkie, piasek morski, paleo mierzeja, Morze Bałtyckie
Przeprowadzono pilotażowe prace nad koncentracją REE w piaskach bałtyckich za pomocą metodyki ICP-MS oraz mikrosondy elektronicznej (CAMECA SX-100). Analizy chemiczne składu jakościowego i ilościowego pierwiastków ziem rzadkich w próbkach piasków z koncentratów minerałów ciężkich z Ławicy Odrzanej oraz z Ławicy Słupskiej jak również z wkopu na plaży na Półwyspie Helskim (16,6 km plaży wybrzeża) osiągają zawartości REE, które mogą być interesujące pod względem surowcowym. Wyniki oznaczeń potwierdzają zależność koncentracji REE od procentowej zawartości minerałów ciężkich w osadach piasków morskich. Wskazują ponadto na monacyt jako główny wśród minerałów nośnik REE. W zbadanych próbkach koncentratów minerałów ciężkich oraz w próbce z Półwyspu Helskiego jest zdecydowana przewaga LREE. Najwyższe koncentracje osiąga głównie cer, a prawie dwukrotnie niższe lantan. Suma REE w wyżej wymienionych najciekawszych pod względem zawartości REE próbkach mieści się w zakresie od około 0,14% (wkop na plaży) do około 0,9% (koncentrat z Ławicy Odrzanej). Wysokiej koncentracji REE towarzyszy wysoka zawartość Th (900–150 ppm). W próbkach koncentratu minerałów ciężkich pojawia się również neodym (0,1–0,17% Nd), którego obecność jest związana z pojawianiem się pirochloru oraz Nb-rutylu. Konieczne jest systematyczne rozpoznanie zasobów minerałów ciężkich w piaskach bałtyckich. Dokładniejszymi badaniami powinny być objęte obszary perspektywiczne położone na północny wschód od pól złożowych objętych dokumentacją zasobową „Ławica Odrzana”, wstępnie rozpoznane obszary na Ławicy Słupskiej oraz podwodny skłon (paleo-mierzeja) Półwyspu Helskiego.
 
REFERENCES (61)
1.
Akerman, K. and Krajewski, J. 1959. Studia nad selektywnym wzbogacaniem bałtyckich piasków cyrkononośnych. cz. II. Przem. Chem. Vol. 38 (in Polish).
 
2.
Bagdach, Z. and Lasko, S. 1989. Technologia pozyskiwania ilmenitu, rutylu, cyrkonu i granatów z piasków morskich Ławicy Słupskiej i Odrzanej. Technika i gospodarka morska 7 (452), pp. 330–332 (in Polish).
 
3.
Brański, P. and Mikulski, S.Z. 2016. Rare earth elements distribution in fine-grained deposits from the uppermost Triassic and Lower Jurassic of the Polish Basin: provenance and weathering of source area (preliminary results). Geological Quarterly Vol. 60(2). pp. 441–450.
 
4.
Chakhmouradian, A.R. and Wall, F. 2012. Rare Earth Elements: Minerals. Mines. Magnets (and More). Elements Vol. 8 (5), pp. 333–340.
 
5.
Collins, L.B. and Baxter, J.L. 1984. Heavy mineral-bearing strandline deposits associated with high-energy beach environments, southern Perth Basin, Western Australia. Australian Journal of Earth Sciences: An International Geoscience Journal of the Geological Society of Australia Vol. 31 (3), pp. 287–292.
 
6.
Dill, H.G. 2007. Grain morphology of heavy minerals from marine and continental placer deposits, with special reference to Fe-Ti oxides. Sedimentary Geology Vol. 198, pp. 1–27.
 
7.
Dill et al. 2012 – Dill, H.G., Weber, B. and Klosa, D. 2012. Morphology and mineral chemistry of monazite-zircon-bearing stream sediments of continental placer deposits (SE Germany): Ore guide and provenance marker. Journal of Geochemical Exploration Vol. 112, pp. 322–346.
 
8.
Economic, 1988. Economic and Social Commission for Asia and the Pacific and Australian Bureau of Mineral Resources, Geology and Geophysics, 1988, Mineral sands in Asia and the Pacific: New York, United Nations, Mineral Concentrations and Hydrocarbon Accumulations in the ESCAP Region, Vol. 4, p. 129.
 
9.
EU Resolution, 2011. An effective raw materials strategy for Europe. European Parliament resolution of 13 September 2011. [Online] Available at: http://eur lex.europa.eu/LexUriServ/LexUr... [Accessed: 9.10.2016].
 
10.
Galos et al. 2012 – Galos, K., Nieć, M., Radwanek-Bąk, B., Smakowski, T. and Szamałek, K. 2012. Bezpieczeństwo surowcowe Polski w Unii Europejskiej i na Świecie. Biuletyn Pań. Inst. Geol. Vol. 452, pp. 43–52 (in Polish).
 
11.
Galos, K. and Smakowski, T. 2008. Nowa polityka surowcowa Unii Europejskiej w obszarze surowców nie-energetycznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 24(4). pp. 75–90 (in Polish).
 
12.
Haas et al. 1995 – Haas, J.R., Shock, E.L. and Sassani, D.C. 1995. Rare earth elements in hydrothermal systems: Estimates of standard partial molar thermodynamic properties of aqueous complexes of the rare earth elements at high pressures and temperatures. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol. 59, pp. 4329–4350.
 
13.
Haque et al. 2014 – Haque, N., Hughes, A., Lim, S. and Vernon, C. 2014. Rare Earth Elements: overview of mining, mineralogy, uses, sustainability, and environmental impact. Resources 2014 Vol. 3, pp. 614–635.
 
14.
Hatch, G.P. 2012. Dynamics in the global market for rare earths. Elements Vol. 8, pp. 341–346.
 
15.
Hedrick J.B. 1997. Rare-earths. Mineral Industry Surveys. Annual review 1996. USGS Reston.
 
16.
Jones, Ph. 1994. Baltic mineral sands Project. Inferred mineral resource estimate. [App. to:] Kramarska R. 1993. Poszukiwanie i rozpoznanie złóż minerałów ciężkich w rejonie Ławicy Odrzanej. Opracowanie i ocena wyników fazy 1 i 2. NAG PIG-PIB OGM Gdańsk. Nr arch. 338.
 
17.
Jurowska et al. 1978 – Jurowska, Z., Masłowska, M., Michałowska, M. and Trokowicz, D. 1978. Mapa osadów dennych Ławicy Odrzanej w skali 1200 000 z uwzględnieniem koncentracji minerałów ciężkich. CAG PIG-OGM Gdańsk. Nr arch. 47 (in Polish).
 
18.
Juskowiak et al. 1976 – Juskowiak, O., Gustkowicz, S. and Sokołowska, G. 1976. Badania technologiczne frakcji piaszczystej morskich osadów Bałtyku Południowego. NAG PIG-PIB. Warszawa. nr inw. 21 172 (in Polish).
 
19.
Kanasiewicz J. 1987. Pierwiastki ziem rzadkich. Dolny Śląsk [W:] Budowa geologiczna Polski. Złoża surowców mineralnych. T. VI (red. R. Osika), pp. 369–371. Warszawa: Wyd. Geol.
 
20.
Kaulbarsz et al. 2013 – Kaulbarsz, D., Jurys, L., Kramarska, R. and Przezdziecki, P. 2013. Dokumentacja geologiczna złoża piasków z minerałami ciężkimi Ławica Odrzana pola A i B w kat. D. NAG PIG-PIB. OGM Gdańsk, nr arch. 1110 (in Polish).
 
21.
Klupa, A. 2012. Cenniejsze niż złoto? Metale ziem rzadkich w światowej strategii gospodarczej. Przegląd Strategiczny 1, pp. 239–251 (in Polish).
 
22.
Kotliński, R. 1985. Osady dna Ławicy Słupskiej. Biuletyn Instytutu Geologicznego Vol. 352, pp. 5–56 (in Polish).
 
23.
Kotliński, R. and Kramarska, R. 1977. Badania nad wytypowaniem najbardziej perspektywicznego rejonu dla poszukiwań złóż rozsypiskowych minerałów ciężkich w strefie szelfu południowego Bałtyku. NAG PIG. OGM Gdańsk. Nr arch. 49 (in Polish).
 
24.
Kramarska, R. 1991. Badania mineralogiczne i analiza porównawcza składników użytecznych wybranych rejonów Ławicy Odrzanej. NAG PIG OGM Gdańsk, Nr arch. 225 (in Polish).
 
25.
Kramarska, R. 1993. Poszukiwanie i rozpoznanie złóż minerałów ciężkich w rejonie Ławicy Odrzanej. Opracowanie i ocena wyników fazy 1 i 2. NAG PIG-PIB Oddział Geologii Morza w Gdańsku. Nr arch. 338 (in Polish).
 
26.
Kramarska, R. 1998. Origin and development of the Odra Bank in the light of the geologic structure and radiocarbon dating. Geological Quarterly Vol. 42 (3), pp. 277–288.
 
27.
Kramarska et al. 2005 – Kramarska, R., Jegliński, W., Jurys, L., Przezdziecki, P., Uścinowicz, Sz. and Zachowicz, J. 2005. Atlas parametrów litologicznych osadów powierzchniowych południowego Bałtyku ze szczególnym uwzględnieniem geologiczno-górniczych warunków występowania surowców okruchowych. NAG PIG-PIB. OGM Gdańsk. Nr arch. 753 (in Polish).
 
28.
Kramarska et al. 2016 – Kramarska R., Jegliński W., Kaulbarsz D., Pączek U., Przezdziecki P., Bojakowska I., Koszka-Maroń D., Relisko-Rybak J., Uścinowicz Sz. 2016. Czwartorzęd Zatoki Pomorskiej i perspektywy surowcowe. Przegląd Geologiczny Vol. 64(8), pp. 552–563 (in Polish).
 
29.
Krzemińska, E. and Krzemiński, L. 2012. Alkaliczna intruzja syenitowa Mławy a perspektywy występowania pierwiastków ziem rzadkich. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego Vol. 448, pp. 401–08 (in Polish).
 
30.
Kubicki, S. 1987. Pierwiastki ziem rzadkich. [W:] Budowa geologiczna Polski. Złoża surowców mineralnych. Tom VI (red. R. Osika), pp. 371–372. Warszawa: Wyd. Geologiczne (in Polish).
 
31.
Kynicky et al. 2012 – Kynicky, J., Smith, M.P. and Xu, C. 2012. Diversity of Rare Earth Deposits: The Key Example of China. Elements Vol. 8, pp. 361–367.
 
32.
Leontjew et al. 1982 – Leontjew, O.K., Nikiforow, L.G., Sajanow, G.A. 1982. Geomorfologia brzegów morskich. Warszawa: Wyd. Geologiczne (in Polish).
 
33.
Long et al. 2010 – Long K.R., Van Gosen, B.S., Foley, N.K. and Cordier D. 2010. The Principal Rare Earth Elements Deposits of the United States – A Summary of Domestic Deposits and a Global Perspective. US Geological Survey Scientific Investigations Report 2010–5220.
 
34.
Łoziński, J. and Masicka, H. 1959. Badania minerałów ciężkich w piaskach plażowych Zatoki Gdańskiej. Rocznik Pol. Tow. Geol. Vol. 32, pp. 579–599 (in Polish).
 
35.
Łuszczkiewicz. A. 1984. Technologiczna ocena możliwości wzbogacania piasków morskich Bałtyku. Pr. Nauk. Inst. Chemii Nieorg. i Metalurgii Pierw. Rzadkich Polit. Wrocł., Vol. 51. Seria: Konferencje Vol. 10, pp. 107–116 (in Polish).
 
36.
Łuszczkiewicz et al. 1988 – Łuszczkiewicz, A., Kurzyca, M., Steinhoff, J. and Świerkot-Kopała, A. 1988. Ocena możliwości pozyskiwania minerałów ciężkich z piasków Ławic Słupskiej i Odrzanej. Przegląd Górniczy Vol. 10, pp. 12–17 (in Polish).
 
37.
Mączka, L. and Racinowski, R. 1960. Formy występowania skupień minerałów ciężkich na plażach Pomorza Zachodniego. Kwartalnik Geologiczny Vol. 13, pp. 221–232 (in Polish).
 
38.
Mapa Geologiczna dna Bałtyku w skali 1:200 000. 1989–1995. (red. J.E. Mojski). WarszawaŁ Państw. Inst. Geol.
 
39.
Mariano, A.N. and Mariano, A. 2012. Rare earth mining and exploration in North America. Elements Vol. 8, pp. 369–376.
 
40.
McDonough, W.F. and Sun, S.S. 1995. Composition of the Earth. Chemical Geology Vol. 120, pp. 223–253.
 
41.
Mikulski et al. 2014 – Mikulski, S.Z., Oszczepalski, S., Brański, P., Kozdrój, W., Markowiak, M., Kramarska, R., Chmielewski, A., Sadłowska, K. and Damrat, M. 2014. Weryfikacja stanu wiedzy o mineralizacji metalami ziem rzadkich (REE) wraz z pilotażową oceną ich perspektyw złożowych w Polsce z wyłączeniem obszaru kratonu wschodnioeuropejskiego. 1463/2016 NAG Warszawa (in Polish).
 
42.
Mikulski et al. 2015 – Mikulski, S.Z., Markowiak, M., Sadłowska, K., Chmielewski, A., Zieliński, G. 2015. Pilotażowe badania pierwiastków ziem rzadkich w strefie kontaktu bloku małopolskiego z blokiem górnośląskim. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego Vol. 465, pp. 77–98 (in Polish).
 
43.
Moss et al. 2011 – Moss. R.L., Tzimas, E., Kara, H., Willis, P. and Kooroshy J. 2011. Critical Metals in Strategic Energy Technologies Appendices, Assesing Rare Metals as supply-chain bottlenecks in Low-Carbon Energy Technologies: JRC European Commission, pp. 1–159.
 
44.
Opinion 2006. Opinion of the European Economic and Social Committee on Risks and problems associated with the supply of raw materials to European industry. Official Journal 2006/C 309/16.
 
45.
Oszczepalski et al. 2016 – Oszczepalski, S., Chmielewski, A. and Mikulski, S.Z. 2016. Controls on the distribution of rare earth elements in the Kupferschiefer series of SW Poland. Geological Quarterly Vol. 60 (4). DOI: http://dx.doi.org/10.7306/gq.1....
 
46.
Paulo, A. 1993. Dlaczego nie należy poszukiwać złóż rud niobu i pierwiastków ziem rzadkich w Polsce? Pol. Tow. Mineral. Pr. Specjal. Vol. 3, pp. 55–77 (in Polish).
 
47.
Paulo, A. 1999. Pierwiastki ziem rzadkich pod koniec XX wieku. Przegląd Geologiczny Vol. 47(1), pp. 34–41 (in Polish).
 
48.
Paulo, A. and Krzak, M. 2015. Pierwiastki ziem rzadkich. Metale rzadkie. Kraków: Wyd. AGH (in Polish).
 
49.
Radwanek-Bąk, B. 2011. Zasoby kopalin Polski w aspekcie oceny surowców krytycznych Unii Europejskiej. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 27, pp. 5–19 (in Polish).
 
50.
Rosińska, M. 1981. Badania technologiczne złóż rozsypiskowych różnych surowców w akwenie Bałtyku (próby odzysku cyrkonu i ziem rzadkich). NAG PIG-PIB Warszawa (in Polish).
 
51.
Sawicka, E. 1953. Minerały ciężkie w piaskach plażowych polskiego wybrzeża Bałtyku. Biuletyn Instytutu Geologicznego, pp. 29–35 (in Polish).
 
52.
Smakowski, T. 2011. Surowce mineralne – krytyczne czy deficytowe dla gospodarki UE i Polski. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcvami Mineralnymi i Energią PAN Vol. 81, pp. 59–68 (in Polish).
 
53.
Smakowski et al. 2012 – Smakowski, T., Ney, R. and Galos, K., red. Minerals Yearbook of Poland 2012. Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences 2013, 559 pp.
 
54.
Szamałek, K. 2011. Rational mineral deposit management in the light of mineral resources theory. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 27, pp. 5–15.
 
55.
Szamałek et al. 2013 – Szamałek, K., Konopka, G., Zglinicki, K. and Marciniak-Maliszewska, B. 2013. New potential source of rare earth elements. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management Vol. 29(3), pp. 59–76.
 
56.
[Online] Available at: http://minerals.usgs.gov/miner... [Accessed: 3.9.2016].
 
57.
Wajda, W. 1970. Minerały ciężkie piasków dennych polskiego wybrzeża Bałtyku. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego Vol. 40 (1), pp. 131–149 (in Polish).
 
58.
Wajda, W. 1977. Badania litologiczne i mineralogiczne osadów dennych rejonu Ławicy Odrzanej. Stud. i Mater. Ocean Vol. 19, pp. 265–270 (in Polish).
 
59.
Wajda, W. 1980. Osady piaszczyste południowego Bałtyku w aspekcie badań przydatnych gospodarczo koncentracji minerałów ciężkich. Peribalticum I. GTN, Gdańsk, pp. 59–78 (in Polish).
 
60.
Wajda, W. 1982. Banka Odry po rezultatam nowych geołogiczeskich issledowanij. Peribalticum II. GTN, Gdańsk. pp. 171–183 (in Polish).
 
61.
Zwierzycki, J. 1947. Złoża cyrkonu na Pomorzu Zachodnim. Hutnik (in Polish).
 
eISSN:2299-2324
ISSN:0860-0953