Наскільки рідкісні насправді рідкоземельні елементи?

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

Неодим, один із надзвичайно складних рідкоземельних елементів для видобутку. Фото: RHJ/Getty

Рідкісноземельні елементи мають багато корисних властивостей, що робить їх дуже затребуваними в енергетичній та технологічній галузях. Ця група складається з 17 металів, включаючи 15 металів з кінця періодичної таблиці, а також ітрій та скандій.

Найціннішими з цих елементів є неодим, празеодим, тербій та диспрозій, які діють як надпотужні мініатюрні магніти, вирішальний компонент електронних пристроїв, таких як смартфони, акумулятори для електромобілів та вітрові турбіни. Однак обмежені запаси рідкоземельних елементів є серйозною проблемою для компаній та урядів під час виробництва цих сучасних предметів першої необхідності.

Рідкісноземельні елементи насправді не такі вже й рідкісні. Згідно з дослідженням Геологічної служби США (USGS) щодо кристалічної поширеності різних елементів (середня доступність у земній корі), більшість рідкоземельних елементів присутні приблизно в тих самих кількостях, що й звичайні метали, такі як мідь і цинк. «Вони точно не такі рідкісні, як такі метали, як срібло, золото чи платина», — сказав Аарон Нобл, професор Вірджинського політехнічного університету.

Однак 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 рідкоземельних елементів», – сказав Пол Земкевич, директор Інституту досліджень водних ресурсів Західної Вірджинії.

Зазвичай метали концентруються в земній корі через різні геологічні процеси, такі як потоки лави, гідротермальна активність та гороутворення. Однак незвичайні хімічні властивості рідкоземельних елементів означають, що вони зазвичай не концентруються разом за цих конкретних умов. Сліди рідкоземельних елементів розкидані по всій планеті, що робить їх видобуток менш ефективним.

Іноді кислі підземні середовища можуть дещо підвищувати рівень рідкоземельних елементів у певних місцях. Однак пошук цих місць — лише перша проблема.

У природі метали існують у вигляді сумішей, які називаються рудами, що містять молекули металу, пов'язані з іншими неметалами (антиіонами) міцними іонними зв'язками. Щоб отримати чистий метал, ці зв'язки необхідно розірвати, а неметал видалити. Складність цього завдання залежить від металу та неметалу, з яким він пов'язаний.

«Мідна руда зазвичай зустрічається у формі сульфідів (хімічних сполук, що містять сірку та інші елементи). Ви нагріваєте руду, доки сульфіди не виділяться у вигляді газу, а чиста мідь осідає на дні реактора. Це досить простий процес екстракції. Деякі інші, такі як оксиди заліза, потребують добавок для вивільнення металу. Але відділення рідкоземельних елементів набагато складніше», – пояснює Земкевич.

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

«Рідкісноземельні руди — це хімічно дуже стабільні мінерали, для їх розщеплення потрібна велика кількість енергії та хімічної сили. Як правило, цей процес вимагає надзвичайно низьких рівнів pH, суворих умов та надзвичайно високих температур, оскільки зв’язки всередині руди неймовірно міцні», — сказав Нобл.

Складність видобутку чистих елементів дала їм назву «рідкісноземельні елементи». Деякі експерти досліджують нові методи переробки та видобутку 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 ці нові сполуки стануть більш доступними альтернативами. Однак наразі ефективних альтернатив рідкісноземельним елементам не існує, незважаючи на зростаючий попит.

Тху Тхао (за даними Live Science )

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