Наскільки насправді рідкісні землі?

Рідкоземельні елементи, група з 17 металів, відносно поширені в земній корі, але їх видобуток надзвичайно складний.

Неодим, один з рідкісноземельних елементів, який надзвичайно важко видобувати. Фото: RHJ/Getty — Неодим, один з рідкісноземельних елементів, який надзвичайно важко видобувати. Фото: *RHJ/Getty*

Рідкісноземельні елементи мають багато корисних властивостей, що роблять їх дуже популярними в енергетичній та технологічній галузях. До цієї групи входять 17 металів, зокрема 15 металевих елементів, що знаходяться внизу періодичної таблиці, а також 2 елементи: ітрій та скандій.

Найціннішими з цих елементів є неодим, празеодим, тербій та диспрозій, які діють як потужні мініатюрні магніти, ключовий компонент в електронних пристроях, таких як смартфони, акумулятори для електромобілів та вітрові турбіни. Однак обмежені запаси рідкоземельних елементів є серйозною проблемою для компаній та урядів, що виробляють ці сучасні товари першої необхідності.

Рідкісноземельні елементи насправді не такі вже й рідкісні. Згідно з дослідженням Геологічної служби США щодо кристалічного вмісту різних елементів (наскільки вони в середньому поширені в земній корі), більшість рідкісноземельних елементів зустрічаються приблизно в тих самих кількостях, що й звичайні метали, такі як мідь і цинк. «Вони точно не такі рідкісні, як срібло, золото та платина», — каже Аарон Нобл, професор Вірджинського політехнічного інституту.

Але видобувати їх із природних джерел надзвичайно складно. «Проблема в тому, що вони не зосереджені в одному місці. У кожному кілограмі сланцю по всій території Сполучених Штатів міститься близько 300 міліграмів рідкісноземельних елементів», — каже Пол Земкевич, директор Інституту досліджень водних ресурсів Західної Вірджинії.

Зазвичай метали накопичуються в земній корі внаслідок різних геологічних процесів, таких як потоки лави, гідротермальна активність та гороутворення. Однак незвичайні хімічні властивості рідкоземельних елементів означають, що вони не часто накопичуються разом за цих особливих умов. Сліди рідкоземельних елементів розкидані по всій планеті, що робить їх видобуток неефективним.

Іноді кислі підземні середовища можуть дещо збільшити кількість рідкоземельних елементів у певних місцях. Але пошук цих місць — це лише перша проблема.

У природі метали існують у вигляді сумішей, які називаються рудами, що містять молекули металів, пов'язані з іншими неметалами (протиіонами) міцними іонними зв'язками. Щоб отримати чисті метали, люди повинні розірвати ці зв'язки та видалити неметали. Складність роботи залежить від металу та неметалу, з яким вони зв'язані.

«Мідна руда зазвичай має форму сульфідів (хімічних речовин, що складаються із сірки та інших елементів). Ви нагріваєте руду до точки, коли сульфіди виділяються у вигляді газу, а чиста мідь падає на дно реактора. Це досить простий процес екстракції. Деякі інші типи, такі як оксид заліза, потребують добавок для вивільнення металу. Але відділення рідкісноземельних елементів набагато складніше», – пояснює Земкевич.

Рідкісноземельні метали мають три позитивні заряди та утворюють надзвичайно міцні іонні зв'язки з фосфатними протиіонами, кожен з яких має три негативні заряди. Тому процес екстракції повинен подолати надзвичайно міцний зв'язок між позитивним металом та негативним фосфатом.

«Рідкісноземельні руди є хімічно дуже стабільними мінералами, і для їх розщеплення потрібно багато енергії та хімічної сили. Як правило, цей процес вимагає надзвичайно низького pH, суворих умов і надзвичайно високих температур, оскільки зв’язки в руді неймовірно міцні», – сказав Нобл.

Складність виділення чистих елементів принесла їм назву «рідкісноземельні елементи». Деякі експерти досліджують нові методи переробки та вилучення цих цінних металів з промислових відходів та старої електроніки, щоб зменшити навантаження на поточні запаси. Вони також намагаються відтворити унікальні магнітні та електронні властивості рідкісноземельних елементів у нових сполуках, сподіваючись, що вони стануть більш доступними альтернативами. Однак наразі немає життєздатних альтернатив рідкісноземельним елементам, незважаючи на зростаючий попит.

Тху Тхао (за даними Live Science )

Посилання на джерело