عناصر خاکی کمیاب که با نام عناصر خاکی کمیاب (REE) نیز شناخته می‌شوند، گروهی از ۱۷ عنصر شیمیایی هستند که ۱۵ عنصر از خانواده لانتانیدها به همراه اسکاندیم (Sc) و ایتریم (Y) را شامل می‌شوند.
در درک عمومی، نام عناصر خاکی کمیاب اغلب منبعی بسیار کمیاب و گرانبها مانند طلا را تداعی می‌کند. با این حال، زمین‌شناسان و دانشمندان علوم مواد به نتیجه کاملاً متفاوتی رسیده‌اند.
این گروه از عناصر در واقع در سراسر پوسته زمین وجود دارند. برخی از عناصر از مس (Cu) یا روی (Zn) فراوان‌ترند. چیزی که عناصر خاکی کمیاب را خاص می‌کند، کمیابی آنها نیست، بلکه فرآیندهای پیچیده تشکیل، توزیع، استخراج و پالایش آنهاست.
گروه عناصر خاکی کمیاب شامل ۱۷ عنصر شیمیایی در گروه لانتانیم به همراه اسکاندیم و ایتریم است (عکس: گتی).
این نام از یک سوءتفاهم تاریخی سرچشمه گرفته است.
نامگذاری عناصر خاکی کمیاب از شرایط تاریخی اواخر قرن هجدهم میلادی سرچشمه می‌گیرد، زمانی که دانشمندان اروپایی برای اولین بار اکسیدهای فلزی ویژه را از کانی‌های عجیب و غریب که اغلب در مناطق زمین‌شناسی باریک و غیرقابل دسترس یافت می‌شدند، جدا کردند.
در آن زمان، اکسیدهای فلزی با ماهیت ناشناخته اغلب خاک نامیده می‌شدند. کانی‌های حاوی این اکسیدها رایج نبودند، بنابراین جامعه علمی آن زمان نام خاک‌های کمیاب را به آنها داد.
این نام هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد اما گمراه‌کننده است. عناصر خاکی کمیاب از نظر ذخایر کمیاب نیستند، بلکه به شکل سنگ معدن غنی که می‌توان از نظر اقتصادی استخراج کرد، کمیاب هستند. این عناصر به طور گسترده توزیع شده‌اند، اما غلظت آنها کم است. آنها به ندرت در رسوبات بزرگ مانند آهن یا بوکسیت تجمع می‌یابند.
طبق تجزیه و تحلیل موسسه تحقیقات زمین شناسی آلمان GFZ، عناصر خاکی کمیاب اغلب در مواد معدنی مختلف مخلوط می‌شوند و به ندرت در غلظت‌های بالا ظاهر می‌شوند.
عناصر خاکی کمیاب در غلظت‌های پایین پراکنده هستند و همین امر اکتشاف و استخراج آنها را پرهزینه می‌کند، اگرچه ذخایر جهانی آنها فراوان ارزیابی شده است (عکس: گتی).
این امر فرآیند بررسی و مکان‌یابی ذخایر عناصر نادر خاکی را به یک فعالیت پرهزینه و زمان‌بر تبدیل می‌کند.
حتی وقتی ذخایری یافت می‌شوند، بازیابی واقعی اغلب تنها چند درصد یا کمتر است. این پراکندگی، دسترسی به عناصر خاکی کمیاب را، با وجود فراوانی آنها در ذخایر جهانی، دشوار می‌کند.
مجموعه‌ای از موانع از معدن تا پالایش
بزرگترین چالش برای عناصر خاکی کمیاب در فرآیند جداسازی و خالص‌سازی نهفته است. به دلیل ساختار الکترونی مشابه، جداسازی عناصر خاکی کمیاب دشوار است. جداسازی نئودیمیوم از پراسئودیمیوم یا عناصر خاکی کمیاب سنگین از سبک نیازمند صدها مرحله استخراج مکرر است.
یک مطالعه توسط موسسه فناوری ماساچوست (MIT) نشان داده است که پالایش عناصر نادر خاکی یکی از پیچیده‌ترین فرآیندهای متالورژی مدرن است. این فرآیند اسیدهای قوی و مواد آلی زیادی مصرف می‌کند و مقادیر زیادی زباله جامد و محلول‌های سمی تولید می‌کند.
در بسیاری از معادن، سنگ معدن عناصر خاکی کمیاب با توریم و اورانیوم که به طور طبیعی رادیواکتیو هستند مخلوط می‌شود. اگر این زباله‌ها به درستی دفع نشوند، خطر آلودگی خاک و آب را در درازمدت به همراه خواهند داشت.
نگرانی‌های زیست‌محیطی دلیل آن است که بسیاری از کشورها علیرغم ذخایر عظیم عناصر خاکی کمیاب، استخراج آنها را محدود می‌کنند. تنها تعداد کمی از کشورها هم فناوری و هم توانایی جذب هزینه‌های فرآوری را دارند. این امر منجر به تمرکز زنجیره تأمین عناصر خاکی کمیاب در چند کشور شده و خطرات ژئوپلیتیکی و تجارت جهانی را ایجاد کرده است.
یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، روشی بیولوژیکی با استفاده از پروتئین‌های باکتریایی برای استخراج و جداسازی عناصر کمیاب خاکی از زباله‌های صنعتی و دستگاه‌های الکترونیکی توسعه داده‌اند (عکس).
در گزارش سال ۲۰۲۳ آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، عناصر خاکی کمیاب به عنوان مواد معدنی مهم برای انرژی پاک در کنار لیتیوم، کبالت و نیکل طبقه‌بندی شده‌اند.
این گزارش تأکید می‌کند که خطر وابستگی به عرضه بسیار بیشتر از خطر ذخایر طبیعی است. به همین دلیل است که عناصر خاکی کمیاب به عنوان یک کارت استراتژیک در رقابت فناوری بین ابرقدرت‌ها در نظر گرفته می‌شوند.
ارزش استراتژیک در فناوری مدرن
عناصر خاکی کمیاب نقش حیاتی در بسیاری از زمینه‌های فناوری پیشرفته ایفا می‌کنند. مهم‌ترین آنها آهنرباهای دائمی مبتنی بر نئودیمیوم، پراسئودیمیوم و دیسپروزیوم هستند.
این آهنرباها چگالی کمی دارند اما نیروهای مغناطیسی بسیار قوی تولید می‌کنند. آنها اجزای ضروری موتورهای خودروهای برقی، توربین‌های بادی، ربات‌های صنعتی، پهپادها و هارد دیسک‌ها هستند. عناصر دیگر نیز کاربردهای مهمی دارند.
عناصر خاکی کمیاب به دلیل نقش مهمشان در فناوری پیشرفته، «کارت استراتژیک» ابرقدرت‌ها هستند (عکس: گتی).
سریم در مبدل‌های کاتالیزوری برای تصفیه گازهای خروجی و در صیقل دادن شیشه‌های نوری استفاده می‌شود. لانتانیم در لنزهای دوربین و در باتری‌های هیدرید فلز نیکل که زمانی در خودروهای هیبریدی رایج بودند، یافت می‌شود. یوروپیوم و تربیوم دو ماده لومینسانس اصلی برای نمایشگرهای رنگی اولیه و بسیاری از LEDها بودند.
در حوزه زیست‌پزشکی، گادولینیوم یک عامل کنتراست مهم در تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) است. ترکیبات حاوی عناصر خاکی کمیاب نیز به دلیل توانایی‌شان در انتشار انرژی مشخصه، در تحقیقات درمان سرطان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
یک بررسی علمی که در مجله Nature Reviews Materials منتشر شده است، خاطرنشان می‌کند که مواد کمیاب خاکی، مسیرهای جدیدی را برای فناوری کوانتومی و نانوالکترونیک باز می‌کنند.
تقاضای بالا از سوی صنایع انرژی سبز و دیجیتال، عناصر خاکی کمیاب را به یک منبع ضروری تبدیل کرده است. وسایل نقلیه الکتریکی به مقادیر زیادی آهنربای دائمی نیاز دارند. توربین‌های بادی فراساحلی برای حفظ عملکرد پایدار به شدت به آنها وابسته هستند. فناوری هوش مصنوعی، دستگاه‌های هوشمند و سیستم‌های دفاعی مدرن، همگی در بسیاری از مکان‌های کلیدی از مواد خاکی کمیاب استفاده می‌کنند.
عناصر خاکی کمیاب نقش مهمی در بسیاری از فناوری‌های مدرن و صنایع انرژی ایفا می‌کنند (تصویر: گتی).
اختلاف بین نام عناصر خاکی کمیاب و فراوانی آنها به دو عامل بستگی دارد: اول، پراکندگی زمین‌شناسی آنها، استخراج اقتصادی آنها را دشوار می‌کند. دوم، فرآیند پالایش پیچیده و گران‌قیمت آنها مانع بزرگی ایجاد می‌کند که عرضه جهانی را محدود می‌کند.
اگر ذخایر طبیعی تنها معیار باشند، عناصر خاکی کمیاب منابع کمیاب نیستند. آنچه کمیاب است، توانایی استخراج پاک آنها، فناوری پیشرفته ذوب و کنترل زنجیره تأمین است. با حرکت جهان به سمت انرژی پاک و فناوری پیشرفته، این گروه از عناصر به طور فزاینده‌ای استراتژیک می‌شوند.
بسیاری از کشورها برنامه‌هایی را برای افزایش خودکفایی خود در زمینه عناصر خاکی کمیاب اعلام کرده‌اند. ایالات متحده، اروپا، ژاپن و کره جنوبی سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی را در بازیافت آهنرباهای قدیمی و توسعه فناوری جداسازی نسل جدید انجام می‌دهند. تحقیقات در دانشگاه کمبریج و موسسه فناوری توکیو نشان می‌دهد که توانایی بازیابی عناصر خاکی کمیاب از باتری‌های قدیمی و دستگاه‌های الکترونیکی دور ریخته شده، راهی را برای کاهش وابستگی به استخراج اولیه باز می‌کند.
همه این تلاش‌ها نشان می‌دهد که عناصر خاکی کمیاب نه از نظر ماهیت، بلکه از نظر دسترسی کمیاب هستند. بنابراین، آنها به عنوان منابع استراتژیک در نظر گرفته می‌شوند که آینده فناوری جهانی را شکل می‌دهند.
منبع: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/su-that-phia-sau-hieu-nham-hang-the-ky-ve-vitamin-cua-nganh-cong-nghiep-20251127122516385.htm
نظر (0)