I en värld alltmer beroende av teknik, de element som kallas sällsynta jordartsmetaller De har dykt upp som avgörande mineraler, ett nytt "guld" under 2000-talet, och har varit en källa till konflikter mellan länder och kommer att fortsätta att vara det. Dessa element, trots deras namn, är livsviktiga, och här kan du lära dig varför de är så viktiga och vad dessa REE-element (Rare Earth Elements) är.
Vilka är de sällsynta länderna?
den sällsynta jordartsmetaller, på engelska REE (Rare-Earth Elements), De är en uppsättning mineraler bland vilka 15 grundämnen är rikliga i det periodiska systemet, känd som lantanidserien. Dessa element är grundläggande för teknik som strävar efter att minska utsläpp, energiförbrukning och förbättra effektivitet, prestanda, hastighet, hållbarhet och termisk stabilitet. De är också en nyckelkomponent i teknologier som försöker göra produkterna lättare och mindre. Därför grunden för nuvarande teknik, därav dess betydelse.
Detta gör dem oumbärlig och oersättlig i många elektriska, optiska, magnetiska och katalytiska tillämpningar, och eftersom de inte är rikliga har detta lett till konflikter, krig och spänningar mellan länder, som vi kommer att se senare. Tja, även om sällsynta jordartsmetaller är relativt rikliga i jordskorpan, på grund av deras geokemiska egenskaper, är de vanligtvis vitt spridda. Det gör att de inte ofta finns i koncentrationer som gör dem livskraftiga för gruvdrift. Det är just denna brist som ledde till att de kallas sällsynta jordartsmetaller.
Mellan de 17 elementen av REE är:
- Scandium (Sc)
- Yttrium (Y)
- Lantan (The)
- Cerium (Ce)
- Praseodymium (Pr)
- Neodym (Nd)
- Prometium (Pm)
- Samarium (Sm)
- Europium (Eu)
- Gadolinium (Gd)
- Terbium (Tb)
- Dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- Tulium
- Ytterbium (Yb)
- Lutetium (Lu)
Egenskaper för sällsynta jordartsmetaller
Beträffande fastigheterna Av de sällsynta jordartsmetallerna, eller snarare deras element, är det värt att lyfta fram:
- magnetiska egenskaper: Neodym, dysprosium och samarium värderas för sina magnetiska egenskaper. De kan lagra stora mängder magnetisk energi, vilket gör dem användbara i vindkraftverk, elmotorer, styrsystem, högtalare och hårddiskar, etc.
- Självlysande egenskaper: Europium, yttrium, erbium och neodym har självlysande egenskaper, vilket innebär att de avger ljus när de stimuleras av elektromagnetisk strålning. De används i effektiva ljuskällor, displayer, signalförstärkning i fiberoptiska linjer och lasrar.
- elektriska egenskaper: Cerium, lantan, neodym och praseodym används i nickel-metallhydrid (NiMH) batterier på grund av deras elektriska egenskaper. De ger batteriet högre energitäthet och bättre retentionskapacitet efter många urladdnings- och återladdningscykler.
- Katalytiska egenskaper: Cerium och lantan används som katalysatorer för kemiska reaktioner på grund av sin elektroniska struktur. De är rikligare och billigare än andra sällsynta jordartsmetaller, vilket gör dem till det primära valet för katalytiska tillämpningar.
Historia
Sällsynta jordarter har dock funnits sedan jordens bildande, De upptäcktes först på 1700-talet av den svenske armélöjtnanten Carl Axel Arrhenius.. Och isoleringen av elementen i dessa länder är ännu nyare, vissa skulle inte komma förrän på 1900-talet.
Under de 160 åren av upptäckt (1787-1947) Separation och rening av sällsynta jordartsmetaller var en svår och lång process. Många forskare ägnade hela sitt liv åt att få dessa rena grundämnen. Slutligen, eftersom de sällsynta jordartsmetallerna visade sig vara klyvningsprodukter av en uranatom, lade U.S.A. Atomic Energy Commission stora ansträngningar på att utveckla nya separationsmetoder. 1947 publicerades resultat som visade att jonbytesprocesser erbjöd ett bättre sätt att separera sällsynta jordartsmetaller för att producera de använda elementen.
De sällsynta jordartsmetallerna, förutom skandium, är tyngre än järn och produceras av nukleosyntes av supernovor eller genom s-processen i stjärnor av den gigantiska asymptotiska grenen. I naturen producerar spontan klyvning av uran-238 små mängder radioaktivt prometium, men det mesta prometium produceras syntetiskt i kärnreaktorer.
Världsreserver av sällsynta jordartsmetaller
den viktigaste reserver av sällsynta jordartsmetaller I världen finns de i följande länder:
- Kina: Den har de största reserverna i världen, med cirka 44 miljoner ton. Dessutom är det den största producenten av sällsynta jordartsmetaller.
- Vietnam: Det är hem för enorma reserver av sällsynta jordartsmetaller, särskilt längs den nordvästra gränsen till Kina och längs östkusten, på 22 miljoner ton.
- Brasilien och Ryssland: Båda länderna har reserver på 21MT.
- Indien: har reserver på 6,9 miljoner ton.
- Australien: har reserver på 4,2 miljoner ton.
- USA: Dess reserver uppgår till 2,3 miljoner ton.
- Groenlandia: Det beräknas runt 1,5MT.
Det är viktigt att nämna att även om vissa länder har stora reserver kan deras produktion vara låg på grund av olika anledningar...
Och Europa?
I Europa är reserver av sällsynta jordartsmetaller knappa, och finns främst på följande platser:
- Sverige: Den tros ha den största reserven av sällsynta jordartsmetaller i Europa. Det svenska statliga gruvbolaget LKAB har identifierat en fyndighet nära Kiruna stad i norra landet som innehåller mer än en miljon ton sällsynta jordartsmetaller.
- Finland och Portugal: Exploateringsplatser har också identifierats i dessa länder.
Angående Spanien, sällsynta jordartsmetaller är kända för att existera, även om de inte har undersökts noggrant. Till exempel utmärker sig Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) och den senaste tiden har det pratats mycket om havsbotten jämfört med saker på Kanarieöarna. Vissa av dessa platser har ännu inte exploaterats, och de reservat som finns är inte kända. När det gäller det galiciska reservatet avvisades exploateringen av miljöskäl, och när det gäller Kanarieöarna upprätthåller Marocko spänningar för att ta över dessa utnyttjande...
Bearbetning och separation
Sällsynta jordartsmetaller erhålls huvudsakligen genom industriell dagbrottsbrytning., i vissa fall sker produktionen av sällsynta jordartsmetaller som en biprodukt av järnbrytning. Mineraler som innehåller sällsynta jordartsmetaller förekommer som oxider, så de måste bearbetas för att erhålla grundämnena:
- Utvinning av sällsynta jordartsmetaller sker i öppna gruvor, med hjälp av detonationer och tunga maskiner.
- Efter extraktion krossas eller mals mineralet för korrekt bearbetning.
- För att separera malmen i oxider kan lakning, fällning och kristallisationsmetoder användas.
- Med hjälp av fysikalisk-kemiska metoder utförs förfining av sällsynta jordartsmetalloxider i metaller med olika renhetsnivåer.
- Legering av sällsynta jordartsmetaller genom kemiska processer.
- Omvandling av legeringar av sällsynta jordartsmetaller till komponenter som används i kommersiella tillämpningar.
Typer av sällsynta jordartsmetaller
Först och främst måste det sägas att det finns lätta sällsynta jordartsmetaller och tunga sällsynta jordartsmetaller. De lätta, eller LREE, är rikligare och består av lantan, cerium, praseodym, neodym, prometium, samarium, europium och scandium. När det gäller de tunga, eller HREE, är de vanligtvis inte så rikliga, och har koncentrationer av gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium och yttrium.
tillämpningar
Slutligen är det viktigt att veta vilka är de potentiella tillämpningarna av sällsynta jordartsmetaller för att förstå deras nuvarande betydelse:
- Katalysatorer och magneter: Globalt används de flesta sällsynta jordartsmetaller för högpresterande katalysatorer och magneter (neodym), samt för att skapa speciella keramiska material, glas och för polering. Till exempel är cerium och lantan viktiga katalysatorer och används vid oljeraffinering och som dieseltillsatser. När vi å andra sidan talar om magneter syftar vi inte bara på konventionella magneter, utan dessa används för applikationer som elmotorer i hybrid- och elfordon, generatorer i vissa vindkraftverk, hårddiskar, bärbar elektronik, mikrofoner och högtalare.
- Legeringstillverkning och tillverkning av bränsleceller och nickel-metallhydridbatterier: Cerium, lantan och neodym är viktiga vid tillverkning av legeringar och vid tillverkning av bränsleceller och nickel-metallhydridbatterier.
- Elektronik: Cerium, gallium och neodym är viktiga inom elektronik och används vid tillverkning av LCD- och plasmaskärmar, fiberoptik och lasrar samt vid medicinsk bildbehandling.
- Medicinska tillämpningar, gödningsmedel och vattenrening: De används som spårämnen i medicinska tillämpningar, gödningsmedel och vid vattenbehandling.
- jordbruk: har använts inom jordbruket för att öka växternas tillväxt, produktivitet och motståndskraft mot stress, uppenbarligen utan negativa effekter för människors och djurs konsumtion. Dessutom är sällsynta jordartsmetaller tillsatser till djurfoder, vilket har resulterat i ökad produktion, såsom större djur och ökad produktion av ägg och mejeriprodukter.
- Mer: Användningarna är mycket omfattande, till exempel kan de också användas för att datera fossiler, eftersom koncentrationerna av sällsynta jordartsmetaller i bergarter endast förändras långsamt genom geokemiska processer, vilket gör dem användbara för datering. Andra exempel är:
- Scandium används för att tillverka högintensiva lampor och som spårningsmedel för oljeraffinaderier.
- Yttrium kan tillsättas till en mängd metallegeringar för att förbättra deras egenskaper.
- Lantan används som en petroleumkrackningskatalysator och som tillsats för att göra nodulärt gjutjärn.
- Cerium kan användas i olika industrier, från katalysatorer för att minska föroreningar, till fordonsavgaser, för rengöringsprodukter och pigment.
- Praseodym kan legeras med andra metaller för att skapa magneter för elektroniska enheter, men också som en katalysator.
- Neodym används i stor utsträckning för att tillverka mycket kraftfulla magneter, med applikationer som inom elmotorindustrin, även om det också används för kameror, optik med laser, etc.
- Prometium används av tjockleksmätare som betakälla, även som pulsbatteri, det kan omvandlas till en bärbar röntgenkälla, etc.
- Samarium används också för att tillverka permanenta magneter med hög effekt, för speciella linser och neutronabsorberande material för kärnreaktorer.
- Europium är den mest reaktiva av de sällsynta jordartsmetallerna och är inte vanligt i praktiska tillämpningar.
- Gadolinium används inom medicin, för magnetisk resonanstomografi, såväl som i mikrovågor, färg-tv, förstärkare och professionella ljudsystem.
- Terbium används för att förvanska vissa komponenter, för att tillverka elektroniska enheter, etc.
- Dysprosium används i neodymbaserade magnetlegeringar för att göra dem mer motståndskraftiga mot avmagnetisering vid höga temperaturer. Det används också i halogenidurladdningslampor.
- Holmium för elektroniska apparater, plasmaskärmar, kvicksilverlampor m.m.
- Herbium används för legeringar, elektroniska förstärkare, lasrar, etc.
- Thulium används för röntgenenheter, högräckviddslasrar, keramiskt-magnetiska material etc.
- Ytterbium, vanligt inom metallurgiindustrin för legeringar med järn och stål, katalysatorer, lasrar och fiberoptik. Även inom nuklearmedicin för att behandla vissa sjukdomar och strålbehandling.
- Lutetium, används som katalysator vid krackning av kolväten i den petrokemiska industrin, cancerterapi, etc.
Som du kan se, grundläggande för elektronikindustrin, särskilt att tillverka keramiska kondensatorer att du hittar dem i många PCB...