Σε έναν κόσμο που εξαρτάται όλο και περισσότερο από την τεχνολογία, τα στοιχεία που είναι γνωστά ως σπάνιες γαίες Αναδείχθηκαν ως κρίσιμα ορυκτά, ένας νέος «χρυσός» του 21ου αιώνα, και αποτέλεσαν πηγή σύγκρουσης μεταξύ των χωρών και θα συνεχίσουν να είναι. Αυτά τα στοιχεία, παρά το όνομά τους, είναι ζωτικής σημασίας και εδώ μπορείτε να μάθετε γιατί είναι τόσο σημαντικά και ποια είναι αυτά τα στοιχεία REE (Στοιχεία Σπάνιας Γης).
Ποιες είναι οι σπάνιες χώρες;
ο σπάνιες γαίες, στα αγγλικά REE (Rare-Earth Elements), Είναι ένα σύνολο ορυκτών μεταξύ των οποίων 15 στοιχεία είναι άφθονα στον περιοδικό πίνακα, γνωστή ως σειρά λανθανιδών. Αυτά τα στοιχεία είναι θεμελιώδη για τεχνολογίες που επιδιώκουν να μειώσουν τις εκπομπές, την κατανάλωση ενέργειας και να βελτιώσουν την απόδοση, την απόδοση, την ταχύτητα, την ανθεκτικότητα και τη θερμική σταθερότητα. Αποτελούν επίσης βασικό συστατικό σε τεχνολογίες που επιδιώκουν να κάνουν τα προϊόντα ελαφρύτερα και μικρότερα. Ως εκ τούτου, η βάση της τρέχουσας τεχνολογίας, εξ ου και η σημασία της.
Αυτό τους κάνει απαραίτητο και αναντικατάστατο σε πολλές ηλεκτρικές, οπτικές, μαγνητικές και καταλυτικές εφαρμογές, και δεδομένου ότι δεν είναι άφθονα, αυτό έχει οδηγήσει σε συγκρούσεις, πολέμους και εντάσεις μεταξύ των χωρών, όπως θα δούμε στη συνέχεια. Λοιπόν, αν και τα στοιχεία σπάνιων γαιών είναι σχετικά άφθονα στον φλοιό της Γης, λόγω των γεωχημικών ιδιοτήτων τους, είναι συνήθως ευρέως διασκορπισμένα. Αυτό σημαίνει ότι δεν βρίσκονται συχνά σε συγκεντρώσεις που τα καθιστούν βιώσιμα για εξόρυξη. Αυτή ακριβώς η σπανιότητα τους οδήγησε να ονομαστούν σπάνιες γαίες.
Μεταξύ τα 17 στοιχεία της REE είναι:
- Scandium (Sc)
- Ύττριο (Y)
- Λανθάνιο (το)
- Δημήτριο (Ce)
- Praseodymium (Pr)
- Νεοδύμιο (Nd)
- Προμήθιο (Pm)
- Samarium (Sm)
- Europium (Ευ)
- Γαδολίνιο (Gd)
- Τέρβιο (Tb)
- Δυσπρόσιο (Dy)
- Holmium (Ho)
- Έρβιο (Ερ)
- Θούλιο
- Υτέρβιο (Yb)
- Λουτέτιο (Lu)
Ιδιότητες σπάνιων γαιών
Όσον αφορά τις ιδιότητες Από τις σπάνιες γαίες, ή μάλλον τα στοιχεία τους, αξίζει να επισημανθούν:
- Μαγνητικές ιδιότητες: Το νεοδύμιο, το δυσπρόσιο και το σαμάριο εκτιμώνται για τις μαγνητικές τους ιδιότητες. Μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλες ποσότητες μαγνητικής ενέργειας, καθιστώντας τα χρήσιμα σε ανεμογεννήτριες, ηλεκτρικούς κινητήρες, συστήματα καθοδήγησης, ηχεία και σκληρούς δίσκους κ.λπ.
- Φωτεινές ιδιότητες: Το ευρώπιο, το ύττριο, το έρβιο και το νεοδύμιο έχουν ιδιότητες φωταύγειας, που σημαίνει ότι εκπέμπουν φως όταν διεγείρονται από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Χρησιμοποιούνται σε αποδοτικές πηγές φωτός, οθόνες, ενίσχυση σήματος σε γραμμές οπτικών ινών και λέιζερ.
- ηλεκτρικές ιδιότητες: Το δημήτριο, το λανθάνιο, το νεοδύμιο και το πρασεοδύμιο χρησιμοποιούνται σε μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου (NiMH) λόγω των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων. Παρέχουν στην μπαταρία υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και καλύτερη ικανότητα συγκράτησης μετά από πολλούς κύκλους εκφόρτισης-επαναφόρτισης.
- Καταλυτικές ιδιότητες: Το δημήτριο και το λανθάνιο χρησιμοποιούνται ως καταλύτες για χημικές αντιδράσεις λόγω της ηλεκτρονικής τους δομής. Είναι πιο άφθονα και φθηνότερα από άλλες σπάνιες γαίες, γεγονός που τις καθιστά την κύρια επιλογή για καταλυτικές εφαρμογές.
Ιστορία
Οι σπάνιες γαίες ήταν παρούσες από τον σχηματισμό της Γης, ωστόσο, Ανακαλύφθηκαν μόλις τον 18ο αιώνα από τον υπολοχαγό του Σουηδού στρατού Carl Axel Arrhenius.. Και η απομόνωση των στοιχείων αυτών των εδαφών είναι ακόμη πιο πρόσφατη, μερικά δεν θα έφταναν μέχρι τον 20ο αιώνα.
Κατά τα 160 χρόνια της ανακάλυψης (1787-1947), η Ο διαχωρισμός και ο καθαρισμός των σπάνιων γαιών ήταν μια δύσκολη και χρονοβόρα διαδικασία. Πολλοί επιστήμονες αφιέρωσαν όλη τους τη ζωή στην απόκτηση αυτών των αγνών στοιχείων. Τέλος, επειδή τα στοιχεία σπάνιων γαιών βρέθηκαν να είναι προϊόντα σχάσης ενός ατόμου ουρανίου, η Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας των ΗΠΑ κατέβαλε μεγάλη προσπάθεια για την ανάπτυξη νέων μεθόδων διαχωρισμού. Το 1947, δημοσιεύθηκαν αποτελέσματα που έδειχναν ότι οι διαδικασίες ανταλλαγής ιόντων προσέφεραν έναν καλύτερο τρόπο διαχωρισμού των στοιχείων σπάνιων γαιών για την παραγωγή των χρησιμοποιούμενων στοιχείων.
Τα στοιχεία σπανίων γαιών, εκτός από το σκάνδιο, είναι βαρύτερα από τον σίδηρο και παράγονται από πυρηνοσύνθεση σουπερνόβα ή με τη διαδικασία s στα αστέρια του γιγαντιαίου ασυμπτωτικού κλάδου. Στη φύση, η αυθόρμητη σχάση του ουρανίου-238 παράγει μικρές ποσότητες ραδιενεργού προμεθίου, αλλά το μεγαλύτερο μέρος του προμεθίου παράγεται συνθετικά σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Παγκόσμια αποθέματα σπάνιων γαιών
ο σημαντικότερα αποθέματα σπάνιων γαιών Στον κόσμο βρίσκονται στις ακόλουθες χώρες:
- Κίνα: Διαθέτει τα μεγαλύτερα αποθέματα στον κόσμο, με περίπου 44 εκατομμύρια τόνους. Επιπλέον, είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός σπάνιων γαιών.
- Vietnam: Φιλοξενεί τεράστια αποθέματα σπάνιων γαιών, ειδικά κατά μήκος των βορειοδυτικών συνόρων με την Κίνα και κατά μήκος της ανατολικής ακτής, σε 22 εκατομμύρια τόνους.
- Βραζιλία και Ρωσία: Και οι δύο χώρες έχουν αποθέματα 21 MT.
- India: έχει αποθέματα 6,9 εκατ. τόνους.
- Australia: έχει αποθέματα 4,2 εκατ. τόνους.
- ΗΠΑ: Τα αποθέματά της ανέρχονται σε 2,3 εκατ. τόνους.
- Γροιλανδία: Υπολογίζεται γύρω στο 1,5MT.
Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι, αν και ορισμένες χώρες έχουν μεγάλα αποθέματα, η παραγωγή τους μπορεί να είναι χαμηλή για διάφορους λόγους...
Και η Ευρώπη;
Στην Ευρώπη, τα αποθέματα σπάνιων γαιών είναι σπάνιακαι εντοπίζονται κυρίως στα ακόλουθα μέρη:
- Σουηδία: Πιστεύεται ότι έχει το μεγαλύτερο απόθεμα σπάνιων γαιών στην Ευρώπη. Η σουηδική κρατική εταιρεία εξόρυξης LKAB εντόπισε ένα κοίτασμα κοντά στην πόλη Kiruna, στο βόρειο τμήμα της χώρας, που περιέχει περισσότερους από ένα εκατομμύριο τόνους σπάνιων γαιών.
- Φινλανδία και Πορτογαλία: Τοποθεσίες εκμετάλλευσης έχουν επίσης εντοπιστεί σε αυτές τις χώρες.
Σχετικά με την Ισπανία, είναι γνωστό ότι υπάρχουν αποθέματα σπάνιων γαιών, αν και δεν έχουν διερευνηθεί διεξοδικά. Για παράδειγμα, ξεχωρίζουν το Campo de Montiel (Σιουδάδ Ρεάλ), το Monte Galiñeiro (Pontevedra), ενώ πρόσφατα έχει γίνει πολύς λόγος για τον βυθό της θάλασσας σε σύγκριση με τα πράγματα στα Κανάρια Νησιά. Ορισμένα από αυτά τα μέρη δεν έχουν ακόμη αξιοποιηθεί και τα αποθέματα που υπάρχουν δεν είναι γνωστά. Στην περίπτωση του αποθεματικού της Γαλικίας, η εκμετάλλευσή του απορρίφθηκε για περιβαλλοντικούς λόγους και στην περίπτωση των Καναρίων Νήσων, το Μαρόκο διατηρεί εντάσεις για να αναλάβει αυτές οι εκμεταλλεύσεις…
Επεξεργασία και διαχωρισμός
Οι σπάνιες γαίες λαμβάνονται κυρίως μέσω βιομηχανική εξόρυξη ανοιχτού λάκκου., σε ορισμένες περιπτώσεις η παραγωγή σπάνιων γαιών εμφανίζεται ως υποπροϊόν της εξόρυξης σιδήρου. Τα ορυκτά που περιέχουν σπάνιες γαίες εμφανίζονται ως οξείδια, επομένως πρέπει να υποστούν επεξεργασία για να ληφθούν τα στοιχεία:
- Η εξόρυξη σπάνιων γαιών γίνεται σε ανοιχτά ορυχεία, με χρήση εκρηκτικών και βαρέων μηχανημάτων.
- Μετά την εξαγωγή, το ορυκτό συνθλίβεται ή αλέθεται για σωστή επεξεργασία.
- Για τον διαχωρισμό του μεταλλεύματος σε οξείδια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μέθοδοι έκπλυσης, καθίζησης και κρυστάλλωσης.
- Με τη χρήση φυσικοχημικών μεθόδων, πραγματοποιείται ο εξευγενισμός οξειδίων σπάνιων γαιών σε μέταλλα με διαφορετικά επίπεδα καθαρότητας.
- Κραματοποίηση μετάλλων σπάνιων γαιών μέσω χημικών διεργασιών.
- Μετατροπή κραμάτων σπάνιων γαιών σε συστατικά που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές εφαρμογές.
Τύποι σπάνιων γαιών
Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να πούμε ότι υπάρχουν ελαφριές σπάνιες γαίες και βαριές σπάνιες γαίες. Τα ελαφριά, ή LREE, είναι πιο άφθονα και αποτελούνται από λανθάνιο, δημήτριο, πρασεοδύμιο, νεοδύμιο, προμέθιο, σαμάριο, ευρώπιο και σκάνδιο. Στην περίπτωση των βαρέων, ή HREE, συνήθως δεν είναι τόσο άφθονα και έχουν συγκεντρώσεις γαδολίνιο, τέρβιο, δυσπρόσιο, χόλμιο, έρβιο, θούλιο, υττέρβιο, λουτέτιο και ύττριο.
εφαρμογές
Τέλος, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ποιες είναι οι πιθανές εφαρμογές των σπάνιων γαιών για να κατανοήσουμε την τρέχουσα σημασία τους:
- Καταλύτες και μαγνήτες: Παγκοσμίως, τα περισσότερα στοιχεία σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται για καταλύτες και μαγνήτες υψηλής απόδοσης (νεοδύμιο), καθώς και για τη δημιουργία ειδικών κεραμικών υλικών, γυαλιών και για γυάλισμα. Για παράδειγμα, το δημήτριο και το λανθάνιο είναι σημαντικοί καταλύτες και χρησιμοποιούνται στη διύλιση πετρελαίου και ως πρόσθετα ντίζελ. Από την άλλη, όταν μιλάμε για μαγνήτες, δεν αναφερόμαστε μόνο σε συμβατικούς μαγνήτες, αλλά αυτοί χρησιμοποιούνται για εφαρμογές όπως ηλεκτροκινητήρες σε υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα, γεννήτριες σε ορισμένες ανεμογεννήτριες, σκληρούς δίσκους, φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, μικρόφωνα και Ηχεία.
- Κατασκευή και παραγωγή κράματος κυψελών καυσίμου και μπαταριών νικελίου-υδριδίου μετάλλου: Το δημήτριο, το λανθάνιο και το νεοδύμιο είναι σημαντικά για την κατασκευή κραμάτων και για την παραγωγή κυψελών καυσίμου και μπαταριών νικελίου-υδριδίου μετάλλου.
- Ηλεκτρονική: Το δημήτριο, το γάλλιο και το νεοδύμιο είναι σημαντικά στην ηλεκτρονική και χρησιμοποιούνται στην παραγωγή οθονών LCD και πλάσματος, οπτικών ινών και λέιζερ, καθώς και στην ιατρική απεικόνιση.
- Ιατρικές εφαρμογές, λιπάσματα και επεξεργασία νερού: Χρησιμοποιούνται ως ιχνηθέτες σε ιατρικές εφαρμογές, λιπάσματα και σε επεξεργασία νερού.
- Γεωργία: έχουν χρησιμοποιηθεί στη γεωργία για την αύξηση της ανάπτυξης των φυτών, της παραγωγικότητας και της αντοχής στο στρες, προφανώς χωρίς αρνητικές επιπτώσεις για την κατανάλωση από τον άνθρωπο και τα ζώα. Επιπλέον, τα στοιχεία σπάνιων γαιών είναι πρόσθετα στις ζωοτροφές, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα την αυξημένη παραγωγή, όπως τα μεγαλύτερα ζώα και την αυξημένη παραγωγή αυγών και γαλακτοκομικών προϊόντων.
- περισσότερο: Οι χρήσεις είναι πολύ εκτεταμένες, για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για χρονολόγηση απολιθωμάτων, καθώς οι συγκεντρώσεις σπάνιων γαιών στα πετρώματα αλλάζουν αργά μόνο με γεωχημικές διεργασίες, και αυτό τα καθιστά χρήσιμα για χρονολόγηση. Άλλα παραδείγματα είναι:
- Το σκάνδιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή φώτων υψηλής έντασης και ως παράγοντα παρακολούθησης για διυλιστήρια πετρελαίου.
- Το ύττριο μπορεί να προστεθεί σε πολλά κράματα μετάλλων για να βελτιώσει τις ιδιότητές τους.
- Το λανθάνιο χρησιμοποιείται ως καταλύτης πυρόλυσης πετρελαίου και ως πρόσθετο για την παραγωγή οζώδους χυτοσίδηρου.
- Το δημήτριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες βιομηχανίες, από καταλύτες για τη μείωση της ρύπανσης, μέχρι τα καυσαέρια οχημάτων, για προϊόντα καθαρισμού και χρωστικές ουσίες.
- Το πρασεοδύμιο μπορεί να γίνει κράμα με άλλα μέταλλα για τη δημιουργία μαγνητών για ηλεκτρονικές συσκευές, αλλά και ως καταλύτης.
- Το νεοδύμιο χρησιμοποιείται ευρέως για την κατασκευή πολύ ισχυρών μαγνητών, με εφαρμογές όπως στη βιομηχανία ηλεκτροκινητήρων, αν και χρησιμοποιείται επίσης για κάμερες, οπτικά με λέιζερ κ.λπ.
- Το προμέθιο χρησιμοποιείται από μετρητές πάχους ως πηγή βήτα, επίσης ως παλμική μπαταρία, μπορεί να μετατραπεί σε φορητή πηγή ακτίνων Χ κ.λπ.
- Το σαμάριο χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών υψηλής ισχύος, για ειδικούς φακούς και υλικά απορρόφησης νετρονίων για πυρηνικούς αντιδραστήρες.
- Το ευρώπιο είναι το πιο δραστικό από τα μέταλλα σπάνιων γαιών και δεν είναι συνηθισμένο σε πρακτικές εφαρμογές.
- Το γαδολίνιο χρησιμοποιείται στην ιατρική, για απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, καθώς και σε φούρνους μικροκυμάτων, έγχρωμες τηλεοράσεις, ενισχυτές και επαγγελματικά συστήματα ήχου.
- Το Terbium χρησιμοποιείται για τη νοθεία ορισμένων εξαρτημάτων, για την κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών κ.λπ.
- Το Δυσπρόσιο χρησιμοποιείται σε κράματα μαγνητών με βάση το νεοδύμιο για να τα κάνει πιο ανθεκτικά στον απομαγνητισμό σε υψηλές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιείται επίσης σε λαμπτήρες εκκένωσης αλογονιδίων.
- Holmium για ηλεκτρονικές συσκευές, οθόνες πλάσματος, λαμπτήρες υδραργύρου κ.λπ.
- Βέρβιο που χρησιμοποιείται για κράματα, ηλεκτρονικούς ενισχυτές, λέιζερ κ.λπ.
- Το θούλιο χρησιμοποιείται για μονάδες ακτίνων Χ, λέιζερ υψηλής εμβέλειας, κεραμικά-μαγνητικά υλικά κ.λπ.
- Υτέρβιο, κοινό στη βιομηχανία μεταλλουργίας για κράματα με σίδηρο και χάλυβα, καταλύτες, λέιζερ και οπτικές ίνες. Επίσης στην πυρηνική ιατρική για τη θεραπεία ορισμένων ασθενειών και την ακτινοθεραπεία.
- Λουτέτιο, που χρησιμοποιείται ως καταλύτης στη διάσπαση υδρογονανθράκων στην πετροχημική βιομηχανία, στη θεραπεία του καρκίνου κ.λπ.
Όπως μπορείτε να δείτε, είναι θεμελιώδες για τη βιομηχανία ηλεκτρονικών, ειδικά για την κατασκευή κεραμικών πυκνωτών ότι θα τα βρείτε σε πολλά PCB…