عناصر خاکی کمیاب واقعاً چقدر کمیاب هستند؟

عناصر خاکی کمیاب، گروهی متشکل از ۱۷ فلز، در پوسته زمین نسبتاً فراوان هستند، اما استخراج آنها بسیار دشوار است.

نئودیمیم، یکی از عناصر خاکی کمیاب که استخراج آن بسیار دشوار است. عکس: RHJ/Getty — نئودیمیم، یکی از عناصر خاکی کمیاب که استخراج آن بسیار دشوار است. عکس: *RHJ/Getty*

عناصر خاکی کمیاب خواص مفید بسیاری دارند و همین امر باعث شده است که در صنایع انرژی و فناوری بسیار مورد توجه قرار گیرند. این گروه شامل ۱۷ فلز است که ۱۵ فلز آن در انتهای جدول تناوبی به همراه ایتریم و اسکاندیم قرار دارند.

باارزش‌ترین این عناصر نئودیمیوم، پراسئودیمیوم، تربیوم و دیسپروزیوم هستند که به عنوان آهنرباهای مینیاتوری فوق قدرتمند عمل می‌کنند و جزء حیاتی دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن‌های هوشمند، باتری‌های خودروهای برقی و توربین‌های بادی هستند. با این حال، عرضه محدود عناصر خاکی کمیاب، نگرانی عمده‌ای برای شرکت‌ها و دولت‌ها هنگام تولید این ملزومات مدرن است.

عناصر خاکی کمیاب در واقع آنقدرها هم کمیاب نیستند. طبق تحقیقات سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) در مورد فراوانی کریستالی عناصر مختلف (میانگین دسترسی در سراسر پوسته زمین)، اکثر عناصر خاکی کمیاب تقریباً به همان مقدار فلزات رایج مانند مس و روی وجود دارند. آرون نوبل، استاد دانشگاه پلی‌تکنیک ویرجینیا، گفت: «آنها مطمئناً به اندازه فلزاتی مانند نقره، طلا یا پلاتین کمیاب نیستند.»

با این حال، استخراج آنها از منابع طبیعی بسیار دشوار است. پاول زیمکویچ، مدیر موسسه تحقیقات آب ویرجینیای غربی، گفت: «مشکل این است که آنها در یک مکان متمرکز نیستند. در هر کیلوگرم شیل در سراسر ایالات متحده حدود ۳۰۰ میلی‌گرم عناصر خاکی کمیاب وجود دارد.»

معمولاً فلزات به دلیل فرآیندهای مختلف زمین‌شناسی مانند جریان‌های گدازه، فعالیت‌های هیدروترمال و تشکیل کوه‌ها در پوسته زمین متمرکز می‌شوند. با این حال، خواص شیمیایی غیرمعمول عناصر خاکی کمیاب به این معنی است که آنها معمولاً تحت این شرایط خاص در کنار هم متمرکز نمی‌شوند. ردپاهایی از عناصر خاکی کمیاب در سراسر سیاره پراکنده شده‌اند و استخراج آنها را کم‌اثرتر می‌کنند.

گاهی اوقات، محیط‌های زیرزمینی اسیدی می‌توانند سطح عناصر خاکی کمیاب را در مکان‌های خاص کمی افزایش دهند. با این حال، یافتن این مکان‌ها تنها اولین چالش است.

در طبیعت، فلزات به صورت مخلوط‌هایی به نام سنگ معدن وجود دارند که حاوی مولکول‌های فلزی هستند که توسط پیوندهای یونی قوی به سایر غیرفلزات (آنتی‌آیونز) متصل شده‌اند. برای به دست آوردن فلز خالص، این پیوندها باید شکسته شوند و غیرفلز حذف شود. سختی این کار به فلز و غیرفلزی که با آن پیوند برقرار شده است بستگی دارد.

زیمکویچ توضیح می‌دهد: «سنگ معدن مس معمولاً به شکل سولفیدها (ترکیبات شیمیایی حاوی گوگرد و سایر عناصر) ظاهر می‌شود. شما سنگ معدن را گرم می‌کنید تا سولفیدها به صورت گاز خارج شوند و مس خالص در پایین راکتور ته‌نشین شود. این یک فرآیند استخراج نسبتاً آسان است. برخی دیگر، مانند اکسیدهای آهن، برای آزادسازی فلز به افزودنی‌هایی نیاز دارند. اما جداسازی عناصر خاکی کمیاب بسیار پیچیده‌تر است.»

فلزات خاکی کمیاب سه بار مثبت دارند و پیوندهای یونی فوق‌العاده قوی با آنتی‌آیون‌های فسفات تشکیل می‌دهند که هر کدام سه بار منفی دارند. بنابراین، فرآیند استخراج باید بر پیوند فوق‌العاده قوی بین فلز مثبت و فسفات منفی غلبه کند.

نوبل گفت: «سنگ‌های عناصر خاکی کمیاب، مواد معدنی بسیار پایداری از نظر شیمیایی هستند و برای تجزیه آنها به انرژی و قدرت شیمیایی زیادی نیاز است. معمولاً این فرآیند به pH بسیار پایین، شرایط سخت و دمای بسیار بالا نیاز دارد زیرا پیوندهای درون سنگ معدن فوق‌العاده قوی هستند.»

دشواری استخراج عناصر خالص، نام «خاک کمیاب» را به آنها داده است. برخی از کارشناسان در حال تحقیق در مورد روش‌های جدید برای بازیافت و استخراج این فلزات ارزشمند از زباله‌های صنعتی و لوازم الکترونیکی قدیمی هستند تا فشار بر منابع فعلی را کاهش دهند. آنها همچنین در تلاشند تا خواص مغناطیسی و الکترونیکی منحصر به فرد خاک‌های کمیاب را در ترکیبات جدید بازآفرینی کنند، به این امید که این ترکیبات جدید به جایگزین‌های در دسترس‌تری تبدیل شوند. با این حال، در حال حاضر، با وجود افزایش تقاضا، هیچ جایگزین موثری برای خاک‌های کمیاب وجود ندارد.

پنجشنبه تائو (طبق گفته Live Science )

لینک منبع