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稀土元素图： 美国的稀土元素区主要位于西部。该地图显示了潜在生产地点的位置-放大地图以查看所有位置。
稀土元素不是“稀有”
天然存在的稀土元素的几个地质方面都强烈影响着稀土元素原料的供应。这些地质因素以事实陈述的形式呈现，随后进行了详细讨论。
地壳中稀土元素的估计平均浓度约为百万分之150至220（表1），超过了工业规模开采的许多其他金属的平均浓度，例如铜（每百万分之55）。百万）和锌（百万分之70）。与大多数商业开采的贱金属和贵金属不同，稀土元素很少会集中到可开采的矿床中。
稀土元素浓度
稀土元素的主要浓度与不常见的火成岩种类有关，即碱性岩和碳酸盐岩。在砂砾矿床，火成岩，伟晶岩，氧化铁铜金矿床和海相磷酸盐的深层风化作用中形成的残留矿床中，也发现了潜在有用的含REE矿物质的浓度（表2）。
表格1。 稀土元素地壳丰度的估算。
碱性火成岩和岩浆
碱性火成岩是由岩浆的冷却形成的，这些岩浆的冷却是由地球地幔中岩石的少量部分融化而产生的。碱性岩石的形成是复杂的，尚未完全理解，但可以认为是一种地质过程，可以提取和浓缩那些不适合普通成岩矿物结构的元素。
所产生的碱性岩浆很稀有，并且异常地富含诸如锆，铌，锶，钡，锂和稀土元素的元素。当这些岩浆上升到地壳时，它们的化学成分会随着压力，温度和周围岩石成分的变化而发生进一步变化。结果是各种岩石种类惊人地丰富了各种经济元素，包括稀土元素。与这些岩石有关的矿物沉积物同样也非常多样且难以分类，因为这些沉积物的独特特征及其稀有性可导致仅具有一个或几个已知实例的分类。
稀土元素地质图： 加利福尼亚南部山区通行证稀土元素区的大部分地区的广义地质图。仅显示了数百个片岩，正长岩和碳酸盐岩堤坝中的代表性少数。未显示中生代或第三纪的广泛的安第斯和流纹岩堤。摘自USGS开放文件报告2005-1219。放大地图。
稀土矿分类
与碱性岩石有关的矿石的分类也存在争议。表2给出了一个相对简单的分类，该分类遵循与非碱性火成岩有关的沉积物的类似类别。含稀土矿石或与稀土矿石有关的一些较不常见的碱性岩石分别为碳酸盐岩和绿辉石岩，分别是主要由碳酸盐和磷酸盐矿物组成的火成岩。碳酸盐岩，尤其是磷钙石相对较少见，因为世界上只有527个已知的碳酸盐岩（Woolley和Kjarsgaard，2008年）。含REE矿物的经济集中发生在一些碱性岩石，矽卡岩和碳酸盐替代沉积物中，这些沉积物与碱性岩屑，切割碱性火成岩和周围岩石的脉和堤防以及碱性岩石的土壤和其他风化产物有关。
稀土元素周期表： 稀土元素是15种镧系元素，再加上钇。 most存在于大多数稀土元素矿床中，有时被归类为稀土元素。图片由。
稀土砂矿床
各种岩石的风化都会产生沉积物，这些沉积物会沉积在各种环境中，例如溪流，河流，海岸线，冲积扇和三角洲。侵蚀过程将较稠密的矿物（最主要是金）集中到称为砂矿的矿床中。根据侵蚀产物的来源，某些含稀土元素的矿物，例如独居石和xenotime，可以与其他重矿物一起浓缩。
来源不必是碱性火成岩或相关的稀土矿床。许多常见的火成岩，变质甚至更老的沉积岩都含有足够的独居石，可以产生含独居石的砂矿。结果，独居石几乎总是存在于任何砂矿中。但是，独居石浓度最高的砂矿类型通常为钛铁矿重矿物砂矿（已开采用于氧化钛颜料）和锡石砂矿（已开采用于锡）。
铁山稀土矿床： 铁山西北面的景色，甘尼森县，科罗拉多。铁山是由大量的碳酸盐岩形成的，形成碱性侵入复合物的中心。这个综合体拥有许多矿产资源，包括钛，铌，稀土元素和th。 USGS图片。
残留稀土矿床
在热带环境中，岩石被深深风化以形成独特的土壤剖面，该剖面由红土，铁和铝丰富的土壤组成，厚度高达数十米。土壤形成过程通常会将重矿物质作为残余沉积物集中，从而在下面的未风化基岩上形成富金属层。
当稀土矿床经历这样的风化时，可能会在经济利益集中地使其富含稀土元素。一种特殊类型的REE沉积物，即离子吸收型，是通过从看似常见的火成岩中浸出稀土元素并将其固定在土壤中的粘土上而形成的。这些矿床仅在中国南部和哈萨克斯坦才为人所知，对其形成了解甚少。
伟晶岩中的稀土元素
在伟晶岩中，一组非常粗大的侵入性火成岩，铌-钇-氟族，包含在不同地质环境中形成的大量亚型。这些亚型在成分上是花岗岩，通常发现在大型花岗岩侵入带的外围。但是，一般而言，含稀土元素的伟晶岩通常很小，仅对矿物采集者具有经济意义。
其他稀土矿床类型
自1980年代在南澳大利亚发现巨大的奥林匹克大坝矿床以来，氧化铁铜金矿床才被认为是独特的矿床类型。奥林匹克大坝矿床不寻常，因为其中含有大量的稀土元素和铀。尚未找到从这些矿床中回收稀土元素的经济方法。世界范围内还发现了许多其他这类矿床，但通常缺乏有关其稀土元素含量的信息。在磁铁矿-磷灰石替代矿床中还发现了痕量的稀土元素。
喀斯特铝土矿是富含铝的土壤，聚集在黑山和其他地方的洞穴状石灰岩（岩溶地貌中），富含稀土元素，但其浓度不具有经济意义（Maksimovic和Pantó，1996）。对于海洋磷酸盐矿床也可以这样说，其中可能含有多达0.1％的REE氧化物（Altschuler等人，1966）。结果，已经研究了回收作为磷酸盐肥料生产的副产物的稀土元素。
选矿挑战
在许多贱金属和贵金属矿床中，提取的金属高度集中在单一矿物相中，例如黄铜矿中的铜（CuFeS2）或闪锌矿中的锌（ZnS）。从岩石中分离出单个矿物相是一项相对容易的任务。最终产品是通常送入冶炼厂进行金属的最终提取和精炼的精矿。例如，锌几乎完全来自矿物闪锌矿，因此全球锌冶炼和精炼行业已经开发出高度专业化的这种矿物处理方法。因此，锌的生产具有显着的成本优势，因为使用的是单一标准技术，而开发新的锌矿在很大程度上是常规工艺。
当前的矿物加工实践能够顺序分离多个矿物相，但是这样做并不总是具有成本效益。当在两个或多个矿相中发现感兴趣的元素时，每个元素都需要不同的提取技术，则矿物加工的成本相对较高。许多稀土元素矿床包含两个或多个含稀土元素的相。因此，其中稀土元素主要集中在单一矿物相中的稀土元素沉积物具有竞争优势。迄今为止，稀土元素的生产主要来自单矿物相矿床，例如巴彦奥伯（玄武岩），山口（玄武岩）和重矿物砂矿（独居石）。
复杂矿物加工
含稀土元素的矿物一旦分离，就包含多达14种必须进一步分离和提炼的稀土元素（镧系元素和钇）。加利福尼亚芒廷帕斯矿山的冶金流程图说明了提取和精制稀土元素的复杂性（图2）。与化学上简单的金属硫化物不同，含稀土元素的矿物非常复杂。通常将诸如闪锌矿（ZnS）的贱金属硫化矿石冶炼以燃烧掉硫，并从熔融金属中分离出杂质。通过电解将所得金属进一步精制至接近纯度。另一方面，稀土元素通常通过数十种化学工艺进行提取和精制，以分离不同的稀土元素并去除杂质。
含稀土元素矿物中的主要有害杂质是th，这会使矿石产生有害的放射性。由于放射性物质难以安全开采和处理，因此受到严格监管。生产放射性废物时，必须使用特殊的处置方法。放射性物质的处理和处置成本严重阻碍了富含放射性的富含REE的矿物（特别是独居石）的经济开采，这些矿物通常含有大量的or。实际上，在1980年代，对放射性矿物的使用实行更严格的法规，使独居石的许多来源从稀土元素市场中撤出。
稀土元素的复杂冶金因没有两个稀土矿石真正相似而变得更加复杂。结果，没有提取含稀土元素的矿物并将其提炼成可出售的稀土化合物的标准方法。为了开发新的稀土元素矿，必须使用各种已知的提取方法和独特的优化处理步骤序列对矿石进行广泛的测试。与新的锌矿相比，稀土元素的工艺开发花费大量时间和金钱。