A ritkaföldfémek, egy 17 fémből álló csoport, viszonylag nagy mennyiségben fordulnak elő a földkéregben, de kinyerésük rendkívül nehéz.
A neodímium, az egyik rendkívül nehezen bányászható ritkaföldfém. Fotó: RHJ/Getty
A ritkaföldfémek számos hasznos tulajdonsággal rendelkeznek, így nagy keresletnek örvendenek az energia- és technológiai iparban. Ez a csoport 17 fémet foglal magában, beleértve a periódusos rendszer végén található 15 fémet, valamint az ittriumot és a szkandiumot.
Ezen elemek közül a legértékesebbek a neodímium, a prazeodímium, a terbium és a diszprózium, amelyek ultraerős miniatűr mágnesként működnek, és kulcsfontosságú alkotóelemei az olyan elektronikus eszközöknek, mint az okostelefonok, az elektromos járművek akkumulátorai és a szélturbinák. A ritkaföldfémek korlátozott kínálata azonban komoly aggodalomra ad okot a vállalatok és a kormányok számára ezen modern szükségleti cikkek előállításakor.
A ritkaföldfémek valójában nem is olyan ritkák. Az Egyesült Államok Földtani Főszolgálatának (USGS) a különböző elemek kristályos mennyiségére (a földkéregben átlagosan elérhető mennyiségre) vonatkozó kutatása szerint a legtöbb ritkaföldfém nagyjából ugyanolyan mennyiségben van jelen, mint a közönséges fémek, mint a réz és a cink. „Semmiképpen sem olyan ritkák, mint az ezüst, az arany vagy a platina” – mondta Aaron Noble, a Virginia Polytechnic University professzora.
Természetes forrásokból azonban rendkívül nehéz kinyerni őket. „A probléma az, hogy nem egy helyen koncentrálódnak. Az Egyesült Államokban minden kilogramm palában körülbelül 300 milligramm ritkaföldfém található” – mondta Paul Ziemkiewicz, a Nyugat-virginiai Vízkutató Intézet igazgatója.
A fémek jellemzően a földkéregben koncentrálódnak különféle geológiai folyamatok, például lávafolyások, hidrotermális aktivitás és hegységképződés miatt. A ritkaföldfémek szokatlan kémiai tulajdonságai miatt azonban ezek a specifikus körülmények között általában nem koncentrálódnak együtt. A ritkaföldfémek nyomai szétszórva találhatók a bolygón, így kinyerésük kevésbé hatékony.
A savas földalatti környezet időnként kismértékben megnövelheti a ritkaföldfémek szintjét bizonyos helyeken. Ezeknek a helyeknek a megtalálása azonban csak az első kihívást jelenti.
A természetben a fémek érceknek nevezett keverékek formájában léteznek, amelyek fémmolekulái erős ionos kötésekkel kapcsolódnak más nemfémekhez (antiionokhoz). Tiszta fém előállításához ezeket a kötéseket meg kell szakítani, és a nemfémet el kell távolítani. A feladat nehézsége a fémtől és a hozzá kapcsolódó nemfémtől függ.
„A rézérc jellemzően szulfidok (ként és más elemeket tartalmazó kémiai vegyületek) formájában jelenik meg. Az ércet addig melegítik, amíg a szulfidok gáz formájában ki nem szabadulnak, és a tiszta réz leülepedik a reaktor alján. Ez egy meglehetősen egyszerű extrakciós folyamat. Néhány más, például a vas-oxidok, adalékanyagokat igényelnek a fém felszabadításához. De a ritkaföldfémek elválasztása sokkal összetettebb” – magyarázza Ziemkiewicz.
A ritkaföldfémek három pozitív töltéssel rendelkeznek, és rendkívül erős ionos kötéseket képeznek a foszfát antiionokkal, amelyek mindegyike három negatív töltésű. Ezért az extrakciós folyamatnak le kell küzdenie a pozitív fém és a negatív foszfát közötti rendkívül erős kötést.
„A ritkaföldfémek kémiailag nagyon stabil ásványok, amelyek lebontásához nagy mennyiségű energia és kémiai erő szükséges. Ez a folyamat jellemzően rendkívül alacsony pH-értéket, zord körülményeket és rendkívül magas hőmérsékletet igényel, mivel az ércben lévő kötések hihetetlenül erősek” – mondta Noble.
A tiszta elemek kinyerésének nehézsége adta nekik a „ritkaföldfém” nevet. Egyes szakértők új módszereket kutatnak ezen értékes fémek újrahasznosítására és kinyerésére ipari hulladékból és régi elektronikai cikkekből, hogy enyhítsék a jelenlegi készletekre nehezedő nyomást. Emellett megpróbálják a ritkaföldfémek egyedi mágneses és elektronikus tulajdonságait új vegyületekben újraalkotni, abban a reményben, hogy ezek az új vegyületek elérhetőbb alternatívákká válnak. A növekvő kereslet ellenére azonban jelenleg nincsenek hatékony alternatívák a ritkaföldfémekre.
Thu Thao ( a Live Science szerint)
[hirdetés_2]
Forráslink
Hozzászólás (0)