Incorporación estructural de elementos de tierras raras en los fraccionados de goetita

Área de la Ciencia:

• Geoquímica
• Minerología
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los elementos de tierras raras son cruciales para las tecnologías modernas.
• Una parte significativa de los REE en los depósitos de adsorción iónica (IAD) está alojada en minerales de óxido de hierro, principalmente goetita.
• Estos REE alojados en goetita a menudo se consideran no extraíbles debido a la presunta incorporación estructural.

Objetivo del estudio:

• Investigar la compatibilidad a nivel atómico y los mecanismos de incorporación de las REE dentro de la goetita y su precursor, la ferrihidrita (FH).
• Comprender la favorabilidad energética y los sitios estructurales ocupados por los REE en los oxihidróxidos de hierro
• Aclarar el papel de los oxihidróxidos de hierro en el fraccionamiento de REE durante los procesos geológicos.

Principales métodos:

• Análisis de la función de distribución de pares de rayos X (PDF) para investigar la estructura atómica local.
• Espectroscopia de estructura fina de absorción de rayos X extendida (EXAFS) de borde LIII para determinar los entornos de coordinación.
• Simulaciones de dinámica molecular (AIMD) para modelar los datos EXAFS y explorar los mecanismos de incorporación.

Principales resultados:

• La compatibilidad de REE con goetita y FH sigue la tendencia Lu ≥ Yb ≫ Dy > Nd.
• El neodimio (Nd) y el disprosio (Dy) forman principalmente fases amorfas secundarias, con una incorporación limitada en la goetita (<30%).
• El lutecio (Lu) y el iterbio (Yb) muestran una incorporación significativa en estructuras similares a la goetita, facilitadas por vacíos de hierro protonados y configuraciones de intercambio de bordes.

Conclusiones:

• El estudio aclara los mecanismos a escala atómica de la incorporación de REE en goetita, desafiando las suposiciones anteriores de sustitución simple.
• Las vacantes de hierro protonado y los entornos de coordinación específicos son clave para acomodar REE más grandes como Lu e Yb dentro de la red de goetita.
• Este mecanismo de incorporación sugiere que el fraccionamiento de REE ocurre durante los procesos de desgaste que forman depósitos de adsorción lateríticos e iónicos.