Gisements d'éléments de terres rares de carbonatite

Les carbonatites sont un groupe spécial de roches ignées riches en carbonates et la principale source mondiale d'éléments de terres rares (ÉTR), de niobium, de zirconium et d'oxyde de phosphate. Ils contiennent plus de 50 % de minéraux carbonatés primaires, moins de 20 % de minéraux silicatés (pyroxène, amphibole et olivine) et peu de minéraux phosphatés. Des gisements de carbonatite existent partout dans le monde, principalement dans le contexte du rift continental. Dans la plupart des cas, les carbonatites sont intrusives ou subvolcaniques, formant des feuilles de cônes, des cols volcaniques, des dykes, des filons-couches, des brèches et des veines. Une exception notable est la montagne Oldoinyo Lengai, dans le nord de la Tanzanie, qui est le seul volcan de carbonatite actif connu sur Terre. La préservation des coulées de lave carbonatite est rare, car les minéraux carbonatés s’altèrent si facilement.

Les carbonatites sont divisées en quatre grands groupes selon le minéral carbonaté dominant :

Les éléments de terres rares (ÉTR) sont un groupe d'éléments qui ont des propriétés géochimiques similaires et sont présents ensemble dans un gisement. Ils appartiennent à un groupe chimique appelé Lanthanides, qui occupe les numéros atomiques 57 à 71. Les éléments comprennent le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium, le samarium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium et le lutécium. . L'yttrium et le scandium sont également considérés comme des ETR car ils se trouvent dans les mêmes gisements de minerai que les lanthanides et ont des propriétés chimiques similaires. Les minerais contenant des ETR comprennent la bastnäsite, la monazite et le xénotime.

Les éléments des terres rares ne sont pas particulièrement rares – en fait, ils sont plus abondants que l’or. Cependant, ils sont rarement présents en concentrations élevées et des propriétés physiques et géochimiques similaires rendent difficile la séparation des éléments des terres rares les uns des autres. La séparation est réalisée grâce à une technologie de traitement coûteuse, ce qui rend l'exploitation de nombreuses carbonatites d'ÉTR de faible qualité peu rentables. Les éléments des terres rares ont de nombreuses utilisations, notamment la fabrication de moteurs de voitures électriques, de batteries lithium-ion, de disques durs d’ordinateurs, de panneaux solaires, de céramiques et d’aimants.

Les carbonatites ont la plus forte concentration connue d'ÉTR dans toutes les roches ignées, ce qui en fait une cible minière attrayante. Au début, l’exploitation des ETR se faisait principalement dans les gisements de placers en Inde et au Brésil. L’exploitation de carbonatites ETR a décollé dans les années 1950 avec la découverte du gisement Precambrian Mountain Pass en Californie, aux États-Unis. Mountain Pass était le principal fournisseur mondial d'ETR jusqu'au début des années 2000, lorsque les préoccupations environnementales et la concurrence chinoise ont entraîné la fermeture de la mine. Trois gisements de carbonatite en Chine (Bayan Obo, Maoniuping et Dalucao) fournissent la majorité des ETR mondiaux. L'exploitation minière à la mine Mountain Pass a repris en 2018 en réponse à la demande accrue d'ÉTR et aux forces géopolitiques.

La demande croissante d’ÉTR a incité à poursuivre l’exploration des gisements d’ÉTR dans les carbonatites du monde entier. Le continent africain, en particulier la vallée du Rift en Afrique de l’Est, abrite deux gisements importants d’ÉTR de carbonatite, qui sont discutés en détail ci-dessous.

Mrima Hill est un gisement de niobium et d'ÉTR situé dans le comté de Kwale, à environ 70 km au sud-ouest de la ville côtière kenyane de Mombasa. Le gisement du Crétacé se compose de quatre intrusions alcalines distinctes : Kiriku, Mrima, Nguluku et Jombo. Ces intrusions couvrent une superficie d'environ 2 km sur 1,3 km et seraient reliées en profondeur. Les intrusions alcalines sont constituées de carbonatites, d'agglomérats et de sédiments fénitisés. Le complexe a fait intrusion dans des grès jurassiques et est recouvert de sol et de latérite avec de faibles expositions, bien que l'intrusion de Mrima soit exposée en surface sous la forme d'une petite colline (1 000 x 600 m). L'altération est étendue, allant jusqu'à 100 mètres de profondeur à certains endroits, la section altérée montrant une forte concentration de minéraux mineurs résistants. Les principaux minéraux de terres rares présents sont la monazite ((Ce, La, Th) PO4) et la gorceixite (phosphate de baryum-aluminium avec terres rares).

Le gisement a été découvert au début des années 1950 et a fait l’objet d’explorations historiques approfondies. Le Département des Mines et de la Géologie du Kenya a réalisé un puits d'essai et 81 sondages dans les années 1950, suivis par plus de 400 sondages et 2 000 m de forages réalisés par Anglo American de 1955 à 1957 et Pechiney de 1971 à 1973. En 2010, les explorateurs avaient échantillonné plus de 3 000 m de forage, 9 000 m de puits d'essai et 37 tonnes d'échantillonnage en vrac. Les forages historiques ont indiqué une minéralisation élevée en éléments de terres rares, niobium, tantale, phosphate et manganèse jusqu'à 150 mètres de profondeur.