แร่หายากจริงๆ แล้วมีอยู่ขนาดไหน?

ธาตุหายากซึ่งเป็นกลุ่มโลหะ 17 ชนิดมีค่อนข้างมากในเปลือกโลก แต่การสกัดออกมาเป็นเรื่องยากมาก

นีโอไดเมียม เป็นธาตุหายากชนิดหนึ่งที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: RHJ/Getty — นีโอไดเมียม เป็นธาตุหายากชนิดหนึ่งที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: *RHJ/Getty*

ธาตุหายากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมายที่ทำให้เป็นที่นิยมในอุตสาหกรรมพลังงานและเทคโนโลยี กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะ 17 ชนิด รวมถึงธาตุโลหะ 15 ชนิดที่อยู่ด้านล่างสุดของตารางธาตุ พร้อมด้วยธาตุอีก 2 ชนิดคือ อิตเทรียมและสแกนเดียม

ธาตุที่มีค่ามากที่สุด ได้แก่ นีโอไดเมียม เพรซิโอไดเมียม เทอร์เบียม และดิสโพรเซียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีพลัง ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และกังหันลม อย่างไรก็ตาม ปริมาณแร่ธาตุหายากที่มีจำกัดเป็นปัญหาสำคัญสำหรับบริษัทและ รัฐบาล ที่ผลิตสิ่งจำเป็นสมัยใหม่เหล่านี้

จริงๆ แล้ว แร่ธาตุหายากไม่ได้หายากขนาดนั้น จากการศึกษาของสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา (USGS) เกี่ยวกับความอุดมสมบูรณ์ของผลึกธาตุต่างๆ (ปริมาณโดยเฉลี่ยของแร่ธาตุเหล่านี้ในเปลือกโลก) พบว่าแร่ธาตุหายากส่วนใหญ่พบในปริมาณที่ใกล้เคียงกับโลหะทั่วไป เช่น ทองแดงและสังกะสี “แร่ธาตุหายากไม่ได้หายากเท่ากับโลหะ เช่น เงิน ทองคำ หรือแพลตตินัมอย่างแน่นอน” แอรอน โนเบิล ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค กล่าว

แต่การสกัดแร่ธาตุเหล่านี้จากแหล่งธรรมชาตินั้นยากมาก “ปัญหาคือแร่ธาตุเหล่านี้ไม่ได้กระจุกตัวอยู่ในที่แห่งเดียว มีแร่ธาตุหายากประมาณ 300 มิลลิกรัมในหินดินดาน 1 กิโลกรัมทั่วสหรัฐอเมริกา” พอล ซีเอมเควิซ ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยน้ำเวสต์เวอร์จิเนียกล่าว

โดยปกติแล้ว โลหะจะสะสมอยู่ในเปลือกโลกเนื่องมาจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมความร้อนใต้พิภพ และการสร้างภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่ธรรมดาของธาตุหายากทำให้ธาตุหายากไม่สะสมกันภายใต้สภาวะพิเศษเหล่านี้ ร่องรอยของธาตุหายากกระจายอยู่ทั่วโลก ทำให้การสกัดธาตุหายากไม่มีประสิทธิภาพ

บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่มีกรดอาจทำให้ระดับธาตุหายากในสถานที่บางแห่งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่การค้นหาสถานที่เหล่านี้เป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น

ในธรรมชาติ โลหะมีอยู่เป็นส่วนผสมที่เรียกว่าแร่ ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของโลหะที่เชื่อมกับอโลหะชนิดอื่น (ไอออนลบ) ด้วยพันธะไอออนิกที่แข็งแรง เพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ ผู้คนต้องทำลายพันธะเหล่านี้และกำจัดอโลหะออกไป ความยากของการทำงานขึ้นอยู่กับโลหะและอโลหะที่เชื่อมกับอโลหะนั้น

“แร่ทองแดงมักมาในรูปของซัลไฟด์ (สารเคมีที่ประกอบด้วยกำมะถันและธาตุอื่นๆ) คุณต้องให้ความร้อนกับแร่จนถึงจุดที่ซัลไฟด์หลุดออกมาเป็นก๊าซและทองแดงบริสุทธิ์จะตกลงสู่ก้นเครื่องปฏิกรณ์ นั่นเป็นกระบวนการสกัดที่ค่อนข้างง่าย แร่ประเภทอื่น เช่น ออกไซด์ของเหล็ก ต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อปลดปล่อยโลหะ แต่การแยกแร่ธาตุหายากนั้นซับซ้อนกว่ามาก” Ziemkiewicz อธิบาย

โลหะหายากมีประจุบวกสามประจุและสร้างพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่งมากกับฟอสเฟตเคาน์เตอร์ไอออน ซึ่งแต่ละพันธะมีประจุลบสามประจุ ดังนั้นกระบวนการสกัดจะต้องเอาชนะพันธะที่แข็งแกร่งมากระหว่างโลหะบวกและฟอสเฟตเชิงลบ

“แร่หายากเป็นแร่ที่มีความเสถียรทางเคมีสูงมาก และต้องใช้พลังงานและพลังงานเคมีจำนวนมากในการย่อยสลาย โดยทั่วไป กระบวนการดังกล่าวต้องอาศัยค่า pH ต่ำมาก สภาพแวดล้อมที่รุนแรง และอุณหภูมิที่สูงอย่างมาก เนื่องจากพันธะในแร่มีความแข็งแรงอย่างเหลือเชื่อ” โนเบิลกล่าว

ความยากลำบากในการแยกธาตุบริสุทธิ์ได้ทำให้ธาตุเหล่านี้ถูกเรียกว่า “ธาตุหายาก” ผู้เชี่ยวชาญบางคนกำลังหาวิธีใหม่ในการรีไซเคิลและสกัดโลหะมีค่าเหล่านี้จากขยะอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่าเพื่อบรรเทาความกดดันต่ออุปทานที่มีอยู่ พวกเขายังพยายามสร้างคุณสมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะตัวของธาตุหายากขึ้นมาใหม่ในสารประกอบใหม่ โดยหวังว่าสิ่งเหล่านี้จะกลายเป็นทางเลือกที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่มีทางเลือกอื่นที่เป็นไปได้สำหรับธาตุหายาก แม้จะมีความต้องการเพิ่มขึ้น

ทูเทา (อ้างอิงจาก Live Science )

ลิงค์ที่มา