عناصر خاکی کمیاب واقعاً چقدر کمیاب هستند؟

عناصر خاکی کمیاب، گروهی 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 زیادی دارند که آنها را در صنایع انرژی و فناوری بسیار محبوب می‌کند. این گروه شامل ۱۷ فلز است که ۱۵ عنصر فلزی در انتهای جدول تناوبی به همراه ۲ عنصر ایتریم و اسکاندیم قرار دارند.

باارزش‌ترین این عناصر نئودیمیوم، پراسئودیمیوم، تربیوم و دیسپروزیوم هستند که به عنوان آهنرباهای مینیاتوری قدرتمند عمل می‌کنند، که یک جزء کلیدی در دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن‌های هوشمند، باتری‌های خودروهای برقی و توربین‌های بادی است. با این حال، عرضه محدود عناصر خاکی کمیاب نگرانی اصلی شرکت‌ها و دولت‌هایی است که این ملزومات مدرن را تولید می‌کنند.

عناصر خاکی کمیاب در واقع آنقدرها هم کمیاب نیستند. طبق مطالعه‌ی سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) در مورد فراوانی کریستالی عناصر مختلف (میزان فراوانی متوسط آنها در پوسته زمین)، اکثر عناصر خاکی کمیاب تقریباً به همان مقدار فلزات رایج مانند مس و روی یافت می‌شوند. آرون نوبل، استاد دانشگاه ویرجینیا تک، می‌گوید: «آنها مطمئناً به اندازه فلزاتی مانند نقره، طلا و پلاتین کمیاب نیستند.»

اما استخراج آنها از منابع طبیعی بسیار دشوار است. پاول زیمکویچ، مدیر موسسه تحقیقات آب ویرجینیای غربی، می‌گوید: «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.»

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

گاهی اوقات، محیط‌های زیرزمینی اسیدی می‌توانند مقدار عناصر خاکی کمیاب را در مکان‌های خاص کمی افزایش دهند. اما 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 (یون‌های مخالف) متصل شده‌اند. برای به دست آوردن فلزات خالص، افراد باید این پیوندها را بشکنند و غیرفلزات را حذف کنند. سختی کار به فلز و غیرفلزی که به آنها متصل هستند بستگی دارد.

زیمکویچ توضیح می‌دهد: «سنگ معدن مس معمولاً به شکل سولفیدها (مواد شیمیایی متشکل از گوگرد و سایر عناصر) وجود دارد. شما سنگ معدن را تا جایی گرم می‌کنید که سولفیدها به صورت گاز خارج شوند و مس خالص به پایین راکتور بیفتد. این یک فرآیند استخراج نسبتاً آسان است. برخی از انواع دیگر، مانند اکسید آهن، برای آزادسازی فلز به افزودنی نیاز دارند. اما جداسازی عناصر خاکی کمیاب بسیار پیچیده‌تر است.»

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

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

دشواری جداسازی عناصر خالص، نام «عناصر خاکی کمیاب» را برای آنها به ارمغان آورده 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 عناصر خاکی کمیاب را در ترکیبات جدید بازآفرینی کنند، به این امید که این ترکیبات به جایگزین‌های در دسترس‌تری تبدیل شوند. با این حال، در حال حاضر، با وجود تقاضای رو به رشد، هیچ جایگزین مناسبی برای عناصر خاکی کمیاب وجود ندارد.

پنجشنبه تائو (طبق گفته Live Science )

لینک منبع