Hur sällsynta är egentligen sällsynta jordartsmetaller?

De sällsynta jordartsmetallerna, en grupp av 17 metaller, finns relativt rikligt i jordskorpan, men deras utvinning är extremt svår.

Neodym, ett av de extremt svåra sällsynta jordartsmetallerna att bryta. Foto: RHJ/Getty

Sällsynta jordartsmetaller har många användbara egenskaper, vilket gör dem mycket eftertraktade inom energi- och teknikindustrin. Denna grupp omfattar 17 metaller, inklusive 15 metaller i slutet av det periodiska systemet, tillsammans med yttrium och skandium.

De mest värdefulla av dessa element är neodym, praseodym, terbium och dysprosium, vilka fungerar som ultrakraftfulla miniatyrmagneter, en avgörande komponent i elektroniska apparater som smartphones, elbilsbatterier och vindkraftverk. Den begränsade tillgången på sällsynta jordartsmetaller är dock ett stort problem för företag och regeringar när de producerar dessa moderna förnödenheter.

Sällsynta jordartsmetaller är faktiskt inte så ovanliga. Enligt forskning från U.S. Geological Survey (USGS) om den kristallina förekomsten av olika element (den genomsnittliga tillgängligheten över jordskorpan), finns de flesta sällsynta jordartsmetaller i ungefär samma mängder som vanliga metaller som koppar och zink. "De är verkligen inte lika ovanliga som metaller som silver, guld eller platina", säger Aaron Noble, professor vid Virginia Polytechnic University.

Att utvinna dem från naturliga källor är dock extremt svårt. ”Problemet är att de inte är koncentrerade på ett ställe. Det finns cirka 300 milligram sällsynta jordartsmetaller i varje kilogram skiffer i hela USA”, säger Paul Ziemkiewicz, chef för West Virginia Water Research Institute.

Vanligtvis ansamlas metaller i jordskorpan på grund av olika geologiska processer, såsom lavaflöden, hydrotermisk aktivitet och bergsbildning. Men de ovanliga kemiska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller innebär att de vanligtvis inte är koncentrerade tillsammans under dessa specifika förhållanden. Spår av sällsynta jordartsmetaller är utspridda över planeten, vilket gör deras utvinning mindre effektiv.

Ibland kan sura underjordiska miljöer öka nivåerna av sällsynta jordartsmetaller något på vissa platser. Att hitta dessa platser är dock bara den första utmaningen.

I naturen existerar metaller som blandningar som kallas malmer, vilka innehåller metallmolekyler bundna till andra icke-metaller (antijoner) med starka jonbindningar. För att erhålla ren metall måste dessa bindningar brytas och icke-metallen avlägsnas. Svårigheten med denna uppgift beror på metallen och den icke-metall som den är bunden till.

"Kopparmalm förekommer vanligtvis i form av sulfider (kemiska föreningar som innehåller svavel och andra element). Man värmer malmen tills sulfiderna avgår som gas, och den rena kopparen sätter sig på botten av reaktorn. Det är en ganska enkel extraktionsprocess. Vissa andra, såsom järnoxider, kräver tillsatser för att frigöra metallen. Men att separera sällsynta jordartsmetaller är mycket mer komplext", förklarar Ziemkiewicz.

Sällsynta jordartsmetaller har tre positiva laddningar och bildar extremt starka jonbindningar med fosfatjoner, som var och en har tre negativa laddningar. Därför måste extraktionsprocessen övervinna den extremt starka bindningen mellan den positiva metallen och det negativa fosfatet.

"Sällsynta jordartsmalmer är mycket kemiskt stabila mineraler som kräver mycket energi och kemisk kraft för att bryta ner dem. Vanligtvis kräver den processen extremt låga pH-nivåer, hårda förhållanden och extremt höga temperaturer eftersom bindningarna i malmen är otroligt starka", sa Noble.

Svårigheten att utvinna rena grundämnen har gett dem namnet "sällsynta jordartsmetaller". Vissa experter forskar på nya metoder för att återvinna och utvinna dessa värdefulla metaller från industriavfall och gammal elektronik för att minska trycket på nuvarande tillgångar. De försöker också återskapa de unika magnetiska och elektroniska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller i nya föreningar, i hopp om att dessa nya föreningar ska bli mer tillgängliga alternativ. Det finns dock för närvarande inga effektiva alternativ till sällsynta jordartsmetaller, trots ökande efterfrågan.

Thu Thao (enligt Live Science )

Källänk: https://vnexpress.net/dat-hiem-thuc-chat-hiem-den-muc-nao-4659668.html