Determination of Minerals Containing Rare Earth Elements (REE) in Kızılcaören (Sivrihisar) Region Using Mineral Liberation Analysis (MLA) Method

Abstract

Most of Rare Earth Element (REE) deposits have been formed in different tectonic environments because of complex geological processes. This situation leads to the formation of various REE minerals with similar chemical compositions. It is extremely hard to classify REE minerals by performing conventional description and analysis methods such as petrography, X-ray diffraction (XRD) and whole rock geochemistry. Therefore, advanced analysis systems that are cabaple to determine chemical compositions of REE minerals must be used during the mineralogical characterization studies. In this study, the REE minerals from the Kızılcaören Ba-F-REE deposit have been identified by using mineral liberation analysis (MLA) system. As a result of these studies, the REE minerals in the region have been classified considering their chemical compositions (Ca, REE, F, P), and are composed of Th-bearing parasite-(Ce), REE carbonate, synchysite-(Ce) and monazite from high to low abundances, respectively.

Keywords

• Kızılcaören (Sivrihisar)
• Mineral Liberation Analysis (MLA)
• Quantitative Mineralogy
• Rare Earth Element (REE)
• Thorium (Th) Parisite

Kızılcaören (Sivrihisar) Bölgesi Nadir Toprak Element (NTE) İçeren Minerallerin Mineral Serbestleşme Analiz (MLA) Yöntemi Kullanılarak Tayini

Abstract

Nadir Toprak Element (NTE) yataklarının çoğu, karmaşık jeolojik süreçler nedeniyle farklı tektonik ortamlarda oluşmuştur. Bu durum, benzer kimyasal bileşime sahip çeşitli NTE minerallerinin oluşmasına neden olmaktadır. Petrografi, X-ışını kırınımı (XRD) ve tüm kayaç jeokimyası gibi geleneksel tanımlama ve analiz yöntemlerini uygulayarak NTE minerallerini sınıflandırmak son derece zordur. Bu nedenle, mineralojik karakterizasyon çalışmaları sırasında NTE minerallerinin kimyasal bileşimlerini belirlemeye yönelik gelişmiş analiz sistemleri kullanılmalıdır. Bu çalışmada, Kızılcaören Ba-F-NTE yatağından alınan NTE mineralleri, mineral serbestleşme analizi (MLA) sistemi kullanılarak tanımlanmıştır. Bu çalışmalar sonucunda, bölgede bulunan NTE mineralleri, kimyasal bileşimleri (Ca, NTE, F, P) dikkate alınarak sınıflandırılmış olup, çoktan aza doğru Th içeren parazit-(Ce), NTE karbonat, sinçisit-(Ce) ve monazitten oluşmaktadır.

Keywords

• Kantitatif Mineraloji
• Kızılcaören (Sivrihisar)
• Mineral Serbestleşme Analizi (MLA)
• Nadir Toprak Element (NTE)
• Toryum (Th) Parisit

References

1. Arda, O. (1976). Eskişehir-Sivrihisar-Kızılcaören bölgesinde ortaya çıkan toryum ve nadir toprak elementleri içeren karbonatitik oluşumlar ve jenezleri hakkında düşünceler. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Teksir, Ankara (basılmamış).
2. Bingöl, E. (1976). Batı Anadolu’nun jeotektonik evrimi. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Dergisi, 86, 14-43. Erişim adresi: https://dergi.mta.gov.tr/
3. Bhushan, S. K., Kumar, A. (2013). First carbonatite hosted REE deposit from India. Journal Geological Society of India, 81, 41-60. doi:10.1007/s12594-013-0005-y
4. Castor, S.B., Hedrick, J.B. (2006). Rare Earth Elements. In: Kogel, J.E., Trivedi, N.C., Barker, J.M. ve Krukowski, S.T., Industrial Minerals and Rocks: Commodites, Markets and Uses, 7th edition. SME, 769-792.
5. Çağatay, N. (1981). Türkiye’nin bazı radyoaktif cevherleşmeleri üzerinde mineralojik çalışmalar. Türkiye Jeoloji Kurumu Bülteni, 24, 59-65. Erişim adresi: http://tjb.jmo.org.tr/
6. Çimen, O., Corcoran, L., Kuebler, C., Simonetti, S. S., Simonetti, A. (2020). Geochemical, stable (O, C, and B) and radiogenic (Sr, Nd, Pb) isotopic data from the Eskişehir-Kızılcaören (NW-Anatolia) and the Malatya-Kuluncak (E-central Anatolia) F-REE-Th deposits, Turkey: implications for nature of carbonate-hosted mineralization. Turkish Journal of Earth Sciences, 29, 1-17. doi:10.3906/yer-2001-7
7. Delaloye, M., Özgenç, I. (1983). Petrography and age determinations of the alkaline volcanic rocks and carbonatite of Kιzιlcaören district, Beylikahιr-Eskişehir, Turkey. Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mitteilungen, 63, 289–294. Erişim adresi: https://www.e-periodica.ch/digbib/ volumes?UID=smp-001
8. Erentöz, C. (1975). 1/500.000 ölçekli Türkiye jeoloji haritası. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, Ankara.

9. Förster, H. J. (2001). Synchysite-(Y)±synchysite-(Ce) solid solutions from Markersbach, Erzgebirge, Germany: REE and Th mobility during high-T alteration of highly fractionated aluminous A-type granites. Mineralogy and Petrology, 72, 259-280. doi:10.1007/s007100170019
10. Gültekin, A. H., Örgün, Y. (2000). Kızılcaören (Sivrihisar-Eskişehir) yöresi Tersiyer alkali volkanitlerle ilişkili nadir toprak elementli florit-barit yatakları. Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 1 (1), 85-94. Gültekin, A. H., Örgün, Y., Suner, F. (2003). Geology, mineralogy and fluid inclusion data of the Kızılcaören fluorite-barite-REE deposit, Eskişehir, Turkey. Journal of Asian Earth Sciences, 21, 365-376. doi:10.1016/S1367-9120(02)00019-6
11. Gürtekin, G. (2020). Maden atık karakterizasyonunda proses mineralojisi uygulaması. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Jeoloji Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara, 427 s.
12. Kaaden, G. (1966). The significance and distribution of glaucophane rocks in Turkey. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Bülteni, 67, 36-37. Erişim adresi: https://dergi.mta.gov.tr/
13. Kaplan, H. (1977). Eskişehir-Sivrihisar-Kızılcaören köyü yakın güneyi nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağı. Jeoloji Mühendisliği, 2, 29-34. Erişim adresi: http://tjb.jmo.org.tr/
14. Kırıkoğlu, S. (1983). Fluorit-baryt-Th und SEE-lagerstatten ın gebbiet von Kızılcaören, Provinz Eskişehir, west-Turkei. Doktorarbeit an der Montanuniversitaet Leoben, 276 p.
15. Kulaksız, S. (1972). Sivrihisar kuzeybatı yöresinin jeolojisi. Doktora Tezi, Hacettepe Üniversitesi Yerbilimleri Enstitüsü, Ankara.
16. Kupfahl, H. G. (1954). 55-2, 55-4 (Eskişehir) ve 56-1, 56-3 (Sivrihisar) paftalarının löveleri esnasında yapılan jeolojik inceleme hakkında rapor. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Rapor No. 2247, Ankara (basılmamış). Erişim adresi: https://eticaret.mta. gov.tr/
17. Möller, P. (1986). Rare Earth Mineral Deposits and their Industrial Importance. In: Möller, P., Cerny, P. and Saupe, F., Lantanides, Tantalum and Niobium. Proceeding of a workshop in Berlin, November 1986, Spring-Verlag. doi:10.1007/978-3-642-87262-4_6
18. Nakoman, E. (1979). Radyoaktif hammaddeler jeolojisi. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Eğitim Servisi, No. 20, Ankara (basılmamış).
19. Nikiforov, A. V., Öztürk, H., Altuncu, S., Lebedev, V. A. (2014). Kızılcaören ore-bearing complex with carbonatites (Northwestern Anatolia, Turkey): Formation time and mineralogy of rocks. Geology of Ore Deposits, 56 (1), 35-60.doi:10.1134/S107570151401005X
20. Özgenç, İ. (1983). Karkın köyü (Sivrihisar-Eskişehir) nadir toprak elementleri florit-barit yatağının incelenmesi. Yayımlanmamış Doçentlik Tezi. Dokuz Eylül Üniversitesi, 131 s.
21. Özgenç, İ. (1993). Kızılcaören (Sivrihisar-Eskişehir) karbotermal bastnazit-florit-barit yatağının jeolojisi ve nadir toprak element jeokimyası. Türkiye Jeoloji Bülteni, 36, 1-11. Erişim adresi: http://tjb.jmo.org.tr/
22. Öztürk, H., Hanilçi, N., Altuncu, S., Kasapçı, C. (2019). Rare earth element (REE) resources of Turkey: An overview of their characteristics and origin. Bulletin of the Mineral Research and Exploration, 159, 129-143. Erişim adresi: https://dergi.mta.gov.tr/
23. Romieux, J. (1942). Sivrihisar, Paşa Dağları ve Emirdağ bölgelerinin jeoloji hakkında rapor. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Rapor No. 1431, Ankara (basılmamış).
24. Samson, I.M., Wood, S.A. (2004). The rare earth elements: behavior in hydrothermal fluids and concentration in hydrothermal mineral deposits, exclusive of alkaline settings. In: Linnen, R.L. ve Samson, I.M. Rare-element geochemistry and mineral deposits. Geological Association of Canada Short Course Notes Volume 17. Geological Association of Canada, 269-298. Erişim adresi: https://gac.ca/product/rare-element-geochemistry-and-mineral-deposits/
25. Sayit, K., Göncüoğlu, M. C. (2009). Geochemistry of mafic rocks of the Karakaya complex, Turkey: evidence for plume-involvement in the Palaeotethyan extensional regime during the Middle and Late Triassic. International Journal of Earth Sciences, 98, 157-185. doi:10.1007/s00531-007-0251-6 Schulz, B., Merker, G., Gutzmer, J. (2019). Automated SEM mineral liberation analysis (MLA) with generically labelled EDX spectra in the mineral processing of rare earth element ores. Minerals, 9 (527), 1-18. doi:10.3390/min9090527
26. Stumpfl, E. F., Kırıkoğlu, M. S. (1985). Fluorite-barite-rare earths deposits at Kızılcaören, Turkey. Mitteilungen Österreichischen Geologischen, 78, 193-200. Erişim adresi: https://www.zobodat.at/pdf/ MittGeolGes_78_0193-0200.pdf
27. Şen, P., Kuşçu, E., Ak, S. (2012). Nadir toprak elementler, özellikleri, cevherleşmeleri ve Türkiye nadir toprak element potansiyeli. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Doğal Kaynaklar ve Ekonomi Bülteni, 13, 1-8. Erişim adresi: https://www.mta.gov.tr/ v3.0/hizmetler/dogal-kaynaklar-ve-ekonomi-bulteni
28. Uçmak, F. (1969). Eskişehir-Sivrihisar-Beylikahır bölgesi toryum cevheri nihai raporu. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Radyoaktif Mineraller Servisi, Rapor No. 343, Ankara (basılmamış).
29. Van Rythoven, A. D., Pfaff, K., Clark, J. G. (2020). Use of QEMSCAN to characterize oxidized REE ore from the Bear Lodge carbonatite, Wyoming, USA. Ore and Energy Resource Geology, 2-3. doi:10.1016/ j.oreoa.2020.100005
30. Yakabağı, A. (1977). Eskişehir-Sivrihisar-Kızılcaören köyü yakın güneyi nadir toprak elementleri ve toryum kompleks cevher yatağı üzerine 1976 yılında yapılmış çalışmalar hakkında rapor ve Kocadevebağırtan sektörü ile Küçükhöyüklü sektörü rezerv hesabı. Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Radyoaktif Mineraller Servisi Raporu, Ankara (basılmamış).
31. Yıldız, N. (2016). Nadir Toprak Elementleri. Maden Mühendisleri Odası, 74 s. Erişim adresi: https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/03cfb3466d7fdaf_ek.pdf