Erbium

Discovery

In 1843, Swedish chemist and pharmacist Carl Gustav Mosander separated from an impure yttria the known rare earth elements ceria, lanthana, and didymia, and was left with three oxides, one white, one yellow, and one pink (Mosander, 1843). The white oxide was the previously discovered element yttria, however, the yellow and pink oxides were two new rare earths, which he named, and sent forth to the foremost analytical chemists of the time for confirmation. For the new elements, Mosander named the yellow earth erbia and the pink element terbia. By the time they all came back, the names of the elements were somehow interchanged from their original descriptions and erbium, the name of the yellow colored oxide, became the pink colored oxide (Weeks and Leicester, 1968, p. 677). Erbium is named for the small village and mine location in Sweden where the original rare-earth yttrium-bearing mineral was discovered, Ytterby. 

Definition

Erbium is a bright silvery metal that is fairly stable in air. The metal is soft and malleable. Erbium metal has a high electrical resistivity. It has a hexagonal close packed structure, a density of 9.066 gm/cm3, a melting point of 1529 °C, and a boiling point of 2870 °C. Erbium oxide, or yttria, occurs as a sesquioxide with the formula Er2O3. The oxide is a pink powder with a melting point of 2400 °C, a specific gravity of 8.6 gm/cm3 and a formula weight of 382.56. Erbium has six naturally-occurring isotopes and nine radioactive isotopes. 

Preparation of Metal

Erbium metal is typically prepared by calciothermic reduction of the trihalide, typically ErF3. Although its melting point is similar to Y, Gd, Tb, and Lu, its vapor pressure at the melting point is much higher. This makes purification of Er, and similar elements Sc, Ho, and Dy with high vapor pressures, comparatively easy. Common interstitial impurities which form stable compounds with nitrogen, carbon, and oxygen remain in the residue when the metal is sublimed at 1300 °C at a slow rate (Beaudry and Gschneidner, Jr., 1978). Erbium metal is formed when the fluoride preferentially separates from erbium fluoride at high temperature and combines with calcium metal forming calcium fluoride and deposits a high-purity erbium metal. 

Source

Large resources of erbium in xenotime and monazite are available worldwide in ancient and recent placer deposits, uranium ores, and weathered clay deposits (ion adsorption ore). It occurs in the Earth’s crust at an average concentration of 3 parts per million. Xenotime is enriched in erbium oxide and contains 5.6% to 6.4% of the rare earth oxide (REO) content. Monazite (Ce), which is more abundant in the Earth’s’ crust than xenotime, has erbium oxide contents ranging from trace amounts to a more typical 0.1% to 0.2% of the REO content. The yttrium enriched Longnan type ion adsorption ore has erbium oxide content of about 6.7% of the REO total, however, the Xunwu type contains 0.88%. Erbium oxide only occurs in trace amounts in the bastnäsites at the Bayan Obo mine in China and at Mountain Pass, California, in the United States. Hard rock monazite (Nd) in the Lemhi Pass district of Idaho Montana has an average erbium oxide content of 0.43% of the REO distribution (Hedrick, unpublished manuscript). Subeconomic resources of erbium occur in apatite magnetite bearing rocks, eudialytebearing deposits, deposits of niobium tantalum minerals, non placer monazite bearing deposits, sedimentary phosphate deposits, and uranium ores, especially those of the Blind River District near Elliot Lake, Ontario, Canada, which contain dysprosium in brannerite, monazite, and uraninite. Additional subeconomic resources in Canada are contained in allanite, apatite, and britholite at Eden Lake, Manitoba; allanite and apatite at Hoidas Lake, Saskatchewan; fergusonite and xenotime at Nechalacho (Thor Lake), Northwest Territories; and eudialyte (Y), mosandrite, and britholite at Kipawa, Quebec. It occurs in various minerals in differing concentrations and occurs in a wide variety of geologic environments, including alkaline granites and intrusives, carbonatites, hydrothermal deposits, laterites, placers, and vein-type deposits. 

Mining

Erbium is mined from a variety of ore minerals and deposits using various methods. Monazite and xenotime are recovered from heavy mineral sands (specific gravity >2.9) deposits in various parts of the world as a byproduct of mining zircon and titanium minerals or tin minerals. Heavy mineral sands are recovered by surface placer methods from unconsolidated sands. Many of these deposits are mined using floating dredges which separate the heavy mineral sands from the lighter weight fraction with an on board wet mill through a series of wet gravity equipment that includes screens, hydrocyclones, spirals, and cone concentrators. Consolidated or partially consolidated sand deposits that are too difficult to mine by dredging are mined by dry methods. Ore is stripped by typical earth moving equipment with bulldozers, scrapers, and loaders or by water jet methods. Ore recovered by these methods is crushed and screened and then processed by the wet mill described above. Wet mill heavy mineral concentrate is sent to a dry mill for processing to separate the individual heavy minerals using a combination of scrubbing, drying, screening, electrostatic, electromagnetic, magnetic, and gravity processes (Hedrick, 1991). Vein monazite has been mined by hard-rock methods in South Africa and the United States, and as a byproduct of tungsten mining in China.  

In Russia, loparite is mined by underground methods using room and pillar methods. Ore is drilled and blasted and removed from the mine. The ore is then processed by the same hard rock methods as applied to bastnäsite to make a loparite concentrate with a 0.8% Er2O3 content. In Kyrgyzstan, synchysite (Y) with a Er2O3 content of 3.8% was mined by hard rock methods from the open pit Kutessai II deposit near Aktyuz (Hedrick, Sinha, and Kosynkin, 1997). Argillaceous marine sediments enriched in fossil fish remains at the Melovie deposit in Kazakhstan were previously recovered for their uranium and rare earth content, including erbium. The main source of the world’s erbium is the ion adsorption lateritic clays in the southern provinces of China, primarily Fujian, Guangdong, and Jiangxi, with a lesser number of deposits in Guangxi and Hunan. These deposits are mined by leaching methods.