Πόσο σπάνιες είναι στην πραγματικότητα οι σπάνιες γαίες;

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

Νεοδύμιο, ένα από τα στοιχεία σπάνιων γαιών που είναι εξαιρετικά δύσκολο να εξορυχθεί. Φωτογραφία: RHJ/Getty

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν πολλές χρήσιμες ιδιότητες που τα καθιστούν πολύ δημοφιλή στις βιομηχανίες ενέργειας και τεχνολογίας. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει 17 μέταλλα, συμπεριλαμβανομένων 15 μεταλλικών στοιχείων στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα, μαζί με 2 στοιχεία, 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 ισχυροί μικροσκοπικοί μαγνήτες, ένα βασικό συστατικό σε ηλεκτρονικές συσκευές όπως τα smartphones, οι μπαταρίες ηλεκτρικών αυτοκινήτων και οι ανεμογεννήτριες. Ωστόσο, η περιορισμένη προσφορά σπάνιων γαιών αποτελεί σημαντική ανησυχία για τις εταιρείες και τις κυβερνήσεις που παράγουν αυτά τα σύγχρονα είδη πρώτης ανάγκης.

Οι σπάνιες γαίες δεν είναι στην πραγματικότητα τόσο σπάνιες. Σύμφωνα με μια μελέτη του USGS σχετικά με τις κρυσταλλικές αφθονίες διαφόρων στοιχείων (πόσο άφθονα είναι κατά μέσο όρο στον φλοιό της Γης), οι περισσότερες σπάνιες γαίες βρίσκονται περίπου στις ίδιες ποσότητες με τα κοινά μέταλλα όπως ο χαλκός και ο ψευδάργυρος. «Σίγουρα δεν είναι τόσο σπάνιες όσο μέταλλα όπως το ασήμι, ο χρυσός και η πλατίνα», λέει ο Aaron Noble, καθηγητής στο Virginia Tech.

Αλλά 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», λέει ο Paul Ziemkiewicz, διευθυντής του Ινστιτούτου Έρευνας Υδάτων της Δυτικής Βιρτζίνια.

Κανονικά, τα μέταλλα συσσωρεύονται στον φλοιό της Γης λόγω διαφόρων γεωλογικών διεργασιών, όπως οι ροές λάβας, η υδροθερμική δραστηριότητα και η δημιουργία βουνών. Ωστόσο, οι ασυνήθιστες χημικές ιδιότητες των σπάνιων γαιών σημαίνουν ότι δεν συσσωρεύονται συχνά μαζί υπό αυτές τις ειδικές συνθήκες. Ίχνη σπάνιων γαιών είναι διάσπαρτα σε όλο τον πλανήτη, καθιστώντας την εξόρυξή τους αναποτελεσματική.

Μερικές φορές, τα όξινα υπόγεια περιβάλλοντα μπορούν να αυξήσουν ελαφρώς την ποσότητα των σπάνιων γαιών σε ορισμένες τοποθεσίες. Αλλά 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 ληφθούν καθαρά μέταλλα, οι άνθρωποι πρέπει να σπάσουν αυτούς τους δεσμούς και να αφαιρέσουν τα μη μέταλλα. Η δυσκολία της εργασίας εξαρτάται από το μέταλλο και το μη μέταλλο με το οποίο είναι συνδεδεμένα.

«Το μετάλλευμα χαλκού συνήθως υπάρχει με τη μορφή σουλφιδίων (χημικές ουσίες που αποτελούνται από θείο και άλλα στοιχεία). Θερμαίνετε το μετάλλευμα μέχρι το σημείο όπου τα σουλφίδια διαφεύγουν ως αέριο και ο καθαρός χαλκός πέφτει στον πυθμένα του αντιδραστήρα. Αυτή είναι μια αρκετά εύκολη διαδικασία εξαγωγής. Ορισμένοι άλλοι τύποι, όπως το οξείδιο 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 και χρειάζεται πολλή ενέργεια και χημική ισχύς για να διασπαστούν. Συνήθως, αυτή η διαδικασία απαιτεί εξαιρετικά χαμηλό pH, σκληρές συνθήκες και εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, επειδή οι δεσμοί στο μετάλλευμα είναι απίστευτα ισχυροί», δήλωσε ο Noble.

Η δυσκολία στην απομόνωση των καθαρών στοιχείων τους έχει χαρίσει την ονομασία «σπάνιες γαίες». Ορισμένοι ειδικοί ερευνούν νέες μεθόδους για την ανακύκλωση και την 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 θα γίνουν πιο προσιτές εναλλακτικές λύσεις. Ωστόσο, προς το παρόν δεν υπάρχουν βιώσιμες 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