The Caledonian alum shales of Sweden host a vast number of economically interesting metals. In Fetsjön, Västerbotten, the shales contain significant amounts of rare-earth elements, vanadium, molybdenum and uranium. As metals with a multitude of high-technological applications, the former rare-earth elements (REEs) are particularly attractive in a world where the supply may be exhausted as the demand continuously increase while new deposits are not being discovered fast enough. Meanwhile, the latter uranium notably constitutes as an unwanted secondary product during the extraction of rare-earth elements. As the mineral association of the REEs in Fetsjön is unknown, the intent of this study is to analyze and thus determine their mineralogical expression. The assumed REE-bearing mineral apatite was confirmed to host the rare-earths in the Fetsjön shales after microscopy and spectrometry analyses.

Sällsynta jordartsmetaller är en kritisk råvara som står inför viktiga utmaningar gällande utbud och efterfrågan. För att överkomma dessa utmaningar behövs det effektiva separationsmetoder. Den här rapporten studerar separationen av sällsynta jordartsmetaller med extraktionskromatografi. Tre olika extrakt-modifierade HPLC kolonner användes för att separera en samling av åtta sällsynta jordartsmetaller; lantan, cerium, praseodym, neodym, samarium, gadolinium, dysprosium och yttrium. Den första kolonnen innehöll ren HDEHP som extraktant, den andra ren HEHEHP som extraktant. Den tredje kolonnen innehöll en blandning av de två extrakanterna. Blandningen bestod av 15–30% HDEHP. Eluering genomfördes med salpetersyra i olika koncentrationer och applicering. Forskningsfrågan som rapporten bygger på gäller hurvida blandningen av extraktanterna kan förbättra separationen gentemot att endast använda de rena extraktanterna. Jämförelsen kolonnerna emellan baserades huvudsakligen på två parameterar, salpetersyraförbrukning och upplösning av toppar.  Resultaten visar att kolonnen med endast HEHEHP hade minst salpetersyraförbrukning men gav sämst upplösning. Kolonnen med endast HDEDP hade högst salpetersyraförbrukning men gav bäst upplösning, speciellt för de fyra tyngsta ämnena; samarium, gadolinium, dysprosium och yttrium. Kolonnen med extraktantblandningen gav god upplösning för alla ämnen, speciellt för de fyra lättaste ämnena; lantan, cerium, praseodym och neodym. Eftersom denna kolonn dessutom hade relativt låg salpetersyraförbrukning är den preliminära slutsatsen att denna presterade bäst generellt. Slutsatsen är därmed att extraktantblandningen kan förbättra separationen. / Rare earth elements are a crucial resource facing challenges concerning supply and demand. To meet these challenges, efficient separation methods are needed. This report investigates the separation of rare earth elements using extraction chromatography. Three different extractant modified HPLC columns was used to separate a collection of eight rare earth elements: lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, gadolinium, dysprosium, and yttrium. One column contained pure HDEHP as extractant, another pure HEHEHP as extractant. The third column contained mixture of the two extractants. The mixture contained 15-30% HDEHP. Elution was achieved using nitric acid as eluent in different concentrations and modes of elution. The research question guiding the work was to investigate if using a mixture of extractants could improve the separation as opposed to using only the pure extractants. The comparison was made based on two main performance parameters, nitric acid consumption and peak resolution.  The results show that the column with pure HEHEHP had the lowest nitric acid consumption but yielded the worst resolution. The column with pure HDEHP had the highest nitric acid consumption but the best resolution, particularly for the four heaviest analytes, samarium, gadolinium, dysprosium, and yttrium. The column with the extractant mixture yielded good resolution for all analytes and especially for the four lightest analytes: lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium. Since this column also had relatively low nitric acid consumption the tentative conclusion is that it performed the best overall. The conclusion is therefor that the extractant mixture can improve the separation.

Carbonatites are rare igneous rocks, which contain at least 50 %, carbonate minerals. They are often found along with alkaline silicate rocks, meaning that they contain relatively large amounts of Na2O and K2O, and important tools to understand mantle processes. Importantly, carbonatites are known to be rich in REE (Rare Earth Elements), compared to other magmatic rocks. The Alnö complex is located in the northern part of the island of Alnö, northeast of Sundsvall and is one of the biggest ring-shaped intrusions of the alkaline and carbonatite sort. The origin of carbonatites is not fully known yet but they may have resulted from a mantle plume, and absolute dating methods indicate that the age of the Alnö carbonatites are around 600 Ma. A large amount of carbonatites have been found in the Alnö complex and the purpose of this thesis is to assess whether the Alnö complex and its carbonatites can become a potential source of REEs and if it can be profitable to mine these. The research has been conducted by first analyzing samples from the Alnö complex in thin sections through a light polarising microscope. The thin sections were photographed with a focus on apatite crystals, since apatite are hosts of REE. The apatites in the thin sections are crystals with high relief, sub-rounded and white-grey in color in a calcitic matrix. The images of the apatite were then edited with photoshop, to graphically isolate the apatite. The processed images were then analyzed in a program called “ImageJ” to calculate the total area of apatites in the thin sections and the area percentage of apatites. The area percentage helps to give an estimation of how much REE that can occur in the carbonatites of the Alnö Complex. A recent 3D- analysis of the Alnö complex using petrophysical and geophysical methods indicated the volume of the complex, which when coupled with our apatite data, allows us to estimate the total REE volume. The estimation of occurrences of apatites was calculated to around 13 % of the carbonatites in the Alnö complex. The cost to mine the REEs was much higher than the market price of the REEs. So the Alnö carbonatites are not profitable to mine for REEs today. / Karbonatit är en ovanlig bergart som innehåller minst 50 procent karbonater, därav namnet. De hittas ofta i samband med alkaliska silikat-bergarter, vilket innebär att de innehåller till stor del natriumoxid och kaliumoxid samt kisel, och är viktiga för att kunna förstå processer i manteln. Karbonatiter är kända för att vara innehållsrika på sällsynta jordartsmetaller, även kända som REE, jämfört med andra magmatiska bergarter. Alnökomplexet ligger i den norra delen av Alnön, nordost om Sundsvall och är ett av världens största alkaliska och karbonatit-ringkomplex, med en radie på 2,5 km. Dess ursprung i jordens inre är okänt men det tros vara ett resultat av en mantelplym, smältor från manteln som stiger mot ytan, och åldersdatering via absoluta dateringsmetoder tyder på att karbonatiterna är nästan 600 Ma. Stora mängder karbonatiter har hittats i Alnökomplexet och syftet med detta arbete är att bedöma om Alnökomplexet potentiellt kan bli gynnsam som källa för prospektering av sällsynta jordartsmetaller, ur ekonomisk synpunkt. Detta utfördes genom att analysera prover från Alnökomplexet samt studera data från Magnus Anderssons arbete om Alnökomplexet. Proverna analyserades med hjälp av en mikroprob som fotograferade apatiten, vita kristaller i ett mörkgrå matrix, då apatit indikerar på hög sannolikhet för REE-förekomst. Sedan redigerades dessa bilder med Photoshop och Paint, där andra kristaller redigerades bort så att det enda som var kvar var de vit-gråa utåtstickande kristallerna mot ett kalcitrikt matrix. Med ett annat program som heter ImageJ beräknades arean av dessa kristaller samt procenten av arean som apatiterna utgör i tunnslipen. Detta gav en viss uppskattning på hur stor mängd REE som kan förekomma i Alnökarbonatiter. Resultatet jämfördes med data från Magnus Andersson som har gjort en 3D- undersökning av karbonatiter under Alnö-komplexet. Apatiten utgjorde en area på 13 % och mängden REE var inte tillräckligt stor mängd relativ marknadspriserna samt utvinningskostnader för att räknas som vinstgivande.

Securing rare earth elements (REE) for a stable supply require sustainable management strategies in Europe due to a missing local primary production and a dependence on China as the main producer of REE. These elements, like neodymium (Nd) and dysprosium (Dy), are contained in permanent magnets (PM) (mostly NdFeB-magnets) in wind turbines. Addressing the question whether PM-material, Nd- and Dy-contents from wind turbines could help to meet future demands of REE in Europe while reducing simultaneously the import dependence, the purpose of the present work was to analyze the urban mining opportunities, recovery - and recycling potentials for REE from end-of-life (EoL) wind turbines. This thesis aimed to identify current and upcoming stocks as well as material flows of the PM and their containing REE in the wind energy sector. Two European countries, Germany and Denmark, were chosen as case studies to be compared based on created future scenarios and the modeling of the theoretical recycling potential of Nd and Dy in both countries. It could have been identified that the German anthropogenic stock contains greater amounts of NdFeB-magnets and REE compared to the Danish stock. Overall it could be concluded that the countries’ demand could partly be met by using secondary Nd and Dy from the EoL-wind turbines. Although future scenarios were used, the results realistically illustrate the German and Danish anthropogenic stock until 2035 by relying on data of already installed turbines up to 2018, which makes an evaluation of capacities and EoL-turbines, which need to be decommissioned by 2035, achievable. The provided information is valuable for further investigations regarding recovery strategies, feasibility analysis, and future decision-making processes. / För att säkra tillgången på jordartsmetaller (REE) i Europa krävs hållbara beslutsstrategier. Detta på grund av avsaknaden av en inhemsk primärproduktion samt ett beroende av Kina som en huvudprodu-cent av REE. Jordartsmetaller som neodymium (Nd) och dysprosium (Dy), finns kvar i permanenta magneter (PM) (mestadels NdFeB-magneter) i vindturbiner. För att ta itu med frågan om huruvida Nd- och Dy-innehållet i PM-material, från vindturbiner skulle kunna bidra till att uppfylla framtida efter-frågan på REE i Europa samtidigt som importberoendet skulle minskas, var syftet med detta arbete att analysera möjligheterna till urban utvininng, återvinning och materialutnyttjande av REE från vindtur-biner i uttjänt tillstånd (EoL).Syftet med denna uppsats var att identifiera nuvarande och kommande tillgångar samt materialflöden av PM och därav följande REE inom vindkraftsektorn. Två europeiska länder, Tyskland och Danmark, valdes ut som fallstudier och jämfördes i framtida scenarier och mo-dellering av Nd -och Dy teoretiska återvinningspotential i båda länderna. Det kunde konstaterats att det tyska antropogena beståndet innehåller större mängder NdFeB-magneter och REE än det danska beståndet. Sammanfattningsvis kan man dra slutsatsen att ländernas efterfrågan delvis kunde tillgodo-ses genom att man använde sekundär Nd och Dy från EoL-vindturbiner. Även om framtida scenarier användes illustreras resultatet på ett realistiskt sätt det det antropogena lagret i Tyskland och Danmark fram till 2035 genom att man förlitar sig på uppgifter om redan installerade turbiner fram till 2018, vilket gör det möjligt att göra en utvärdering av kapaciteten och antal EoL-turbiner, som måste av-vecklas senast 2035. Informationen är värdefull för ytterligare utredningar om återvinningsstrategier, genomförbarhetsanalys och framtida beslutsprocesser.

Löslighet och transport av sällsynta jordartsmetaller i Källfallsfältets gruvsandsmagasin Hugo de Campos Pereira Syftet med detta arbete har varit att kartlägga vilka mekanismer som styr lösligheten av sällsynta jordartsmetaller (eng. rare earth elements, REE) i sulfidhaltig anrikningssand vid den föredetta gruvan Källfallsfältet i Västmanland. För syftet har markvatten- och grundvattenprovtagning utförts, tillsammans med laktester och geokemisk modellering med Visual MINTEQ ver. 3.0. Resultaten visade att sulfidvittring är den främsta processen som styr pH i anrikningssanden, och därmed också indirekt REEs löslighet. Däremot är sulfidvittring ingen källa till REE i sig då ämnena inte föreligger sulfidbundna, något som oxiderat tillgänglighetstest NT ENVIR 006 visade. Istället går REE ut i lösning i anrikningssanden genom vittring av lättvittrade silikatmineral. Vanligtvis betraktas metall bunden i silikatform inte som geokemiskt aktiv. Jämförelser mellan laktester med olika jämviktstid visade att en kinetisk (tidsberoende) faktor föreligger, kopplad till nämnda silikatvittring, som påverkar pH och således också metallöslighet vid laktester på anrikningssanden. Vid jämförelse mellan laktester och halter i anrikningssandens mark- och grundvatten bör denna därmed vägas in. Det pH-statiska laktestet SIS-CEN/TS 14997 visade begränsad möjlighet att undersöka kinetik med anledning av att det utförs under förhållandevis kort tid, 48 timmar. REE- och Cu-halter vid syratitrering (de behandlingar med lägst syratillsatser) och enstegslakning (SIS-CEN ISO/TS 21268-2:2010) visade god, respektive förhållandevis god, överensstämmelse med uppmätta markvattenhalter. Detta visade att syratitrering och enstegslakning är laktest som är tillämpbara, respektive förhållandevis väl tillämpbara, för att uppskatta markvattenhalter i anrikningssanden. Specieringsmodellering med Visual MINTEQ ver. 3.0 visade att pH och DOC är de viktigaste parametrarna som styr REEs speciering i anrikningssandens mark-, grund och ytvatten. Samtliga REE bildar starka komplex med löst organiskt material, men koncentrationerna av DOC var generellt sett låga. I sura sulfatrika mark-, grund och ytvatten domineras specieringen av lösta sulfatkomplex, huvudsakligen (REE)SO4+, följt av fria hydratiserade joner som näst vanligaste förekomstform. Dessa resultat överensstämmer väl med tidigare modelleringsstudier av REEs speciering i sura sulfatrika vatten resulterande från gruvavfall. Med bakgrund av detta och av att REEs ekotoxicitet verkar överensstämma med den fria jon-modellen (eng. free ion model) förväntas REE uppvisa högre toxicitet vid låga pH-värden. / Solubility and transport of rare earth elements in the mine tailings of Källfallsfältet Hugo de Campos Pereira The mechanisms which govern the solubility of rare earth elements (REEs) in sulfide-containing tailings at the former mine site of Källfallsfältet (Västmanland, Sweden) were studied by the means of soil water and ground water sampling, leaching tests and geochemical modeling using Visual MINTEQ ver. 3.0. The results showed that weathering of sulfides is the primary process governing pH in the tailings, and thus also REE solubility. However, weathering of sulfides is no source for REE in itself since the elements are not bound in sulfides, which the oxidized availability test NT ENVIR 006 showed. Instead REE are released into solution by weathering of easily weathered silicates. Usually, metal bound in silicate form is not considered geochemically active. A kinetic (time dependent) factor, associated with the weathering of silicates, was found to affect pH and thus also metal solubility in leaching tests performed on the tailings. The standardized pH static leaching test (SIS-CEN/TS 14997) showed limitations in observing kinetic effects because of its relatively short equilibration time (48 h). Thus, in future studies with similar materials, leaching test kinetics should be taken into account when comparing leached concentrations with field measured concentrations. Acid titration and one step batch test (SIS-CEN ISO/TS 21268-2:2010) proved to be applicable and relatively well applicable to the tailings, respectively, in order to estimate soil solution concentrations. Speciation calculations using Visual MINTEQ ver. 3.0 showed that pH and DOC concentration are the most important factors which affect REE speciation in soil solution, ground water and surface water associated with the tailings. In acid sulfate rich solutions, low in DOC, speciation is dominated by sulfate complexes, mainly (REE)SO4+, followed by free dissolved ions as the second most common form. These results are in accordance with previous modeling studies of REE speciation in acid sulfate rich waters resulting from tailings. This, together with previous results showing that REE ecotoxicity seems to follow the free ion model, implies that the toxicity of the elements is expected to increase with decreasing pH value.