ธาตุหายาก ซึ่งเป็นกลุ่มโลหะ 17 ชนิด มีอยู่ค่อนข้างมากในเปลือกโลก แต่การสกัดออกมานั้นยากมาก
นีโอดีเมียม หนึ่งในธาตุหายากที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: RHJ/Getty
ธาตุหายากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมาย ทำให้เป็นที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรมพลังงานและเทคโนโลยี กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะ 17 ชนิด รวมถึงโลหะ 15 ชนิดที่อยู่ท้ายตารางธาตุ พร้อมด้วยอิตเทรียมและสแกนเดียม
ธาตุที่มีค่าที่สุดในกลุ่มนี้ได้แก่ นีโอไดเมียม พราซีโอไดเมียม เทอร์เบียม และไดสโปรเซียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีพลังสูงมาก เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และกังหันลม อย่างไรก็ตาม ปริมาณธาตุหายากที่มีจำกัดเป็นปัญหาใหญ่สำหรับบริษัทและ รัฐบาล ในการผลิตสิ่งของจำเป็นสมัยใหม่เหล่านี้
ธาตุหายากนั้นไม่ได้หายากอย่างที่คิด จากการวิจัยของสำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) เกี่ยวกับปริมาณผลึกของธาตุต่างๆ (ปริมาณเฉลี่ยที่มีอยู่ทั่วเปลือกโลก) พบว่าธาตุหายากส่วนใหญ่มีปริมาณใกล้เคียงกับโลหะทั่วไป เช่น ทองแดงและสังกะสี “พวกมันไม่ได้หายากเท่าโลหะอย่างเงิน ทอง หรือแพลทินัมอย่างแน่นอน” อารอน โนเบิล ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียโพลีเทคนิคกล่าว
อย่างไรก็ตาม การสกัดธาตุหายากเหล่านี้จากแหล่งธรรมชาติเป็นเรื่องยากมาก “ปัญหาคือธาตุเหล่านี้ไม่ได้กระจุกตัวอยู่ในที่เดียว มีธาตุหายากประมาณ 300 มิลลิกรัมในหินดินดานทุกๆ กิโลกรัมทั่วสหรัฐอเมริกา” พอล ซีมเคียวิช ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยน้ำแห่งรัฐเวสต์เวอร์จิเนียกล่าว
โดยทั่วไป โลหะจะกระจุกตัวอยู่ในเปลือกโลกเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมความร้อนใต้ดิน และการก่อตัวของภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ผิดปกติของธาตุหายากหมายความว่าโดยปกติแล้วพวกมันจะไม่กระจุกตัวอยู่ด้วยกันภายใต้สภาวะเฉพาะเหล่านี้ ธาตุหายากจึงกระจัดกระจายอยู่ทั่วโลก ทำให้การสกัดมีประสิทธิภาพน้อยลง
บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่เป็นกรดอาจทำให้ระดับของธาตุหายากในบางพื้นที่เพิ่มสูงขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การค้นหาพื้นที่เหล่านั้นเป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น
ในธรรมชาติ โลหะมีอยู่ในรูปของสารผสมที่เรียกว่าแร่ ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของโลหะที่ยึดติดกับอโลหะอื่น ๆ (แอนติไอออน) ด้วยพันธะไอออนิกที่แข็งแรง เพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ พันธะเหล่านี้จะต้องถูกทำลายและอโลหะจะต้องถูกกำจัดออกไป ความยากง่ายของกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะและอโลหะที่มันยึดติดอยู่ด้วย
"โดยทั่วไปแร่ทองแดงจะอยู่ในรูปของซัลไฟด์ (สารประกอบทางเคมีที่มีกำมะถันและธาตุอื่นๆ) คุณต้องให้ความร้อนแก่แร่จนกระทั่งซัลไฟด์ระเหยกลายเป็นก๊าซ และทองแดงบริสุทธิ์จะตกตะกอนอยู่ที่ก้นเครื่องปฏิกรณ์ นั่นเป็นกระบวนการสกัดที่ค่อนข้างง่าย ส่วนแร่ชนิดอื่นๆ เช่น เหล็กออกไซด์ จำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อปลดปล่อยโลหะออกมา แต่การแยกธาตุหายากนั้นซับซ้อนกว่ามาก" ซีมคีวิชอธิบาย
โลหะหายากมีประจุบวกสามประจุ และสร้างพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่งมากกับแอนติไอออนของฟอสเฟต ซึ่งแต่ละตัวมีประจุลบสามประจุ ดังนั้น กระบวนการสกัดจึงต้องเอาชนะพันธะที่แข็งแกร่งมากระหว่างโลหะที่มีประจุบวกและฟอสเฟตที่มีประจุลบ
โนเบิลกล่าวว่า "แร่หายากเป็นแร่ธาตุที่มีความเสถียรทางเคมีสูงมาก จึงต้องใช้พลังงานและพลังทางเคมีมหาศาลในการสลายแร่ โดยทั่วไป กระบวนการนั้นต้องการระดับ pH ที่ต่ำมาก สภาพแวดล้อมที่รุนแรง และอุณหภูมิสูงมาก เนื่องจากพันธะภายในแร่มีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ"
ความยากลำบากในการสกัดธาตุบริสุทธิ์ทำให้พวกมันได้รับชื่อว่า "แร่หายาก" ผู้เชี่ยวชาญบางคนกำลังวิจัยวิธีการใหม่ในการรีไซเคิลและสกัดโลหะมีค่าเหล่านี้จากของเสียอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่าเพื่อลดแรงกดดันต่อปริมาณที่มีอยู่ในปัจจุบัน พวกเขายังพยายามสร้างคุณสมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ของแร่หายากขึ้นมาใหม่ในสารประกอบใหม่ โดยหวังว่าสารประกอบใหม่เหล่านี้จะกลายเป็นทางเลือกที่เข้าถึงได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่มีทางเลือกอื่นที่มีประสิทธิภาพสำหรับแร่หายาก แม้ว่าความต้องการจะเพิ่มขึ้นก็ตาม
ทูเถา (อ้างอิงจาก Live Science )
[โฆษณา_2]
ลิงก์แหล่งที่มา
การแสดงความคิดเห็น (0)