Железооксидно-апатитовые руды (IOA) состоят преимущественно из магнетита и гематита и имеют небольшую примесь апатита. Они весьма редки, однако встречаются по всему миру. Крупнейшая залежь находится в Швеции, у г. Кируна.

В последнее время стали обнаруживать приуроченные к таким месторождениям редкоземельные оруденения. Так, у Кируны найдены залежи монацита, содержащего лантаноиды, скандий и иттрий. К тому же на чилийском месторождении Эль-Лако обнаружили фосфат-железную тефру с монацитом, а в брекчиях трубок взрыва в Пи-Ридже и отвалах Адирондака в штате Нью-Йорк – редкоземельные элементы.

Предполагается, что руды IOA имеют магматическое происхождение. Они связаны с фосфат-железным и силикатным расплавом. Для современного вулканизма не зафиксированы насыщенные железом лавы. Механизм формирования таких руд неизвестен, как и причины насыщения редкоземельными элементами.

Новое исследование Института геологии и геофизики Китайской академии наук, Колледжа геологии и планетологии при Университете КАН и Австралийского национального университета было посвящено изучению этих вопросов.

В прошлых исследованиях ученые выяснили, что разделение магмы на фосфат-железный и силикатный расплавы способствует обогащению первого редкоземельными элементами. Новая работа была нацелена на подкрепление этих выводов.

В экспериментах исследователи использовали усовершенствованную установку типа цилиндр-поршень. Такие механизмы позволяют создать температуры до 1700°C и давление до 6 ГПа. Суть опытов состояла в загрузке в капсулу из благородного металла различных композитных смесей, соответствующих по составу рудам IOA, их нагреве и нагнетании для имитации условий разделения и кристаллизации расплавов. Было проведено 17 экспериментов продолжительностью от 2 до 5 суток. Элементный состав расплавов определяли методами рентгеноспектрального микроанализа и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и лазерной абляцией.

Фосфат-железные расплавы при температуре 1150°C и давлении 0,8 ГПа включают микронные капли фосфатов железа, которые смешиваются с каплями силикатов и минералами. Кристаллизация происходит при 800-900°C.

По результатам установлено, что редкоземельные элементы, особенно тяжелые, интенсивно насыщают железо-фосфатный расплав. В некоторых экспериментах удалось достичь их концентраций, в 100 раз превышающих ранее полученные значения.

Ученые полагают, что любые виды фосфат-железных руд, образовавшиеся после разделения расплава, могут быть насыщены редкоземельными элементами.