I en verden mere og mere afhængig af teknologi, grundstofferne kendt som sjældne jordarter De er dukket op som afgørende mineraler, et nyt "guld" i det 21. århundrede, og har været en kilde til konflikt mellem lande, og vil fortsat være det. Disse elementer er på trods af deres navn livsvigtige, og her kan du lære, hvorfor de er så vigtige, og hvad disse REE-elementer (Rare Earth Elements) er.
¿Hvad er de sjældne lande?
den sjældne jordarter, på engelsk REE (Rare-Earth Elements), De er et sæt af mineraler, blandt hvilke 15 grundstoffer er rigelige i det periodiske system, kendt som lanthanid-serien. Disse elementer er grundlæggende for teknologier, der søger at reducere emissioner, energiforbrug og forbedre effektivitet, ydeevne, hastighed, holdbarhed og termisk stabilitet. De er også en nøglekomponent i teknologier, der søger at gøre produkter lettere og mindre. Derfor er grundlaget for den nuværende teknologi, deraf dens betydning.
Dette gør dem uundværlig og uerstattelig i mange elektriske, optiske, magnetiske og katalytiske applikationer, og da de ikke er rigelige, har dette ført til konflikter, krige og spændinger mellem landene, som vi vil se senere. Nå, selvom sjældne jordarters elementer er relativt rigelige i jordskorpen, er de på grund af deres geokemiske egenskaber normalt vidt spredt. Det betyder, at de ikke ofte findes i koncentrationer, der gør dem levedygtige til minedrift. Det er netop denne knaphed, der førte til, at de blev kaldt sjældne jordarter.
Mellem de 17 elementer af REE er:
- Scandium (Sc)
- Yttrium (Y)
- Lanthanum (den)
- Cerium (Ce)
- Praseodym (Pr)
- Neodym (Nd)
- Promethium (Pm)
- Samarium (Sm)
- Europium (Eu)
- Gadolinium (Gd)
- Terbium (Tb)
- Dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- Tulio
- Ytterbium (Yb)
- Lutetium (Lu)
Egenskaber af sjældne jordarter
Vedrørende egenskaberne Af de sjældne jordarter, eller rettere deres elementer, er det værd at fremhæve:
- magnetiske egenskaber: Neodym, dysprosium og samarium er værdsat for deres magnetiske egenskaber. De kan lagre store mængder magnetisk energi, hvilket gør dem anvendelige i vindmøller, elmotorer, styresystemer, højttalere og harddiske mv.
- Selvlysende egenskaber: Europium, yttrium, erbium og neodym har selvlysende egenskaber, hvilket betyder, at de udsender lys, når de stimuleres af elektromagnetisk stråling. De bruges i effektive lyskilder, displays, signalforstærkning i fiberoptiske linjer og lasere.
- elektriske egenskaber: Cerium, lanthan, neodym og praseodym bruges i nikkel-metalhydrid (NiMH) batterier på grund af deres elektriske egenskaber. De giver batteriet højere energitæthed og bedre opbevaringskapacitet efter mange afladnings-genopladningscyklusser.
- Katalytiske egenskaber: Cerium og lanthan bruges som katalysatorer for kemiske reaktioner på grund af deres elektroniske struktur. De er mere rigelige og billigere end andre sjældne jordarter, hvilket gør dem til det primære valg til katalytiske applikationer.
historie
Sjældne jordarter har dog været til stede siden jordens dannelse, De blev først opdaget i det 18. århundrede af den svenske hærløjtnant Carl Axel Arrhenius.. Og isoleringen af elementerne i disse lande er endnu nyere, nogle ville først ankomme i det 20. århundrede.
I løbet af de 160 års opdagelse (1787-1947) Adskillelse og oprensning af sjældne jordarters grundstoffer var en vanskelig og langvarig proces. Mange videnskabsmænd viede hele deres liv til at opnå disse rene elementer. Endelig, fordi de sjældne jordarters grundstoffer blev fundet at være fissionsprodukter af et uranatom, satte den amerikanske atomenergikommission stor indsats i at udvikle nye adskillelsesmetoder. I 1947 blev resultater offentliggjort, der viste, at ionbytningsprocesser tilbød en bedre måde at adskille sjældne jordarters grundstoffer for at producere de anvendte grundstoffer.
De sjældne jordarters grundstoffer, undtagen scandium, er tungere end jern og produceres af nukleosyntese af supernovaer eller ved s-processen i stjerner af den gigantiske asymptotiske gren. I naturen producerer spontan fission af uranium-238 små mængder radioaktivt promethium, men det meste promethium produceres syntetisk i atomreaktorer.
Verdensreserver af sjældne jordarter
den vigtigste reserver af sjældne jordarter I verden findes de i følgende lande:
- Kina: Det har de største reserver i verden med cirka 44 millioner tons. Derudover er det den største producent af sjældne jordarter.
- Vietnam: Det er hjemsted for enorme reserver af sjældne jordarter, især langs den nordvestlige grænse til Kina og langs østkysten, på 22 millioner tons.
- Brasilien og Rusland: Begge lande har reserver på 21MT.
- Indien: har reserver på 6,9 millioner tons.
- Australien: har reserver på 4,2 millioner tons.
- USA: Dens reserver beløber sig til 2,3 millioner tons.
- Grønland: Det er beregnet omkring 1,5MT.
Det er vigtigt at nævne, at selvom nogle lande har store reserver, kan deres produktion være lav på grund af forskellige årsager...
Og Europa?
I Europa er reserver af sjældne jordarter knappe, og findes hovedsageligt følgende steder:
- Sverige: Det menes at have den største reserve af sjældne jordarter i Europa. Det svenske statsdrevne mineselskab LKAB har identificeret en forekomst nær byen Kiruna i den nordlige del af landet, der indeholder mere end en million tons sjældne jordarter.
- Finland og Portugal: Udnyttelsessteder er også blevet identificeret i disse lande.
Angående Spanien, sjældne jordarters reserver vides at eksistere, selvom de ikke er blevet grundigt undersøgt. For eksempel skiller Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) sig ud, og på det seneste har der været meget snak om havbunden sammenlignet med tingene på De Kanariske Øer. Nogle af disse steder er endnu ikke blevet udnyttet, og de reservater, der findes, kendes ikke. I tilfældet med det galiciske reservat blev udnyttelsen af det afvist af miljømæssige årsager, og for De Kanariske Øers tilfælde opretholder Marokko spændingerne om at overtage disse udnyttelser...
Bearbejdning og adskillelse
Sjældne jordarter opnås hovedsageligt gennem industriel minedrift i åbne brud., i nogle tilfælde sker produktionen af sjældne jordarter som et biprodukt af jernudvinding. Mineraler, der indeholder sjældne jordarter, forekommer som oxider, så de skal behandles for at opnå grundstofferne:
- Udvindingen af sjældne jordarter sker i åbne miner ved hjælp af detonationer og tungt maskineri.
- Efter ekstraktion knuses eller males mineralet til korrekt forarbejdning.
- For at adskille malmen i oxider kan udvaskning, udfældning og krystallisationsmetoder anvendes.
- Ved hjælp af fysisk-kemiske metoder udføres raffineringen af sjældne jordarters oxider i metaller med forskellige niveauer af renhed.
- Legering af sjældne jordarters metaller gennem kemiske processer.
- Transformation af sjældne jordarters legeringer til komponenter, der anvendes i kommercielle applikationer.
Typer af sjældne jordarter
Først og fremmest skal det siges, at der er lette sjældne jordarter og tunge sjældne jordarter. De lette, eller LREE, er mere rigelige og er sammensat af lanthan, cerium, praseodym, neodym, promethium, samarium, europium og scandium. I tilfælde af de tunge, eller HREE, er de normalt ikke så rigelige og har koncentrationer af gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium og yttrium.
applikationer
Endelig er det vigtigt at vide hvad er de potentielle anvendelser af sjældne jordarter for at forstå deres nuværende betydning:
- Katalysatorer og magneter: Globalt bruges de fleste sjældne jordarters grundstoffer til højtydende katalysatorer og magneter (neodym), samt til fremstilling af specielle keramiske materialer, glas og til polering. For eksempel er cerium og lanthan vigtige katalysatorer og bruges i olieraffinering og som dieseladditiver. På den anden side, når vi taler om magneter, refererer vi ikke kun til konventionelle magneter, men disse bruges til applikationer såsom elektriske motorer i hybrid- og elektriske køretøjer, generatorer i nogle vindmøller, harddiske, bærbar elektronik, mikrofoner og højttalere.
- Legering fremstilling og produktion af brændselsceller og nikkel-metal hydrid batterier: Cerium, lanthan og neodym er vigtige i fremstillingen af legeringer og i produktionen af brændselsceller og nikkel-metalhydrid-batterier.
- Elektronik: Cerium, gallium og neodym er vigtige i elektronik og bruges til produktion af LCD- og plasmaskærme, fiberoptik og lasere og til medicinsk billedbehandling.
- Medicinske anvendelser, gødning og vandbehandling: De bruges som sporstoffer i medicinske applikationer, gødning og til vandbehandling.
- Landbrug: er blevet brugt i landbruget til at øge plantevækst, produktivitet og modstandsdygtighed over for stress tilsyneladende uden negative effekter for menneskers og dyrs konsum. Derudover er sjældne jordarter tilsætningsstoffer til husdyrfoder, hvilket har resulteret i øget produktion, såsom større dyr og øget produktion af æg og mejeriprodukter.
- Mere: Anvendelserne er meget omfattende, for eksempel kan de også bruges til at datere fossiler, da koncentrationerne af sjældne jordarter i bjergarter kun ændres langsomt ved geokemiske processer, og det gør dem anvendelige til datering. Andre eksempler er:
- Scandium bruges til at lave højintensitetslys og som sporingsmiddel til olieraffinaderier.
- Yttrium kan tilsættes til et væld af metallegeringer for at forbedre deres egenskaber.
- Lanthanum bruges som en råoliekrakningskatalysator og som et additiv til fremstilling af nodulært støbejern.
- Cerium kan bruges i forskellige industrier, fra katalysatorer til at reducere forurening, til køretøjers udstødning, til rengøringsprodukter og pigmenter.
- Praseodymium kan legeres med andre metaller for at skabe magneter til elektroniske enheder, men også som en katalysator.
- Neodym er meget udbredt til fremstilling af meget kraftige magneter, med applikationer som i elmotorindustrien, selvom det også bruges til kameraer, optik med lasere mv.
- Promethium bruges af tykkelsesmålere som en betakilde, også som et pulsbatteri, det kan omdannes til en bærbar røntgenkilde mv.
- Samarium bruges også til at fremstille permanente magneter med høj effekt, til specielle linser og neutronabsorberende materialer til atomreaktorer.
- Europium er det mest reaktive af de sjældne jordarters metaller og er ikke almindeligt i praktiske anvendelser.
- Gadolinium bruges i medicin, til magnetisk resonansbilleddannelse, såvel som i mikrobølger, farvefjernsyn, forstærkere og professionelle lydsystemer.
- Terbium bruges til at forfalske visse komponenter, til at fremstille elektroniske enheder osv.
- Dysprosium bruges i neodym-baserede magnetlegeringer for at gøre dem mere modstandsdygtige over for afmagnetisering ved høje temperaturer. Det bruges også i halogenid-udladningslamper.
- Holmium til elektroniske apparater, plasmaskærme, kviksølvlamper mv.
- Herbium brugt til legeringer, elektroniske forstærkere, lasere mv.
- Thulium anvendes til røntgenenheder, højrækkende lasere, keramisk-magnetiske materialer mv.
- Ytterbium, almindeligt i metallurgiindustrien til legeringer med jern og stål, katalysatorer, lasere og fiberoptik. Også i nuklear medicin til behandling af visse sygdomme og strålebehandling.
- Lutetium, brugt som katalysator ved krakning af kulbrinter i den petrokemiske industri, kræftbehandling mv.
Som du kan se, grundlæggende for elektronikindustrien, især at fremstille keramiske kondensatorer at du vil finde dem i mange PCB'er...