DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-08487-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40651971
تاريخ النشر: 2025-07-12
المؤلف: Maryam Khosravi وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجيوكيمياء والتحليل العنصري
نظرة عامة
تحتوي منطقة تعدين جاجرم على نوعين متميزين من عدسات وأفق البوكسيت: النوع A والنوع B. يقع بوكسيت النوع B بين تشكيل إليكا في العصر الترياسي المبكر-الوسط وتشكيل شاه ميرزاد في العصر الترياسي المتأخر. تكشف تحليل تركيزات الليثيوم في عينات الخام عن تباين كبير، حيث تظهر الملف I قيمًا تتراوح من 7.9 إلى 3780 جزء في المليون (متوسط 593.6 جزء في المليون) والملف II يتراوح من 94.8 إلى 723 جزء في المليون (متوسط 392.9 جزء في المليون). ومن الجدير بالذكر أن العينات التي تحتوي على محتوى معتدل من Al$_2$O$_3$ (30-40 وزن%) ونسب Al$_2$O$_3$/SiO$_2$ أقل من 2 تظهر تركيزات أعلى من الليثيوم (Li) وعناصر الأرض النادرة (REE)، ويعزى ذلك إلى الامتصاص التفضيلي لهذه العناصر بواسطة المعادن الطينية خلال عملية الكاولين والتجوية المبكرة.
تشير النتائج إلى أن إثراء الليثيوم يكون أكثر وضوحًا في عينات البوكسيت الغنية بالطين، بينما يرتبط انخفاض تركيز الليثيوم بزيادة شدة التجوية. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط المستويات المرتفعة من الغاليوم (Ga) والنيوبيوم (Nb) والتنتالوم (Ta) وغيرها من المعادن الحيوية بتركيزات أعلى من أكاسيد الألمنيوم (الأكسيد الهيدروكسيدي) وأكاسيد التيتانيوم، مما يعكس تأثيرات التجوية على توزيع العناصر. تؤكد هذه التقييم الشامل على أهمية رواسب جاجرم ليس فقط كمصدر رئيسي للألمنيوم ولكن أيضًا كمورد استراتيجي للمعادن الحيوية، مما يضعها كهدف حيوي لاستكشافات وأنشطة التعدين المستقبلية.
طرق
في هذه الدراسة، تم أخذ عينات من ملفين للبوكسيت بمسافة عمودية متوسطة تبلغ 0.5 م، مما أسفر عن 20 عينة من الملف I و19 من الملف II. خضعت العينات لسلسلة من الخطوات التحضيرية، بما في ذلك التكسير إلى 60 شبكة والطحن إلى أقل من 200 شبكة. تم تحليل العناصر الرئيسية والعناصر النادرة باستخدام تقنية الفلورية بالأشعة السينية (XRF) وطيف الكتلة المتصلة بالبلازما (ICP-MS) في مختبر ALS Chemex في قوانغتشو، الصين. تضمنت الإجراءات التحليلية معالجة العينات المسحوقة بحمض النيتريك (HNO₃) وحمض الهيدروفلوريك (HF) في قنبلة تيفلون، تلتها سلسلة من خطوات التسخين والتجفيف لتحضير العينات للتحليل.
تم إجراء تحليل معدني باستخدام جهاز قياس الأشعة السينية X’Pert PRO DY2198، مع ضبط معلمات تشغيل محددة للحصول على بيانات مثلى. تم إجراء تحليلات ميكروكيميائية وميكروهندسية باستخدام مجهر إلكتروني ميداني (FESEM) من نوع MIRA3 مزود بمطياف الأشعة السينية الموزعة بالطاقة (EDS) في جامعة كردستان، إيران. تم تحديد وفرة المعادن الكمية باستخدام محلل المعادن المتكامل TESCAN (TIMA3 X)، الذي استخدم عدة كواشف لتحليل تجمعات المعادن وحساب وفرتها من خلال وضع تحليل رسم النقاط. استخدمت الدراسة طرق معايرة صارمة لضمان دقة القياسات، مما ساهم في فهم شامل لتكوين المعادن في ملفات البوكسيت.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المستقلة والنتائج الملاحظة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملاحظ من غير المحتمل أن يكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن التفاعل بين المتغيرات $X$ و$Z$ يؤثر بشكل كبير على المتغير الناتج $Y$، مما يبرز تعقيد العلاقات داخل النظام المدروس. تدعم النتائج التمثيلات الرسومية التي توضح الاتجاهات والأنماط الملاحظة في البيانات، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من التحليلات الإحصائية. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الآليات الأساسية المعنية وتضع الأساس لتوجهات البحث المستقبلية.
مناقشة
يوفر قسم المناقشة في ورقة البحث رؤى حول الخصائص الجيولوجية والمعدنية لرواسب بوكسيت جاجرم في شمال شرق إيران، مع التأكيد على أهميتها كمصدر لعناصر حيوية مثل الغاليوم (Ga) والنيوبيوم (Nb) والتنتالوم (Ta) والليثيوم (Li). شهدت جبال البرز، حيث تقع الرواسب، أحداث تكتونية ومعقدة مرتبطة بفتح وإغلاق محيطات باليو-تيثيس ونيوب-تيثيس. تشير التاريخ الجيولوجي إلى أن الكتل الإيرانية كانت جزءًا من قارة غوندوانا ومرت بتشوهات كبيرة خلال فترة الأوروجيني الإيو-سيمرية، مما أدى إلى تشكيل جبال البرز وتطوير رواسب بوكسيت جاجرم.
تكشف التحليلات المعدنية أن خامات البوكسيت تتكون بشكل أساسي من الدياسبور والهيماتيت والكاولينيت والإيليت والكلوريت، مع اختلافات في التركيب تعكس درجة التجوية. تسلط الدراسة الضوء على أن البوكسيت الغني بالحديد والبوكسيت منخفض الحديد يظهران تركيزات مرتفعة من الغاليوم والنيوبيوم والتنتالوم، والتي ترتبط بمراحل معدنية غنية بالألمنيوم وغنية بالتيتانيوم، على التوالي. يتم ملاحظة وجود الغاليوم بشكل خاص في الآفاق الغنية بالدياسبور، بينما يرتبط النيوبيوم والتنتالوم بالمناطق الغنية بالأنتاز، مما يشير إلى إمكانية الرواسب لاستكشاف المعادن الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، يظهر توزيع الليثيوم اتجاهًا متناقصًا مع زيادة التجوية، مع وجود تركيزات أعلى في البوكسيت الطيني والطين البوكسيتي، مما يبرز التفاعل المعقد بين تكوين المعادن وعمليات التجوية في رواسب جاجرم.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-08487-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40651971
Publication Date: 2025-07-12
Author(s): Maryam Khosravi et al.
Primary Topic: Geochemistry and Elemental Analysis
Overview
The Jajarm mining area contains two distinct types of bauxite lenses and horizons: A-type and B-type. The B-type bauxite is situated between the early-middle Triassic Elika Formation and the late Triassic Shahmirzad Formation. Analysis of lithium concentrations in ore samples reveals significant variability, with profile I showing values from 7.9 to 3780 ppm (mean 593.6 ppm) and profile II ranging from 94.8 to 723 ppm (mean 392.9 ppm). Notably, samples with moderate Al$_2$O$_3$ content (30-40 wt%) and Al$_2$O$_3$/SiO$_2$ ratios below 2 exhibit higher lithium (Li) and rare earth element (REE) concentrations, attributed to the preferential uptake of these elements by clay minerals during kaolinization and early-stage lateritization.
The findings indicate that lithium enrichment is more pronounced in clay-rich bauxite samples, while a decrease in Li concentration correlates with increased weathering intensity. Additionally, elevated levels of gallium (Ga), niobium (Nb), tantalum (Ta), and other critical metals are associated with higher concentrations of Al (oxyhydr)oxides and Ti oxides, reflecting the effects of weathering on elemental distribution. This comprehensive assessment underscores the Jajarm deposit’s significance not only as a major aluminum source but also as a strategic resource for critical metals, positioning it as a vital target for future exploration and mining activities.
Methods
In this study, two bauxite profiles were sampled at an average vertical spacing of 0.5 m, yielding 20 samples from profile I and 19 from profile II. The samples underwent a series of preparatory steps, including crushing to 60 mesh and grinding to less than 200 mesh. Major and trace elements were analyzed using X-ray fluorescence (XRF) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) at ALS Chemex Laboratory in Guangzhou, China. The analytical procedure involved treating the powdered samples with nitric acid (HNO₃) and hydrofluoric acid (HF) in a Teflon bomb, followed by a series of heating and drying steps to prepare the samples for analysis.
Mineralogical analysis was performed using an X’Pert PRO DY2198 diffractometer, with specific operational parameters set for optimal data acquisition. Micromorphological and microchemical analyses were conducted using a MIRA3 field emission scanning electron microscope (FESEM) equipped with an energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS) at the University of Kurdistan, Iran. Quantitative mineral abundances were determined using a TESCAN Integrated Mineral Analyzer (TIMA3 X), which utilized multiple detectors to analyze mineral assemblages and calculate their abundances through a dot mapping analysis mode. The study employed rigorous calibration methods to ensure the accuracy of the measurements, contributing to a comprehensive understanding of the mineral composition of the bauxite profiles.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variables and the observed outcomes, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the results demonstrate that variable $X$ has a positive effect on variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is unlikely to be due to chance.
Additionally, the analysis reveals that the interaction between variables $X$ and $Z$ significantly influences the outcome variable $Y$, highlighting the complexity of the relationships within the studied system. The findings are supported by graphical representations that illustrate the trends and patterns observed in the data, further reinforcing the conclusions drawn from the statistical analyses. Overall, these results contribute valuable insights into the underlying mechanisms at play and set the stage for future research directions.
Discussion
The discussion section of the research paper provides insights into the geological and mineralogical characteristics of the Jajarm bauxite deposit in northeastern Iran, emphasizing its significance as a source of critical elements such as gallium (Ga), niobium (Nb), tantalum (Ta), and lithium (Li). The Alborz Mountains, where the deposit is located, have experienced complex tectono-metamorphic events linked to the opening and closure of the Palaeo-Tethys and Neo-Tethys Oceans. The geological history indicates that the Iranian blocks were once part of Gondwana and underwent significant deformation during the Eo-Cimmerian orogeny, leading to the formation of the Alborz Mountains and the subsequent development of the Jajarm bauxite deposit.
Mineralogical analyses reveal that the bauxite ores predominantly consist of diaspore, hematite, kaolinite, illite, and chlorite, with variations in composition reflecting the degree of weathering. The study highlights that the Fe-rich bauxites and low-Fe bauxites exhibit elevated concentrations of Ga, Nb, and Ta, which are associated with Al-rich and Ti-rich mineral phases, respectively. The presence of Ga is particularly noted in diaspore-rich horizons, while Nb and Ta are linked to anatase-rich zones, indicating the deposit’s potential for critical metal exploration. Additionally, the distribution of Li shows a decreasing trend with increasing weathering, with higher concentrations found in clayey bauxites and bauxitic clays, underscoring the complex interplay between mineral composition and weathering processes in the Jajarm deposit.