יסודות אדמה נדירים, קבוצה של 17 מתכות, נמצאים בשפע יחסית בקרום כדור הארץ, אך מיצויים קשה ביותר.
ניאודימיום, אחד מיסודות האדמה הנדירים הקשים ביותר לכרייה. צילום: RHJ/Getty
ליסודות אדמה נדירה יש תכונות שימושיות רבות, מה שהופך אותם למבוקשים מאוד בתעשיות האנרגיה והטכנולוגיה. קבוצה זו כוללת 17 מתכות, כולל 15 מתכות בסוף הטבלה המחזורית, יחד עם איטריום וסקנדיום.
היסודות היקרים ביותר הם ניאודימיום, פרסאודימיום, טרביום ודיספרוסיום, הפועלים כמגנטים מיניאטוריים רבי עוצמה, מרכיב חיוני במכשירים אלקטרוניים כמו טלפונים חכמים, סוללות לרכבים חשמליים וטורבינות רוח. עם זאת, ההיצע המוגבל של יסודות אדמה נדירים מהווה דאגה מרכזית עבור חברות וממשלות בעת ייצור יסודות מודרניים אלה.
יסודות אדמה נדירים אינם למעשה כה נדירים. על פי מחקר של המכון הגיאולוגי של ארה"ב (USGS) על השפע הגבישי של יסודות שונים (הזמינות הממוצעת על פני קרום כדור הארץ), רוב יסודות האדמה הנדירים קיימים בערך באותן כמויות כמו מתכות נפוצות כמו נחושת ואבץ. "הם בהחלט לא נדירים כמו מתכות כמו כסף, זהב או פלטינה", אמר אהרון נובל, פרופסור באוניברסיטת הפוליטכנית של וירג'יניה.
עם זאת, הפקתם ממקורות טבעיים היא קשה ביותר. "הבעיה היא שהם לא מרוכזים במקום אחד. ישנם כ-300 מיליגרם של יסודות אדמה נדירים בכל קילוגרם של פצלי שמן ברחבי ארצות הברית", אמר פול זימקייביץ', מנהל מכון המחקר למים של מערב וירג'יניה.
בדרך כלל, מתכות מתרכזות בקרום כדור הארץ עקב תהליכים גיאולוגיים שונים, כגון זרמי לבה, פעילות הידרותרמית ויצירת הרים. עם זאת, התכונות הכימיות יוצאות הדופן של יסודות אדמה נדירה גורמות לכך שהם בדרך כלל אינם מרוכזים יחד בתנאים ספציפיים אלה. עקבות של אדמה נדירה מפוזרים ברחבי כדור הארץ, מה שהופך את מיצויהן לפחות יעיל.
לעיתים, סביבות תת-קרקעיות חומציות יכולות להעלות מעט את רמות יסודות האדמה הנדירים במקומות מסוימים. עם זאת, מציאת מקומות אלה היא רק האתגר הראשון.
בטבע, מתכות קיימות כתערובות הנקראות עפרות, המכילות מולקולות מתכת הקשורות ללא-מתכות אחרות (אנטי-יונים) באמצעות קשרים יוניים חזקים. כדי להשיג מתכת טהורה, יש לשבור קשרים אלה ולהסיר את האל-מתכת. הקושי של משימה זו תלויה במתכת ובאל-מתכת שאליה היא קשורה.
"עפרת נחושת מופיעה בדרך כלל בצורת סולפידים (תרכובות כימיות המכילות גופרית ויסודות אחרים). מחממים את העפרה עד שהסולפידים יוצאים כגז, והנחושת הטהורה שוקעת בתחתית הכור. זהו תהליך מיצוי קל למדי. אחרים, כמו תחמוצות ברזל, דורשים תוספים כדי לשחרר את המתכת. אבל הפרדת יסודות אדמה נדירים היא הרבה יותר מורכבת", מסביר זימקייביץ'.
למתכות אדמה נדירות יש שלושה מטענים חיוביים והן יוצרות קשרים יוניים חזקים ביותר עם יוני 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, הדורשים אנרגיה וכוח כימי רב כדי לפרק אותן. בדרך כלל, תהליך זה דורש רמות pH נמוכות ביותר, תנאים קשים וטמפרטורות גבוהות במיוחד מכיוון שהקשרים בתוך העפרה חזקים להפליא", אמר נובל.
הקושי בחילוץ יסודות טהורים העניק להם את השם "ארץ נדירה". מומחים מסוימים חוקרים שיטות חדשות למחזור ולחילוץ 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 אדמה נדירה בתרכובות חדשות, בתקווה שתרכובות חדשות אלו יהפכו לחלופות נגישות יותר. עם זאת, נכון לעכשיו, אין חלופות יעילות לאדמה נדירה, למרות הביקוש הגובר.
ת'ו טאו (על פי Live Science )
[מודעה_2]
קישור למקור
תגובה (0)