ما مدى ندرة العناصر الأرضية النادرة حقًا؟

[إعلان 1]

العناصر الأرضية النادرة، وهي مجموعة مكونة من 17 معدنًا، متوفرة بكثرة نسبيًا في قشرة الأرض ولكن استخراجها صعب للغاية.

النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي من الصعب للغاية استخراجها. الصورة: RHJ/Getty — النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي من الصعب للغاية استخراجها. الصورة: *RHJ/Getty*

تتمتع العناصر الأرضية النادرة بالعديد من الخصائص المفيدة، ولذلك فهي مطلوبة بشدة في صناعات الطاقة والتكنولوجيا. تتكون هذه المجموعة من 17 معدنًا، بما في ذلك العناصر المعدنية الخمسة عشر الموجودة في أسفل الجدول الدوري، إلى جانب عنصري الإيتريوم والسكانديوم.

ومن بين أكثر هذه العناصر قيمة النيوديميوم والبراسيوديميوم والتيربيوم والديسبروسيوم، والتي تعمل كمغناطيسات مصغرة فائقة القوة، وهي مكون رئيسي في الأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية وبطاريات السيارات الكهربائية وطواحين الهواء. ومع ذلك، فإن العرض المحدود من المعادن النادرة يشكل مصدر قلق كبير للشركات والحكومات عند إنتاج الضروريات الحديثة.

العناصر الأرضية النادرة ليست نادرة إلى هذا الحد. وفقًا لدراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) حول وفرة البلورات للعناصر المختلفة (المتوسط المتاح لقشرة الأرض)، فإن معظم العناصر النادرة موجودة بنفس الكميات الموجودة في المعادن الشائعة مثل النحاس والزنك. وقال آرون نوبل، أستاذ بجامعة فرجينيا للتكنولوجيا: "إنها بالتأكيد ليست نادرة مثل المعادن مثل الفضة والذهب والبلاتين".

ومع ذلك، فإن استخراجها من المصادر الطبيعية أمر صعب للغاية. قال بول زيمكيفيتش، مدير معهد أبحاث المياه في ولاية فرجينيا الغربية: "المشكلة هي أنها ليست مُركّزة في مكان واحد. يوجد حوالي 300 مليغرام من العناصر الأرضية النادرة في كل كيلوغرام من الصخر الزيتي في جميع أنحاء الولايات المتحدة".

عادة، تتركز المعادن في قشرة الأرض بسبب العمليات الجيولوجية المختلفة، مثل تدفقات الحمم البركانية، والنشاط الحراري المائي، وتكوين الجبال. ومع ذلك، فإن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تعني أنها لا تتركز عادة معاً في ظل هذه الظروف الخاصة. تنتشر آثار المعادن النادرة في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل استخراجها غير فعال.

في بعض الأحيان، قد تؤدي البيئات الحمضية تحت الأرض إلى زيادة كمية العناصر الأرضية النادرة في مواقع معينة بشكل طفيف. ومع ذلك، فإن العثور على هذه المواقع لا يشكل سوى التحدي الأول.

في الطبيعة، توجد المعادن على شكل مخاليط تسمى الخامات، تحتوي على جزيئات معدنية مرتبطة بغيرها من اللافلزات (الأيونات المضادة) بواسطة روابط أيونية قوية. للحصول على معدن نقي، يجب كسر هذه الروابط وإزالة المواد غير المعدنية. تعتمد صعوبة المهمة على المعادن واللافلزات المرتبطة بها.

يأتي خام النحاس عادةً على شكل كبريتيدات (مواد كيميائية مصنوعة من الكبريت وعناصر أخرى). يُسخّن الخام إلى درجة تتسرب فيها الكبريتيدات على شكل غاز، ويستقر النحاس النقي في قاع المفاعل. إنها عملية استخلاص سهلة للغاية. بعض الأنواع الأخرى، مثل أكسيد الحديد، تتطلب إضافات لاستخراج المعدن. لكن فصل المعادن النادرة أكثر تعقيدًا بكثير، كما يوضح زيمكيفيتش.

تحتوي المعادن الأرضية النادرة على ثلاث شحنات موجبة وتشكل روابط أيونية قوية للغاية مع أيونات الفوسفات المضادة، ولكل منها ثلاث شحنات سالبة. لذلك، يجب على عملية الاستخلاص أن تتغلب على الرابطة القوية للغاية بين المعدن الموجب والفوسفات السالب.

قال نوبل: "خامات المعادن النادرة معادن مستقرة كيميائيًا للغاية، ويتطلب تحللها طاقةً وقوةً كيميائيةً كبيرتين. عادةً، تتطلب هذه العملية درجة حموضة منخفضة للغاية، وظروفًا قاسية، ودرجات حرارة عالية جدًا، لأن الروابط في الخامات قوية للغاية".

إن الصعوبة في عزل العناصر النقية أدت إلى ظهور تسمية "العناصر الأرضية النادرة". ويقوم بعض الخبراء بالبحث عن طرق جديدة لإعادة تدوير واستخراج هذه المعادن القيمة من النفايات الصناعية والإلكترونيات القديمة لتخفيف الضغط على الإمدادات الحالية. ويحاول الباحثون أيضًا إعادة إنشاء الخصائص المغناطيسية والإلكترونية الفريدة للمعادن النادرة في مركبات جديدة، على أمل أن تصبح هذه المركبات الجديدة بدائل أكثر سهولة في الوصول إليها. ومع ذلك، لا توجد حاليا أي بدائل فعالة للمعادن النادرة، على الرغم من الطلب المتزايد عليها.

ثو ثاو (وفقًا لموقع لايف ساينس )

[إعلان 2]
رابط المصدر