แร่ที่มีธาตุโลหะหายาก

ตามคำนิยามของสหภาพระหว่างประเทศว่าด้วยเคมีและเคมีประยุกต์ (International Union of Pure and Applied Chemistry - IUPAC) แร่ที่มีธาตุโลหะหายาก () หรือ แร่โลหะหายาก () เป็นแร่ที่มีองค์ประกอบของธาตุเคมี 17 ชนิดในตารางธาตุ ประกอบด้วยสแกนเดียม อิตเทรียม และกลุ่มอนุกรมเคมีแลนทาไนด์ 15 ชนิด

โลหะหายาก คือ ธาตุในตระกูลแลนทานั่ม ซึ่งประกอบด้วย
เทอร์เบียม (Tb), ดิสโพรเซียม (Dy)
ลูทีเซียม (Lu) และธาตุอิตเทรียม (Y) อาจรวมธาตุ ทอร์เรียม (Th) สแกนเดียม (Sc), ไนโอเบียม (Nb) 
และแทลทาลัม (Ta) 
เข้าไปด้วยเพราะมักเกิดร่วมกัน

คำว่าธาตุหายากความจริงมีความหมายผิด เพราะธาตุ
เหล่านี้ไม่เพียงแต่หาง่าย (บางธาตุหาง่ายกว่าโลหะเงิน)
และโดยมากเป็นโลหะไม่ใช่อโลหะ

แร่โลหะหายาก คือแร่ที่มีธาตุโลหะหายากอยู่ในปริมาณที่แตกต่างกันไป มีแร่มากกว่า 200 ชนิด ที่มีธาตุโลหะ
หายาก ถ้าจะแบ่งแร่มีโลหะหายากสามารถแยกได้เป็น
แร่ที่มีการนำมาใช้ประโยชน์มากที่สุด 3 แร่คือ แบสต์นีไซต์ (Bastnaesite) โมนาไซต์ (Monazite) 
และ ซีโนไทม์ (Xenotime)

Mountain Pass แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา และ Baiyun Obo ในมองโกเลีย ประเทศจีน

จึงมักไปรวมตัวในลานแร่ เป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่หนักจากลานแร่ พวก อิลเมไนต์ รูไทต์และเซอร์คอนซึ่งเป็นธาตุพลอยได้จากการผลิตฟอสเฟต เช่น ในคาบสมุทรโคลา ในรัสเซีย ได้มีการทำเหมืองแร่นี้และได้ REO 1000-2000 ตัน/ปี

เป็นธาตุพลอยได้จากการแต่งแร่

แหล่งแร่โลหะหายากมีการกระจายตัวเกือบทั่วโลก (Kamitami,1989) แหล่งแร่ที่สำคัญ ได้แก่ 
Bay ในแอฟริกาใต้ และอเมริกา ในตะกอนสามเหลี่ยมแม่น้ำไนส์ ประเทศ อียิปต์

ถึงแม้ว่าจะมีแหล่งแร่โลหะหายากอยู่มากมายกระจัดกระจายอยู่ทั่วโลก แหล่งผลิตแร่โลหะหายากอย่างเดียวเป็นผลผลิตหลักก็คือ Mountain Pass ในสหรัฐอเมริกา
ที่เหลือจะเป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่อื่นๆ

ผลผลิตแร่โลหะหายากมาจาก 2 แหล่งคือ Mountain Pass, USA และ Bayan Obo ประเทศจีน (60 % ของผลผลิตทั้งโลก) 
สำหรับโมนาไซต์ เป็นแร่พลอยได้จากการผลิตแร่หนักจากแหล่งลานแร่ ในออสเตรเลีย มาเลเซีย อินเดีย บราซิล ทั้ง 2 แร่ดังกล่าวเป็นแร่พวกธาตุหายากน้ำหนักเบาเท่านั้น

การผลิตอิตเทรียมและธาตุหายากน้ำหนักสูงมาจากแร่ซีโนไทม์ ในลานแร่ที่มาเลเซีย และเป็นแร่พลอยได้จากการทำเหมืองแร่ยูเรเนียมที่ Elliot Lake ในคานาดา และจากแร่ดินใน
มณฑลเจียงสี ประเทศจีน ได้จากวิธี Heap Leaching จาก Residue Crusts ส่งไปญี่ปุ่น แหล่งแร่ Blind River Uranium-Bearing Conglomerate ผลิตอิตเทรียม
จากการละลายยูเรเนียม

การใช้ประโยชน์ธาตุโลหะหายากสามารถแบ่งได้เป็น 2 ตลาด

เป็นโลหะหายากน้ำหนักเบาในรูปของหัวแร่และสารประกอบ การใช้ประโยชน์ลดลงบ้างเล็กน้อย

ปัจจุบันเป็นตลาดที่กำลังโต และเป็นตลาดที่มีการค้นคว้าพัฒนาตลอดเวลา
ปริมาณสำรอง REO อย่างน้อย 8 ล้านตัน (ความสมบูรณ์เฉลี่ย 6 %) และปริมาณสำรองไนโอเบียมประมาณ 1 ล้านตัน (ความสมบูรณ์เฉลี่ย 0.13 %) 
นับว่าเป็นแหล่งแร่โลหะหายากที่ใหญ่ที่สุดในโลก มีปริมาณสำรอง REO ถึง 3 ใน 4 ของปริมาณสำรองของโลก (Drew et al., 1991)

แหล่งนี้เริ่มแรกทำเหมืองแร่เหล็กในปี 1940 จนกระทั่งปี 1965 เริ่มมีการผลิตแบสต์นีไซต์ และโมนาไซต์ จากส่วนที่ทิ้งจากเหมือง มวลสินแร่มีมากกว่า 20 มวล มีเหมือง
มากกว่า 20 เหมือง ที่ประกอบด้วยแร่เหล็ก คือ แมกนีไทต์ ฮีมาไทต์ โมนาไซต์ แบสต์นีไซต์ แร่ที่มีไนโอเบียม ฟลูออไรต์ แบไรต์ ที่ฝังตัวอยู่ใน
หินคาร์บอเนไทต์ พวกโดโลไมต์ และแคลไซต์ ของไบยุนโอโบกรุป ซึ่งมีอายุ Proterozoic

มวลสินแร่ Main และ East มีขนาดใหญ่ที่สุดวางตัวอยู่ในแนวตะวันออก-ตะวันตก ยาวประมาณ 1 และ 2 กิโลเมตรตามลำดับ และเอียงเทไปทางใต้ แร่หายาก 
ได้แก่ แบสต์นีไซต์ และ โมนาไซต์ กระจายอยู่ในหินคาร์บอเนต และมีความสัมพันธ์กับ แมกนีไทต์ ฮีมาไทต์ และฟลูออไรต์ รูปร่างของ Main Orebody 
พบว่า Massive Rare-Earth Iron Ore และ Fluorite Rare-Earth Iron Ore คือสินแร่ที่มีแร่หายากและเหล็กมากที่สุด ความสมบูรณ์เฉลี่ย 6 % REO

เชื่อว่าแหล่งแร่นี้เกิดจาก Hydrothermal Replacement ในหน่วยหินโดโลไมต์ ซึ่งมีหินชนวนหรือหินดินดานปิดทับ แหล่งแร่จะอยู่บนส่วนบนของหน่วยหินโดโลไมต์ 
ซึ่งทั้งหมดอยู่ในไบยุนโอโบกรุป วางตัวแบบไม่ต่อเนื่องอยู่บน Archean Migmatic Basement (Drew et al., 1991)

เป็นแหล่งแร่คาร์บอเนไทต์ที่มีปริมาณสำรองใหญ่เป็นที่สองของโลก ที่เกิดอยู่ในหินแปรยุค Precambrian มวลของคาร์บอเนไทต์ ชื่อ Sulfide Queen มีความยาว
720 เมตร และกว้าง 210 เมตร ประกอบขึ้นด้วยแร่หลัก พวก แบสต์นีไซต์ แบไรต์ และคาร์บอเนต ปริมาณสำรองวัดได้ของ REO ประมาณ 5 ล้านตัน ความสมบูรณ์เฉลี่ย
7 % REO ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาที่พบในหินคาร์บอเนไทต์

แหล่งแร่ชนิดนี้เพิ่งได้มีการค้นพบและพัฒนาทำเหมืองเป็นแหล่งแร่ที่พบอยู่ในชั้นเปลือกดินที่เกิดจากการผุพังสลายตัวบนหินแกรนิตในประเทศจีน เช่น ลองนาน
ซุนวู ดาเตียง และนานลิง ชั้นเปลือกดิน แบ่งออกได้เป็น 4 โซนตามชนิดของกลุ่มแร่ โซนของเมตต้าฮาลลอยไซต์-เคโอลิไนต์ เป็นโซนที่มีปริมาณธาตุ
โลหะหายากสูง แต่มีซีเรียมต่ำเป็นโซนที่มีการทำเหมืองด้วยวิธีเหมืองเปิด (Kamitami, 1989)

ดังนั้นการหาแหล่งแร่โลหะหายากจึงต้องมุ่งไปหาแหล่งแร่ดีบุก ทั้งที่เป็นแบบปฐมภูมิ และแบบทุติยภูมิ

จากปัญหาทางด้าน อุปสงค์ และอุปทาน ของปริมาณสำรองโลหะหายากของโลก ดังที่กล่าวมาแล้ว แหล่งแร่ที่น่าจะพิจารณาอีกแบบในประเทศไทย คือ ชนิด Ion-Absorption Type
ในชั้นเปลือกดินที่ผุพังสลายตัวจากหินแกรนิต โดยเฉพาะพวกหิน ทัวมาลีน-มัสโคไวต์-แกรนิต ที่ให้แร่ดีบุก โมนาไซต์ ซีโนไทม์ จึงน่าจะให้ธาตุโลหะชนิดที่ไปดูดซึมอยู่ในชั้น
เปลือกดินได้เช่นกัน