Nadir toprak elementleri gerçekte ne kadar nadirdir?

Nadir toprak elementleri, 17 metalden oluşan bir gruptur ve Dünya kabuğunda oldukça bol miktarda bulunurlar ancak çıkarılmaları son derece zordur.

Madenciliği son derece zor olan nadir toprak elementlerinden biri olan Neodimyum. Fotoğraf: RHJ/Getty — Madenciliği son derece zor olan nadir toprak elementlerinden biri olan Neodimyum. Fotoğraf: *RHJ/Getty*

Nadir toprak elementleri, onları enerji ve teknoloji endüstrilerinde oldukça popüler kılan birçok faydalı özelliğe sahiptir. Bu grup, periyodik tablonun en altında yer alan 15 metalik element ve 2 element itriyum ve skandiyum da dahil olmak üzere 17 metali içerir.

Bu elementlerin en değerlileri, akıllı telefonlar, elektrikli araç aküleri ve rüzgar türbinleri gibi elektronik cihazlarda önemli bir bileşen olan güçlü minyatür mıknatıslar görevi gören neodimyum, praseodimyum, terbiyum ve disprozyumdur. Ancak, nadir toprak elementlerinin sınırlı arzı, bu modern ihtiyaçları üreten şirketler ve hükümetler için büyük bir endişe kaynağıdır.

Nadir toprak elementleri aslında o kadar da nadir değil. USGS'nin çeşitli elementlerin kristal bolluklarını (Dünya kabuğunda ortalama olarak ne kadar bol olduklarını) inceleyen bir araştırmasına göre, nadir toprak elementlerinin çoğu bakır ve çinko gibi yaygın metallerle hemen hemen aynı miktarlarda bulunuyor. Virginia Tech'te profesör olan Aaron Noble, "Gümüş, altın ve platin gibi metaller kadar nadir değiller," diyor.

Ancak bunları doğal kaynaklardan çıkarmak son derece zordur. Batı Virginia Su Araştırma Enstitüsü direktörü Paul Ziemkiewicz, "Sorun, tek bir yerde yoğunlaşmamış olmalarıdır. Amerika Birleşik Devletleri genelindeki her kilogram şistte yaklaşık 300 miligram nadir toprak elementi bulunur," diyor.

Metaller normalde lav akıntıları, hidrotermal aktivite ve dağ oluşumu gibi çeşitli jeolojik süreçler nedeniyle Dünya kabuğunda birikir. Ancak nadir toprak elementlerinin alışılmadık kimyasal özellikleri, bu özel koşullar altında genellikle birikmedikleri anlamına gelir. Nadir toprak elementlerinin izleri gezegenin dört bir yanına dağılmış olduğundan, çıkarılmaları verimsizdir.

Bazen asidik yeraltı ortamları, belirli bölgelerdeki nadir toprak elementlerinin miktarını biraz artırabilir. Ancak bu bölgeleri bulmak sadece ilk zorluktur.

Doğada metaller, cevher adı verilen ve metal moleküllerinin diğer ametallere (karşı iyonlar) güçlü iyonik bağlarla bağlı olduğu karışımlar halinde bulunur. Saf metal elde etmek için, bu bağları koparmak ve ametalleri uzaklaştırmak gerekir. İşin zorluğu, bağlı oldukları metale ve ametale bağlıdır.

"Bakır cevheri genellikle sülfür (kükürt ve diğer elementlerden oluşan kimyasallar) formunda bulunur. Cevheri, sülfürlerin gaz halinde kaçtığı ve saf bakırın reaktörün dibine düştüğü noktaya kadar ısıtırsınız. Bu oldukça kolay bir çıkarma işlemidir. Demir oksit gibi diğer bazı türler ise metali serbest bırakmak için katkı maddeleri gerektirir. Ancak nadir toprak elementlerini ayırmak çok daha karmaşıktır," diye açıklıyor Ziemkiewicz.

Nadir toprak metalleri üç pozitif yüke sahiptir ve her biri üç negatif yüke sahip fosfat karşı iyonlarıyla son derece güçlü iyonik bağlar oluşturur. Bu nedenle, ekstraksiyon işlemi pozitif metal ile negatif fosfat arasındaki son derece güçlü bağı aşmalıdır.

Noble, "Nadir toprak cevherleri kimyasal olarak oldukça kararlı minerallerdir ve bunları parçalamak için çok fazla enerji ve kimyasal güç gerekir. Genellikle bu işlem, cevherdeki bağlar inanılmaz derecede güçlü olduğundan son derece düşük pH, zorlu koşullar ve son derece yüksek sıcaklıklar gerektirir," dedi.

Saf elementleri izole etmenin zorluğu, onlara "nadir toprak elementleri" adını kazandırmıştır. Bazı uzmanlar, mevcut kaynaklar üzerindeki baskıyı azaltmak için bu değerli metalleri endüstriyel atıklardan ve eski elektronik cihazlardan geri dönüştürmek ve çıkarmak için yeni yöntemler araştırıyor. Ayrıca, nadir toprak elementlerinin benzersiz manyetik ve elektronik özelliklerini yeni bileşiklerde yeniden yaratmaya çalışıyorlar ve bunların daha erişilebilir alternatifler haline gelmesini umuyorlar. Ancak, artan talebe rağmen, şu anda nadir toprak elementlerine uygulanabilir bir alternatif bulunmuyor.

Thu Thao ( Live Science'a göre)

[reklam_2]
Kaynak bağlantısı