Jak vzácné jsou ve skutečnosti kovy vzácných zemin?

Prvky vzácných zemin, skupina 17 kovů, jsou v zemské kůře relativně hojné, ale jejich těžba je extrémně obtížná.

Neodym, jeden ze vzácných prvků zemin, který je extrémně obtížné těžit. Foto: RHJ/Getty — Neodym, jeden ze vzácných prvků zemin, který je extrémně obtížné těžit. Foto: *RHJ/Getty*

Prvky vzácných zemin mají mnoho užitečných vlastností, díky nimž jsou velmi oblíbené v energetickém a technologickém průmyslu. Tato skupina zahrnuje 17 kovů, včetně 15 kovových prvků na konci periodické tabulky, spolu se 2 prvky yttrium a skandium.

Nejcennějšími z těchto prvků jsou neodym, praseodym, terbium a dysprosium, které fungují jako silné miniaturní magnety, klíčová součástka elektronických zařízení, jako jsou chytré telefony, baterie do elektromobilů a větrné turbíny. Omezené zásoby vzácných zemin jsou však velkým problémem pro společnosti a vlády , které tyto moderní nezbytnosti vyrábějí.

Vzácné zeminy ve skutečnosti nejsou tak vzácné. Podle studie USGS o krystalickém zastoupení různých prvků (jak hojně se v zemské kůře v průměru vyskytují) se většina vzácných zemin nachází přibližně ve stejném množství jako běžné kovy, jako je měď a zinek. „Rozhodně nejsou tak vzácné jako kovy, jako je stříbro, zlato a platina,“ říká Aaron Noble, profesor na Virginia Tech.

Jejich získávání z přírodních zdrojů je však extrémně obtížné. „Problém je v tom, že nejsou koncentrované na jednom místě. V každém kilogramu břidlice v celých Spojených státech se nachází asi 300 miligramů vzácných zemin,“ říká Paul Ziemkiewicz, ředitel Výzkumného ústavu vodních zdrojů Západní Virginie.

Kovy se obvykle hromadí v zemské kůře v důsledku různých geologických procesů, jako jsou lávové proudy, hydrotermální aktivita a horotvorba. Neobvyklé chemické vlastnosti prvků vzácných zemin však znamenají, že se za těchto zvláštních podmínek často nehromadí společně. Stopy vzácných zemin jsou rozptýleny po celé planetě, což jejich těžbu činí neefektivní.

Kyselé podzemní prostředí může někdy mírně zvýšit množství prvků vzácných zemin na určitých místech. Nalezení těchto míst je však jen první výzvou.

V přírodě existují kovy jako směsi zvané rudy, které obsahují molekuly kovů vázané na jiné nekovy (protiionty) silnými iontovými vazbami. Aby lidé získali čisté kovy, musí tyto vazby přerušit a nekovy odstranit. Obtížnost práce závisí na kovu a nekovu, na který jsou vázány.

„Měděná ruda se obvykle dodává ve formě sulfidů (chemikálií složených ze síry a dalších prvků). Ruda se zahřeje do bodu, kdy sulfidy unikají jako plyn a čistá měď padá na dno reaktoru. To je docela snadný extrakční proces. Některé jiné typy, jako je oxid železa, vyžadují přísady k uvolnění kovu. Ale separace vzácných zemin je mnohem složitější,“ vysvětluje Ziemkiewicz.

Kovy vzácných zemin mají tři kladné náboje a tvoří extrémně silné iontové vazby s fosfátovými protiionty, z nichž každý má tři záporné náboje. Extrakční proces proto musí překonat extrémně silnou vazbu mezi kladným kovem a záporným fosfátem.

„Rudy vzácných zemin jsou chemicky velmi stabilní minerály a jejich rozklad vyžaduje spoustu energie a chemické síly. Tento proces obvykle vyžaduje extrémně nízké pH, drsné podmínky a extrémně vysoké teploty, protože vazby v rudě jsou neuvěřitelně silné,“ řekl Noble.

Obtížnost izolace čistých prvků jim vynesla název „vzácné zeminy“. Někteří odborníci zkoumají nové metody recyklace a extrakce těchto cenných kovů z průmyslového odpadu a staré elektroniky, aby zmírnili tlak na současné zásoby. Snaží se také znovu vytvořit jedinečné magnetické a elektronické vlastnosti vzácných zemin v nových sloučeninách v naději, že se stanou dostupnějšími alternativami. Navzdory rostoucí poptávce však v současné době neexistují žádné životaschopné alternativy k vzácným zeminám.

Thu Thao (podle Live Science )

Zdrojový odkaz