العناصر الأرضية النادرة، والمعروفة أيضًا باسم العناصر الأرضية النادرة (REE)، هي مجموعة من 17 عنصرًا كيميائيًا، بما في ذلك 15 عنصرًا في عائلة اللانثانيدات جنبًا إلى جنب مع سكانديوم (Sc) وإتريوم (Y).
في الفهم الشائع، غالبًا ما يُشير اسم "الأتربة النادرة" إلى مورد نادر وثمين للغاية كالذهب. إلا أن الجيولوجيين وعلماء المواد توصلوا إلى استنتاج مختلف تمامًا.
هذه المجموعة من العناصر موجودة فعليًا في جميع أنحاء قشرة الأرض. بعض هذه العناصر أكثر وفرة من النحاس (Cu) أو الزنك (Zn). ما يميز العناصر الأرضية النادرة ليس ندرتها، بل العمليات المعقدة لتكوينها وتوزيعها وتعدينها وتكريرها.
تتضمن مجموعة العناصر الأرضية النادرة 17 عنصرًا كيميائيًا في مجموعة اللانثانوم إلى جانب السكانديوم والإتريوم (الصورة: جيتي).
الاسم نشأ من سوء فهم تاريخي.
إن تسمية المعادن النادرة تأتي من الظروف التاريخية في أواخر القرن الثامن عشر عندما قام العلماء الأوروبيون لأول مرة بعزل أكاسيد معدنية خاصة من معادن غريبة المظهر، والتي غالبًا ما تظهر في مناطق جيولوجية ضيقة يصعب الوصول إليها.
في ذلك الوقت، كانت أكاسيد المعادن مجهولة الطبيعة تُسمى غالبًا "الأتربة". لم تكن المعادن التي تحتوي على هذه الأكاسيد شائعة، لذا أطلق عليها المجتمع العلمي آنذاك اسم "الأتربة النادرة".
لا يزال هذا الاسم مستخدمًا حتى اليوم، ولكنه مُضلِّل. فالعناصر الأرضية النادرة ليست نادرة في الاحتياطيات، بل نادرة في شكل خامات غنية يُمكن استخراجها اقتصاديًا . تنتشر هذه العناصر على نطاق واسع، ولكن بتركيزات منخفضة. ونادرًا ما تتراكم في رواسب كبيرة مثل الحديد أو البوكسيت.
وبحسب التحليل الذي أجراه المعهد الألماني للأبحاث الجيولوجية GFZ، فإن العناصر الأرضية النادرة غالباً ما تكون مختلطة في العديد من المعادن المختلفة ونادراً ما تظهر بتركيزات عالية.
تنتشر المعادن النادرة بتركيزات منخفضة، مما يجعل التنقيب عنها والتعدين منها مكلفًا، على الرغم من أن الاحتياطيات العالمية تقدر بأنها وفيرة (الصورة: جيتي).
وهذا يجعل عملية مسح وتحديد مواقع رواسب العناصر الأرضية النادرة عملية مكلفة وتستغرق وقتا طويلا.
حتى عند العثور على رواسب، غالبًا ما تكون نسبة الاسترداد الفعلية ضئيلة أو أقل. هذا التشتت يجعل المعادن النادرة، على الرغم من وفرتها في الاحتياطيات العالمية، موردًا يصعب الوصول إليه.
سلسلة من العوائق من التعدين إلى التكرير
يكمن التحدي الأكبر للعناصر الأرضية النادرة في عملية الفصل والتنقية. نظرًا لتشابه تركيبها الإلكتروني، يصعب فصل العناصر الأرضية النادرة. يتطلب فصل النيوديميوم عن البراسيوديميوم، أو العناصر الأرضية النادرة الثقيلة عن الخفيفة، مئات خطوات الاستخلاص المتكررة.
أظهرت دراسة أجراها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن تكرير المعادن النادرة يُعدّ من أكثر العمليات تعقيدًا في علم المعادن الحديث. إذ يستهلك هذا النوع من العمليات كميات كبيرة من الأحماض القوية والمواد العضوية، ويُنتج كميات كبيرة من النفايات الصلبة والمحاليل السامة.
في العديد من المناجم، تُخلط خامات العناصر الأرضية النادرة مع الثوريوم واليورانيوم، وهما عنصران مشعّان طبيعياً. إذا لم يتم التخلص من هذه النفايات بشكل صحيح، فإنها تُشكّل خطراً طويل الأمد على تلوث التربة والمياه.
تُعدّ المخاوف البيئية السبب وراء تقييد العديد من الدول لتعدين المعادن النادرة رغم احتياطياتها الكبيرة. فقلة من الدول تمتلك التكنولوجيا والقدرة على تحمل تكاليف المعالجة. وقد أدى ذلك إلى تركيز سلسلة توريد المعادن النادرة في عدد قليل من الدول، مما خلق مخاطر جيوسياسية وتجارية عالمية.
قام فريق بحثي من جامعة ولاية بنسلفانيا ومختبر لورانس ليفرمور الوطني بتطوير طريقة بيولوجية باستخدام البروتينات البكتيرية لاستخراج وفصل العناصر الأرضية النادرة من النفايات الصناعية والأجهزة الإلكترونية (صورة توضيحية).
وفي تقرير وكالة الطاقة الدولية لعام 2023، تم تصنيف المعادن النادرة كمعادن مهمة للطاقة النظيفة إلى جانب الليثيوم والكوبالت والنيكل.
يؤكد التقرير أن خطر الاعتماد على العرض أكبر بكثير من خطر الاحتياطيات الطبيعية. وهذا أيضًا هو السبب في اعتبار المعادن النادرة ورقة استراتيجية في المنافسة التكنولوجية بين القوى العظمى.
القيمة الاستراتيجية في التكنولوجيا الحديثة
تلعب العناصر الأرضية النادرة دورًا حيويًا في العديد من مجالات التكنولوجيا المتقدمة، وأبرزها المغناطيسات الدائمة المصنوعة من النيوديميوم والبراسيوديميوم والديسبروسيوم.
تتميز هذه المغناطيسات بكثافة منخفضة، لكنها تُولّد قوى مغناطيسية شديدة للغاية. وهي مكونات أساسية في محركات السيارات الكهربائية، وتوربينات الرياح، والروبوتات الصناعية، والطائرات بدون طيار، والأقراص الصلبة. كما أن لعناصر أخرى تطبيقات مهمة.
المعادن النادرة هي "الورقة الاستراتيجية" للقوى العظمى بسبب دورها المهم في التكنولوجيا العالية (الصورة: جيتي).
يُستخدم السيريوم في المحولات الحفازة لمعالجة غازات العادم وفي تلميع الزجاج البصري. ويوجد اللانثانوم في عدسات الكاميرات وفي بطاريات هيدريد النيكل المعدني التي كانت شائعة الاستخدام في السيارات الهجينة. وكان اليوروبيوم والتيربيوم مادتين أساسيتين للإضاءة في شاشات العرض الملونة المبكرة والعديد من مصابيح LED.
في المجال الطبي الحيوي، يُعد الغادولينيوم عامل تباين مهم في التصوير بالرنين المغناطيسي. كما تُستخدم المركبات التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة في أبحاث علاج السرطان بفضل قدرتها على إصدار طاقة مميزة.
تشير مراجعة علمية نشرت في مجلة Nature Reviews Materials إلى أن المواد الأرضية النادرة تفتح آفاقًا جديدة لتكنولوجيا الكم والإلكترونيات النانوية.
الطلب المتزايد من صناعات الطاقة الخضراء والرقمية يجعل المعادن النادرة موردًا لا غنى عنه. تتطلب المركبات الكهربائية كميات كبيرة من المغناطيسات الدائمة، وتعتمد توربينات الرياح البحرية عليها بشكل كبير للحفاظ على أداء مستقر. تستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي والأجهزة الذكية وأنظمة الدفاع الحديثة المعادن النادرة في العديد من المواقع الرئيسية.
تلعب المعادن النادرة دورًا مهمًا في العديد من الصناعات التكنولوجية والطاقة الحديثة (صورة توضيحية: جيتي).
يُفسَّر التناقض بين تسمية المعادن النادرة ووفرتها بعاملين: أولًا، تشتتها الجيولوجية يُصعِّب استخراجها اقتصاديًا. ثانيًا، تُشكِّل عملية تكريره المُعقَّدة والمُكلفة عائقًا رئيسيًا يحدُّ من المعروض العالمي.
إذا كانت الاحتياطيات الطبيعية هي المعيار الوحيد، فإن المعادن النادرة ليست موارد نادرة. ما يُميّزها هو القدرة على استخراجها بطريقة نظيفة، وتقنيات الصهر المتطورة، والتحكم في سلسلة التوريد. ومع توجه العالم نحو الطاقة النظيفة والتكنولوجيا المتقدمة، تكتسب هذه المجموعة من العناصر أهمية استراتيجية متزايدة.
أعلنت العديد من الدول عن خطط لزيادة الاكتفاء الذاتي من المعادن النادرة. وتستثمر الولايات المتحدة وأوروبا واليابان وكوريا الجنوبية بكثافة في إعادة تدوير المغناطيسات القديمة وتطوير تقنيات فصل من الجيل الجديد. وتُظهر الأبحاث في جامعة كامبريدج ومعهد طوكيو للتكنولوجيا أن القدرة على استعادة المعادن النادرة من البطاريات القديمة والأجهزة الإلكترونية المهملة تُمهد الطريق لتقليل الاعتماد على التعدين الأولي.
تُظهر كل هذه الجهود أن المعادن النادرة ليست نادرة في طبيعتها، بل نادرة في سهولة الحصول عليها. ولذلك، تُعتبر موارد استراتيجية تُشكل مستقبل التكنولوجيا العالمية.
المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/su-that-phia-sau-hieu-nham-hang-the-ky-ve-vitamin-cua-nganh-cong-nghiep-20251127122516385.htm
تعليق (0)