כמה נדירות הן באמת מתכתי אדמה נדירים?

[מודעה_1]

יסודות אדמה נדירים, קבוצה של 17 מתכות, נמצאים בשפע יחסית בקרום כדור הארץ אך מיצויים קשה ביותר.

ניאודימיום, אחד מיסודות הארץ הנדירים שקשה מאוד לכרות אותו. צילום: RHJ/Getty — ניאודימיום, אחד מיסודות הארץ הנדירים שקשה מאוד לכרות אותו. צילום: *RHJ/Getty*

ליסודות אדמה נדירה יש תכונות שימושיות רבות שהופכות אותם לפופולריים מאוד בתעשיות האנרגיה והטכנולוגיה. קבוצה זו כוללת 17 מתכות, כולל 15 יסודות מתכתיים בתחתית הטבלה המחזורית, יחד עם 2 יסודות איטריום וסקנדיום.

היסודות היקרים ביותר הם ניאודימיום, פרסאודימיום, טרביום ודיספרוסיום, הפועלים כמגנטים מיניאטוריים רבי עוצמה, מרכיב מפתח במכשירים אלקטרוניים כמו טלפונים חכמים, סוללות למכוניות חשמליות וטורבינות רוח. עם זאת, ההיצע המוגבל של מתכות נדירות מהווה דאגה מרכזית עבור חברות וממשלות המייצרות את הצרכים המודרניים הללו.

מתכות נדירות אינן נדירות כל כך. על פי מחקר של ה-USGS על שכיחותם הגבישית של יסודות שונים (כמה הם שופעים בממוצע בקרום כדור הארץ), רוב מתכות נדירות נמצאות בערך באותן כמויות כמו מתכות נפוצות כמו נחושת ואבץ. "הן בהחלט לא נדירות כמו מתכות כמו כסף, זהב ופלטינה", אומר אהרון נובל, פרופסור בווירג'יניה טק.

אבל הפקתם ממקורות טבעיים היא קשה ביותר. "הבעיה היא שהם לא מרוכזים במקום אחד. יש כ-300 מיליגרם של אדמה נדירה בכל קילוגרם של פצלי שמן ברחבי ארצות הברית", אומר פול זימקייביץ', מנהל מכון המחקר למים של מערב וירג'יניה.

בדרך כלל, מתכות מצטברות בקרום כדור הארץ עקב תהליכים גיאולוגיים שונים, כגון זרמי לבה, פעילות הידרותרמית ובניית הרים. עם זאת, התכונות הכימיות יוצאות הדופן של יסודות אדמה נדירה גורמות לכך שהם אינם מצטברים יחד לעתים קרובות בתנאים מיוחדים אלה. עקבות של אדמה נדירה מפוזרים ברחבי כדור הארץ, מה שהופך את מיצויהן ללא יעיל.

לעיתים, סביבות תת-קרקעיות חומציות יכולות להגדיל מעט את כמות יסודות האדמה הנדירים במקומות מסוימים. אבל מציאת מקומות אלה היא רק האתגר הראשון.

בטבע, מתכות קיימות כתערובות הנקראות עפרות, המכילות מולקולות מתכת הקשורות ללא-מתכות אחרות (יונים נגדיים) באמצעות קשרים יוניים חזקים. כדי להשיג מתכות טהורות, אנשים צריכים לשבור קשרים אלה ולהסיר את האל-מתכות. רמת הקושי של העבודה תלויה במתכת ובאל-מתכת שאליה הן קשורות.

"עפרת נחושת מגיעה בדרך כלל בצורת סולפידים (כימיקלים המורכבים מגופרית ויסודות אחרים). מחממים את העפרה עד לנקודה שבה הסולפידים בורחים כגז והנחושת הטהורה נופלת לתחתית הכור. זהו תהליך מיצוי די קל. סוגים אחרים, כמו תחמוצת ברזל, דורשים תוספים כדי לשחרר את המתכת. אבל הפרדת אדמות נדירות היא הרבה יותר מסובכת", מסביר זימקייביץ'.

למתכות אדמה נדירות יש שלושה מטענים חיוביים והן יוצרות קשרים יוניים חזקים ביותר עם יוני נגד פוספט, שלכל אחד מהם שלושה מטענים שליליים. לכן, תהליך המיצוי חייב להתגבר על הקשר החזק ביותר בין המתכת החיובית לפוספט השלילי.

"עפרות אדמה נדירות הן מינרלים יציבים מאוד מבחינה כימית, ונדרש הרבה אנרגיה וכוח כימי כדי לפרק אותן. בדרך כלל, תהליך זה דורש pH נמוך במיוחד, תנאים קשים וטמפרטורות גבוהות במיוחד מכיוון שהקשרים בעפרה חזקים להפליא", אמר נובל.

הקושי בבידוד היסודות הטהורים זיכה אותם בכינוי "עפרות נדירות". מומחים מסוימים חוקרים שיטות חדשות למחזור והפקת מתכות יקרות ערך אלו מפסולת תעשייתית ומאלקטרוניקה ישנה כדי להקל על הלחץ על האספקה הקיימת. הם גם מנסים לשחזר את התכונות המגנטיות והאלקטרוניות הייחודיות של עפרות נדירות בתרכובות חדשות, בתקווה שאלו יהפכו לחלופות נגישות יותר. עם זאת, נכון לעכשיו, אין חלופות בנות קיימא לעפרות נדירות, למרות הביקוש הגובר.

ת'ו טאו (על פי Live Science )

[מודעה_2]
קישור למקור