Hur sällsynta är egentligen sällsynta jordartsmetaller?

Sällsynta jordartsmetaller, en grupp av 17 metaller, finns relativt rikligt i jordskorpan men deras utvinning är extremt svår.

Neodym, ett av de sällsynta jordartsmetallerna som är extremt svårt att utvinna. Foto: RHJ/Getty

Sällsynta jordartsmetaller har många användbara egenskaper som gör dem mycket populära inom energi- och teknikindustrin. Denna grupp omfattar 17 metaller, inklusive 15 metalliska grundämnen längst ner i det periodiska systemet, tillsammans med två grundämnen yttrium och skandium.

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

Sällsynta jordartsmetaller är faktiskt inte så sällsynta. Enligt en studie från USGS av de kristallina förekomsterna av olika grundämnen (hur rikligt förekommande de är i genomsnitt i jordskorpan) finns de flesta sällsynta jordartsmetaller i ungefär samma mängder som vanliga metaller som koppar och zink. ”De är verkligen inte lika sällsynta som metaller som silver, guld och platina”, säger Aaron Noble, professor vid Virginia Tech.

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

Normalt sett ackumuleras metaller i jordskorpan på grund av olika geologiska processer, såsom lavaflöden, hydrotermisk aktivitet och bergsbildning. Men de ovanliga kemiska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller gör att de inte ofta ackumuleras tillsammans under dessa speciella förhållanden. Spår av sällsynta jordartsmetaller är utspridda över planeten, vilket gör deras utvinning ineffektiv.

Ibland kan sura underjordiska miljöer öka mängden sällsynta jordartsmetaller något på vissa platser. Men att hitta dessa platser är bara den första utmaningen.

I naturen existerar metaller som blandningar som kallas malmer, vilka innehåller metallmolekyler bundna till andra icke-metaller (motjoner) genom starka jonbindningar. För att få fram rena metaller måste man bryta dessa bindningar och avlägsna icke-metallerna. Arbetets svårighetsgrad beror på metallen och den icke-metall de är bundna till.

"Kopparmalm kommer vanligtvis i form av sulfider (kemikalier som består av svavel och andra element). Man värmer upp malmen till den punkt där sulfiderna avgår som gas och den rena kopparen faller till botten av reaktorn. Det är en ganska enkel extraktionsprocess. Vissa andra typer, som järnoxid, kräver tillsatser för att frigöra metallen. Men att separera sällsynta jordartsmetaller är mycket mer komplicerat", förklarar Ziemkiewicz.

Sällsynta jordartsmetaller har tre positiva laddningar och bildar extremt starka jonbindningar med fosfatmotjoner, 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, och det krävs mycket energi och kemisk kraft för att bryta ner dem. Vanligtvis kräver den processen extremt lågt pH, hårda förhållanden och extremt höga temperaturer eftersom bindningarna i malmen är otroligt starka", sa Noble.

Svårigheten att isolera de rena grundämnena 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 ska bli mer tillgängliga alternativ. Det finns dock för närvarande inga gångbara alternativ till sällsynta jordartsmetaller, trots den växande efterfrågan.

Thu Thao (enligt Live Science )

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