title: Capacity of imaging spectroscopy for the characterisation of REO, REE bearing minerals and primary REE-deposits
Creators: name: Herrmann, Sabrina
Publisher: name: GFZ German Research Centre for Geosciences
Year: 2019

description: Scientific Technical Report - Data ; 19/08
description: The spectral characteristics of Rare Earth Elements (REEs) have been poorly 
	researched although the economic interest in these elements is increasing. This study investigates the detection of 
	REEs using remote sensing data. For this purpose the spectral response of each individual REE has been studied with 
	four spectrometers (HySpex (VNIR-1600, SWIR-320m-e), ASD Field Spec 3, Perkin Elmer LAMBDA 950, FTIR Spectrum GX) 
	using a spectral range of 350 to 16000 nm to incorporate different techniques. The relationship between the spectral 
	response and the REE concentration as well as the influence of other materials on the detection of REEs was examined
	using mixtures of calcium carbonate (the main component of REE ore rocks) and iron (III) oxide (hematite). Finally, 
	characteristic absorption bands have been employed on an EO-1 Hyperion satellite image, covering the REE Mountain 
	Pass mine in California and a HySpex image of a rock sample from Norway (soevite) to evaluate their potential use 
	as REE detectors.
	The results show that the REEs lanthanum, neodymium, samarium, europium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, 
	thulium and ytterbium cause several and differing absorption features in the visible near-infrared (VNIR) and 
	shortwave-infrared (SWIR) region. However, in wavelength ranges between 2500 and 16000 nm no absorption bands 
	distinctive of REEs appeared. In most cases, the concentration of REEs and the absorption depth show a logarithmic 
	relationship for different absorption features.
	The mixtures of neodymium and iron (III) oxide show that in presence of hematite the absorption features of 
	neodymium are superimposed by those features caused by iron (III) oxide. In comparison to hematite, calcium 
	carbonate has had no influence on the detection of neodymium in the VNIR.
	The application of characteristic absorption bands on the satellite image shows that the REE signal causes only, if 
	any, very small absorption bands in the spectrum at higher REE concentrations. In the rock sample, however, REEs 
	related absorption bands are detectable and can be seen clearly in the spectrum with a neodymium concentration of 
	around 0.14%.
	This study shows that imaging spectroscopy serves as a helpful tool for the characterization and detection of REE 
	concentrations in the laboratory and field environment. The detection of REEs via satellite images is limited by the 
	low intensity of the absorption features, despite the high REEs concentration. Nevertheless, the detection of REEs 
	by means of remote sensing is a non-invasive method that saves both money and time for sample preparation, 
	underlining its economic value.
description: Das spektrale Verhalten der Seltenen Erden (SEE) wurde, trotz des wachsenden
	wirtschaftlichen Interesses, bislang wenig erforscht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Identifizierung von SEE 
	mithilfe von Fernerkundungsdaten. Dazu wurde eine ausführliche spektrale Analyse der SEE, mithilfe von vier 
	Spektrometern durchgeführt (HySpex (VNIR-1600, SWIR-320m-e), ASD Field Spec 3, Perkin Elmer LAMBDA 950, FTIR 
	Spectrum GX). Diese decken einen Wellenlängenbereich von 350 bis 16000 nm ab und benutzen unterschiedliche 
	Messtechniken zur Identifizierung spektraler Merkmale. Zusätzlich wurde die Korrelation zwischen den spektralen 
	Merkmalen und der SEE Konzentration, sowie die Einflüsse durch andere Materialien auf die Detektion der SEE, 
	untersucht. Dazu wurden Mischungen mit Calciumcarbonat und Eisen (III)-oxid (Hämatit) angefertigt und spektroskopisch 
	gemessen. Für die Analyse der Detektion von SEE mithilfe von Satellitendaten wurde zusätzlich ein Satellitenbild des 
	EO-1 Hyperion, welche die Mountain Pass Mine in Kalifornien (USA) abdeckt, und eine HySpex Aufnahme einer SEE haltigen
	Gesteinsprobe (Sövite) aus Norwegen hinzugezogen. 
	Die Ergebnisse zeigen, dass die SEE Lanthan, Neodym, Samarium, Europium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium
	und Ytterbium spezifische und unterschiedliche Spektralmerkmale im Wellenlängenbereich des sichtbaren und nahem 
	Infrarot (VNIR) und des kurzwelligen Infrarot (SWIR) aufweisen. Für den Bereich zwischen 2500 und 16000 nm wurde kein 
	elementspezifisches Spektralmerkmal bestimmt. Die Analyse zwischen der Absorptionstiefe und der SEE Konzentration 
	anhand der Mischungen zeigte überwiegend einen logarithmischen Zusammenhang. Anhand der angefertigten Mischungen wurde
	nachgewiesen, dass die Signale von Neodym im Spektrum durch den störenden Einfluss von Hämatit überlagert werden. Im
	Vergleich mit der Calciumcarbonatmischung zeigt sich, dass Hämatit einen deutlich größeren Einfluss auf die Detektion 
	von Neodym besitzt. Weiterhin zeigt die Anwendung der identifizierten Spektralmerkmale in Satellitenaufnahmen, dass 
	die Detektion von SEE begrenzt ist, aufgrund des schwachen SEE Signals. Die Gesteinsprobe aus Norwegen verursachte im 
	aufgenommenen Spektrum mit dem HySpex deutliche Spektralmerkmale von Neodym. Die Konzentration von Neodym im Sövite 
	betrug ca. 0.14%.
	Die Arbeit zeigt, dass die Fernerkundung und die abbildende Spektroskopie ein großes Potential zur Analyse von SEE im 
	Labor und Feld besitzen. Die spektrale Klassifizierung von SEE mittels Satellitenaufnahmen ist, trotz höherer 
	Konzentrationen, wegen des geringen SEE Signals limitiert. Dennoch ist die spektrale Klassifizierung der SEE mittels 
	fernerkundlicher Analyseverfahren eine schnelle und nicht invasive Methode. Sie spart Geld und Zeit und ist ohne 
	jegliche Probenpräparation eine besonders interessante Methode für die Wirtschaft.