Πόσο σπάνια είναι στην πραγματικότητα τα στοιχεία των σπάνιων γαιών;

Τα στοιχεία των σπάνιων γαιών, μια ομάδα 17 μετάλλων, είναι σχετικά άφθονα στον φλοιό της Γης, αλλά η εξόρυξή τους είναι εξαιρετικά δύσκολη.

Νεοδύμιο, ένα από τα εξαιρετικά δύσκολα στοιχεία σπάνιων γαιών στην εξόρυξη. Φωτογραφία: RHJ/Getty

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών διαθέτουν πολλές χρήσιμες ιδιότητες, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα περιζήτητα στις βιομηχανίες ενέργειας και τεχνολογίας. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει 17 μέταλλα, συμπεριλαμβανομένων 15 μετάλλων στο τέλος του περιοδικού πίνακα, μαζί με το ύττριο και το σκάνδιο.

Τα πιο πολύτιμα από αυτά τα στοιχεία είναι το νεοδύμιο, το πρασεοδύμιο, το τέρβιο και το δυσπρόσιο, τα οποία λειτουργούν ως εξαιρετικά ισχυροί μικροσκοπικοί μαγνήτες, ένα κρίσιμο συστατικό ηλεκτρονικών συσκευών όπως τα smartphones, οι μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων και οι ανεμογεννήτριες. Ωστόσο, η περιορισμένη προσφορά στοιχείων σπάνιων γαιών αποτελεί σημαντική ανησυχία για τις εταιρείες και τις κυβερνήσεις κατά την παραγωγή αυτών των σύγχρονων αναγκαίων αγαθών.

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών δεν είναι στην πραγματικότητα τόσο σπάνια. Σύμφωνα με έρευνα της Γεωλογικής Υπηρεσίας των ΗΠΑ (USGS) σχετικά με την κρυσταλλική αφθονία διαφορετικών στοιχείων (η μέση διαθεσιμότητα σε ολόκληρο τον φλοιό της Γης), τα περισσότερα στοιχεία σπάνιων γαιών υπάρχουν περίπου στις ίδιες ποσότητες με τα κοινά μέταλλα όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. «Σίγουρα δεν είναι τόσο σπάνια όσο μέταλλα όπως το ασήμι, ο χρυσός ή η πλατίνα», δήλωσε ο Άαρον Νόμπλ, καθηγητής στο Πολυτεχνικό Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια.

Ωστόσο, η εξόρυξή τους από φυσικές πηγές είναι εξαιρετικά δύσκολη. «Το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι συγκεντρωμένα σε ένα μέρος. Υπάρχουν περίπου 300 χιλιοστόγραμμα σπάνιων γαιών σε κάθε κιλό σχιστολιθικού πετρελαίου στις Ηνωμένες Πολιτείες», δήλωσε ο Paul Ziemkiewicz, διευθυντής του Ινστιτούτου Έρευνας Υδάτων της Δυτικής Βιρτζίνια.

Συνήθως, τα μέταλλα συγκεντρώνονται στον φλοιό της Γης λόγω διαφόρων γεωλογικών διεργασιών, όπως οι ροές λάβας, η υδροθερμική δραστηριότητα και ο σχηματισμός βουνών. Ωστόσο, οι ασυνήθιστες χημικές ιδιότητες των σπάνιων γαιών σημαίνουν ότι συνήθως δεν συγκεντρώνονται μαζί υπό αυτές τις συγκεκριμένες συνθήκες. Ίχνη σπάνιων γαιών είναι διάσπαρτα σε όλο τον πλανήτη, καθιστώντας την εξόρυξή τους λιγότερο αποτελεσματική.

Περιστασιακά, τα όξινα υπόγεια περιβάλλοντα μπορούν να αυξήσουν ελαφρώς τα επίπεδα των σπάνιων γαιών σε ορισμένες τοποθεσίες. Ωστόσο, η εύρεση αυτών των τοποθεσιών είναι μόνο η πρώτη πρόκληση.

Στη φύση, τα μέταλλα υπάρχουν ως μείγματα που ονομάζονται μεταλλεύματα, τα οποία περιέχουν μεταλλικά μόρια συνδεδεμένα με άλλα μη μέταλλα (αντιιόντα) μέσω ισχυρών ιοντικών δεσμών. Για να ληφθεί καθαρό μέταλλο, αυτοί οι δεσμοί πρέπει να διασπαστούν και το μη μέταλλο να απομακρυνθεί. Η δυσκολία αυτού του έργου εξαρτάται από το μέταλλο και το μη μέταλλο με το οποίο συνδέεται.

«Το μετάλλευμα χαλκού εμφανίζεται συνήθως με τη μορφή σουλφιδίων (χημικές ενώσεις που περιέχουν θείο και άλλα στοιχεία). Θερμαίνετε το μετάλλευμα μέχρι τα σουλφίδια να διαφύγουν ως αέριο και ο καθαρός χαλκός να καθιζάνει στον πυθμένα του αντιδραστήρα. Αυτή είναι μια αρκετά εύκολη διαδικασία εξαγωγής. Κάποιες άλλες, όπως τα οξείδια του σιδήρου, απαιτούν πρόσθετα για την απελευθέρωση του μετάλλου. Αλλά ο διαχωρισμός των σπάνιων γαιών είναι πολύ πιο περίπλοκος», εξηγεί ο Ziemkiewicz.

Τα μέταλλα σπάνιων γαιών έχουν τρία θετικά φορτία και σχηματίζουν εξαιρετικά ισχυρούς ιοντικούς δεσμούς με φωσφορικά αντιιόντα, καθένα από τα οποία έχει τρία αρνητικά φορτία. Επομένως, η διαδικασία εκχύλισης πρέπει να ξεπεράσει τον εξαιρετικά ισχυρό δεσμό μεταξύ του θετικού μετάλλου και του αρνητικού φωσφορικού.

«Τα μεταλλεύματα σπάνιων γαιών είναι πολύ χημικά σταθερά ορυκτά, που απαιτούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας και χημικής ισχύος για τη διάσπασή τους. Συνήθως, αυτή η διαδικασία απαιτεί εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα pH, σκληρές συνθήκες και εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, επειδή οι δεσμοί μέσα στο μετάλλευμα είναι απίστευτα ισχυροί», δήλωσε ο Noble.

Η δυσκολία στην εξαγωγή καθαρών στοιχείων τους έχει δώσει την ονομασία «σπάνιες γαίες». Ορισμένοι ειδικοί ερευνούν νέες μεθόδους για την ανακύκλωση και εξαγωγή αυτών των πολύτιμων μετάλλων από βιομηχανικά απόβλητα και παλιά ηλεκτρονικά είδη, για να μειώσουν την πίεση στα τρέχοντα αποθέματα. Προσπαθούν επίσης να αναδημιουργήσουν τις μοναδικές μαγνητικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες των σπάνιων γαιών σε νέες ενώσεις, ελπίζοντας ότι αυτές οι νέες ενώσεις θα γίνουν πιο προσιτές εναλλακτικές λύσεις. Ωστόσο, προς το παρόν δεν υπάρχουν αποτελεσματικές εναλλακτικές λύσεις για τις σπάνιες γαίες, παρά την αυξανόμενη ζήτηση.

Thu Thao (Σύμφωνα με το Live Science )

Σύνδεσμος πηγής: https://vnexpress.net/dat-hiem-thuc-chat-hiem-den-muc-nao-4659668.html