فلزات کمیاب زمین

عناصر کمیاب زمین شامل آکتینیدها، لانتانیدها و دو عنصر ایتریم و اسکاندیم است که به دلیل ویژگی های مفید آن ها در صنایع انرژی و فناوری کاربردهای متنوعی دارند.

 

از میان همه ی عناصر کمیاب، نئودیمیم، پرازئودیمیم، تربیم و دیسپروزیوم با ارزش تر هستند. این عناصر به دلیل خواص مغناطیسی ویژه ای که دارند به عنوان آهنرباهایی قوی در ساخت گوشی های هوشمند، باتری خودروهای برقی و توربین‌های بادی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

 بااین‌حال، منابع محدود جهانی این عنصرها و استخراج دشوار آن ها دسترسی به اینگونه عناصر را دشوار کرده است. به گزارش لایوساینس، بر اساس بررسی های زمین شناسی، عنصرهای یادشده به‌اندازه‌ی فلزهایی مثل نقره و طلا و پلاتین کمیاب نیستند و مانند فلزهای رایجی مثل مس و روی در پوسته ی زمین وجود دارند.

   

معمولاً فلزها به‌دلیل فرایندهای زمین‌شناختی مختلف مثل جریان‌های گدازه‌ای و فعالیت‌های گرمابی و شکل‌گیری کوه‌ها در پوسته‌ی زمین متمرکز می‌شوند اما عنصرهای شیمیایی کمیاب در این شرایط در یک نقطه متراکم نمی‌شوند همین پراکندگی، استخراج و بهره برداری از آنان را دشوار می‌سازد. اگرچه گاهی شرایط اسیدی زیرزمینی مقدار عنصرهای کمیاب زمین را در برخی از مناطق تا حدودی افزایش می‌دهد؛ اما یافتن این مناطق هم کار ساده ای نیست. 

فلزها در طبیعت به‌شکل ترکیب‌هایی به نام کانه وجود دارند که حاوی ذرات فلزی هستند که با پیوندهای یونی قوی به مواد غیر فلزی متصل شده اند. برای مثال، کانه‌ی مس معمولاً به‌شکل سولفیدی وجود دارد و با حرارت دادن آن تا نقطه‌ای که سولفید‌ها به گاز تبدیل شوند، مس خالص به‌دست می‌آید. دیگر کانه‌ها مثل اکسیدآهن برای آزادسازی فلز به کاتالیزور نیاز دارند؛ اینگونه روش‌ها نسبتاً ساده هستند اما استخراج عنصرهای کمیاب زمین پیچیده‌تر است.

سنگ‌های معدنی کمیاب ازنظر شیمیایی مواد معدنی بسیار پایداری هستند؛ بنابراین، تجزیه‌ی آن‌ها به انرژی شیمیایی فراونی نیاز دارد. فلزهای کمیاب زمین معمولاً سه بار مثبت دارند و پیوندهای یونی بسیار قوی را با یون‌های منفی فسفات برقرار می‌کنند. بنابراین، فرایند استخراجی که برای این فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد دارای مراحلی پیچیده و بسیار طولانی است تا بتواند پیوند قوی بین یون فلزی مثبت و یون فسفات منفی را بشکند. اغلب اوقات این فرایندها در pH بسیار کم و دماهای بسیار زیاد انجام می‌شوند.

امروزه برخی از پژوهشگران سعی دارند روش‌های جدیدی را برای بازیافت و استخراج این فلزهای ارزشمند از مواد الکترونیکی قدیمی و ضایعات صنعتی ارائه دهند تا بدین‌ترتیب بتوانند فشار موجود بر تأمین‌کنندگان را کاهش دهند. برخی دیگر هم به دنبال یافتن جایگزینی در دسترس و مناسب برای اینگونه فلزها هستند که خواصی مشابه به فلزهای کمیاب زمینی داشته باشند اما درحال‌حاضر، هیچ جایگزینی برای فلزهای کمیاب وجود ندارد.