U svijetu koji sve više ovisi o tehnologiji, elementi poznati kao rijetke zemlje Oni su se pojavili kao ključni minerali, novo "zlato" 21. stoljeća, i bili su izvor sukoba između zemalja, a bit će i dalje. Ovi elementi, unatoč svom nazivu, vitalni su, a ovdje možete saznati zašto su toliko važni i što su ti REE elementi (Elementi rijetke zemlje).
¿Koje su rijetke zemlje?
Las rijetke zemlje, na engleskom REE (Rare-Earth Elements), Oni su skup minerala među kojima je 15 elemenata u izobilju u periodnom sustavu, poznatih kao niz lantanida. Ovi su elementi temeljni za tehnologije koje nastoje smanjiti emisije, potrošnju energije i poboljšati učinkovitost, performanse, brzinu, trajnost i toplinsku stabilnost. Oni su također ključna komponenta u tehnologijama koje nastoje proizvode učiniti lakšim i manjim. Dakle, osnova trenutne tehnologije, otuda njezina važnost.
Ovo ih čini nezamjenjiv i nezamjenjiv u mnogim električnim, optičkim, magnetskim i katalitičkim primjenama, a budući da ih nema u izobilju, to je dovelo do sukoba, ratova i napetosti između zemalja, kao što ćemo vidjeti kasnije. Pa, iako su elementi rijetkih zemalja relativno prisutni u Zemljinoj kori, zbog svojih geokemijskih svojstava obično su široko raspršeni. To znači da se ne nalaze često u koncentracijama koje ih čine održivima za rudarenje. Upravo ih je ta oskudica dovela do naziva rijetkim zemljama.
Između 17 elemenata REE su:
- Skandij (Sc)
- Itrij (Y)
- Lantan (The)
- Cerij (Ce)
- prazeodimij (Pr)
- neodim (Nd)
- Prometij (Pm)
- Samarij (Sm)
- Europij (Eu)
- gadolinij (Gd)
- Terbij (Tb)
- disprozij (Dy)
- Holmij (Ho)
- erbij (Er)
- Tulijum
- iterbij (Yb)
- lutecij (Lu)
Svojstva rijetkih zemalja
U pogledu svojstva Od rijetkih zemalja, odnosno njihovih elemenata, vrijedi istaknuti:
- magnetska svojstva: Neodimij, disprozij i samarij cijenjeni su zbog svojih magnetskih svojstava. Mogu pohraniti velike količine magnetske energije, što ih čini korisnim u turbinama na vjetar, električnim motorima, sustavima za navođenje, zvučnicima i tvrdim diskovima itd.
- Luminescentna svojstva: Europij, itrij, erbij i neodimij imaju luminiscentna svojstva, što znači da emitiraju svjetlost kada su stimulirani elektromagnetskim zračenjem. Koriste se u učinkovitim izvorima svjetlosti, zaslonima, pojačanju signala u optičkim vodovima i laserima.
- električna svojstva: Cerij, lantan, neodimij i praseodimij koriste se u nikal-metal-hidridnim (NiMH) baterijama zbog svojih električnih svojstava. Daju bateriji veću gustoću energije i bolji kapacitet zadržavanja nakon mnogo ciklusa pražnjenja i punjenja.
- Katalitička svojstva: Cerij i lantan koriste se kao katalizatori za kemijske reakcije zbog svoje elektronske strukture. Ima ih više i jeftiniji su od drugih rijetkih zemalja, što ih čini primarnim izborom za katalitičke primjene.
Povijest
Rijetke zemlje prisutne su od nastanka Zemlje, međutim, Otkrio ih je tek u 18. stoljeću švedski vojni poručnik Carl Axel Arrhenius.. A izolacija elemenata ovih zemalja još je novija, neki bi stigli tek u 20. stoljeću.
Tijekom 160 godina otkrića (1787.-1947.), Odvajanje i pročišćavanje elemenata rijetke zemlje bio je težak i dugotrajan proces. Mnogi su znanstvenici cijeli život posvetili dobivanju ovih čistih elemenata. Konačno, budući da je otkriveno da su rijetki zemni elementi fisijski produkti atoma urana, Komisija za atomsku energiju SAD-a uložila je velike napore u razvoj novih metoda razdvajanja. Godine 1947. objavljeni su rezultati koji pokazuju da procesi ionske izmjene nude bolji način za odvajanje elemenata rijetke zemlje za proizvodnju korištenih elemenata.
Elementi rijetke zemlje, osim skandijuma, teži su od željeza i proizvode ih nukleosintezom supernova ili s-procesom u zvijezdama divovske asimptotske grane. U prirodi, spontana fisija urana-238 proizvodi male količine radioaktivnog prometija, ali većina prometija se proizvodi sintetski u nuklearnim reaktorima.
Svjetske rezerve rijetkih zemalja
Las najvažnije rezerve rijetkih zemalja U svijetu se nalaze u sljedećim zemljama:
- Kina: Ima najveće rezerve na svijetu, s otprilike 44 milijuna tona. Osim toga, najveći je proizvođač rijetkih zemalja.
- Vijetnam: Dom je ogromnih rezervi rijetkih metala, posebno duž sjeverozapadne granice s Kinom i duž istočne obale, od 22 milijuna tona.
- Brazil i Rusija: Obje zemlje imaju rezerve od 21MT.
- Indija: ima rezerve od 6,9 milijuna tona.
- Australija: ima rezerve od 4,2 milijuna tona.
- Sjedinjene Države: Njegove rezerve iznose 2,3 milijuna tona.
- Grenland: Izračunato je oko 1,5 MT.
Važno je napomenuti da, iako neke zemlje imaju velike rezerve, njihova proizvodnja može biti mala zbog raznih razloga...
A Europa?
U Europi su rezerve rijetkih zemalja oskudne, a uglavnom se nalaze na sljedećim mjestima:
- Švedska: Vjeruje se da ima najveće rezerve rijetkih zemalja u Europi. Švedska državna rudarska tvrtka LKAB identificirala je nalazište u blizini grada Kiruna, na sjeveru zemlje, koje sadrži više od milijun tona rijetkih metala.
- Finska i Portugal: U tim su zemljama također identificirana mjesta eksploatacije.
Vezano za Španjolsku, poznato je da postoje rezerve rijetkih zemalja, iako nisu temeljito istražene. Ističu se npr. Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), a u zadnje vrijeme se dosta govori o podmorju u usporedbi sa stvarima na Kanarskim otocima. Neka od tih mjesta još nisu eksploatirana, a rezerve koje postoje nisu poznate. U slučaju galicijskog rezervata, njegova eksploatacija je odbijena iz ekoloških razloga, a u slučaju Kanarskih otoka, Maroko održava napetosti da preuzme ove eksploatacije...
Obrada i odvajanje
Rijetke zemlje dobivaju se uglavnom putem industrijski otvoreni kop., u nekim slučajevima proizvodnja rijetkih zemalja javlja se kao nusprodukt rudarenja željeza. Minerali koji sadrže rijetke zemlje javljaju se kao oksidi, pa se moraju obraditi da bi se dobili elementi:
- Ekstrakcija rijetkih zemalja odvija se u otvorenim rudnicima, korištenjem detonacija i teških strojeva.
- Nakon ekstrakcije, mineral se usitnjava ili melje radi pravilne obrade.
- Za razdvajanje rude na okside mogu se koristiti metode ispiranja, taloženja i kristalizacije.
- Fizikalno-kemijskim metodama provodi se rafiniranje oksida rijetkih zemalja u metalima različitih razina čistoće.
- Legiranje metala rijetkih zemalja kemijskim procesima.
- Transformacija legura rijetkih zemalja u komponente koje se koriste u komercijalne svrhe.
Vrste rijetkih zemalja
Prije svega, mora se reći da postoje lake rijetke zemlje i teške rijetke zemlje. Oni laki ili LREE su zastupljeniji, a sastoje se od lantana, cerija, prazeodimija, neodimija, prometija, samarija, europija i skandija. U slučaju teških ili HREE, oni obično nisu tako izdašni i imaju koncentracije gadolinija, terbija, disprozija, holmija, erbija, tulija, iterbija, lutecija i itrija.
aplikacije
Na kraju, važno je znati koje su potencijalne primjene rijetkih zemalja kako bismo razumjeli njihovu trenutnu važnost:
- Katalizatori i magneti: Globalno, većina elemenata rijetkih zemalja koristi se za visokoučinkovite katalizatore i magnete (neodimij), kao i za izradu posebnih keramičkih materijala, stakla i za poliranje. Na primjer, cerij i lantan su važni katalizatori, a koriste se u rafiniranju nafte i kao aditivi za dizel. S druge strane, kada govorimo o magnetima, ne mislimo samo na konvencionalne magnete, već se oni koriste za aplikacije kao što su električni motori u hibridnim i električnim vozilima, generatori u nekim vjetroturbinama, tvrdi diskovi, prijenosna elektronika, mikrofoni i zvučnici.
- Proizvodnja legura i proizvodnja gorivih ćelija i nikal-metal-hidridnih baterija: Cerij, lantan i neodimij važni su u proizvodnji legura i u proizvodnji gorivih ćelija i nikal-metal-hidridnih baterija.
- elektronika: Cerij, galij i neodimij važni su u elektronici i koriste se u proizvodnji LCD i plazma zaslona, optičkih vlakana i lasera te u medicinskom snimanju.
- Medicinska primjena, gnojiva i obrada vode: Koriste se kao tragovi u medicinskim primjenama, gnojivima i obradi vode.
- poljoprivreda: korišteni su u poljoprivredi za povećanje rasta biljaka, produktivnosti i otpornosti na stres, očito bez negativnih učinaka za prehranu ljudi i životinja. Osim toga, elementi rijetke zemlje dodaci su hrani za stoku, što je rezultiralo povećanom proizvodnjom, poput većih životinja i povećanom proizvodnjom jaja i mliječnih proizvoda.
- više: Primjene su vrlo opsežne, na primjer, mogu se koristiti i za datiranje fosila, budući da se koncentracije rijetkih zemalja u stijenama samo sporo mijenjaju geokemijskim procesima, a to ih čini korisnima za datiranje. Ostali primjeri su:
- Skandij se koristi za izradu svjetala visokog intenziteta i kao sredstvo za praćenje u rafinerijama nafte.
- Itrij se može dodati mnoštvu metalnih legura kako bi se poboljšala njihova svojstva.
- Lantan se koristi kao katalizator krekiranja nafte i kao dodatak za proizvodnju nodularnog lijeva.
- Cerij se može koristiti u raznim industrijama, od katalizatora za smanjenje onečišćenja, do ispušnih plinova vozila, za proizvode za čišćenje i pigmente.
- Praseodimij se može legirati s drugim metalima za stvaranje magneta za elektroničke uređaje, ali i kao katalizator.
- Neodimij se široko koristi za proizvodnju vrlo moćnih magneta, s primjenama kao što je industrija električnih motora, iako se također koristi za kamere, optiku s laserima itd.
- Prometij se koristi u mjeračima debljine kao beta izvor, također kao pulsna baterija, može se pretvoriti u prijenosni izvor X-zraka itd.
- Samarij se također koristi za proizvodnju trajnih magneta velike snage, za posebne leće i materijala koji apsorbiraju neutrone za nuklearne reaktore.
- Europij je najreaktivniji od rijetkih zemnih metala i nije uobičajen u praktičnim primjenama.
- Gadolinij se koristi u medicini, za magnetsku rezonancu, kao iu mikrovalnim pećnicama, televizorima u boji, pojačalima i profesionalnim audio sustavima.
- Terbij se koristi za krivotvorenje određenih komponenti, za izradu elektroničkih uređaja itd.
- Disprozij se koristi u magnetnim legurama na bazi neodimija kako bi bile otpornije na demagnetizaciju pri visokim temperaturama. Također se koristi u halogenim žaruljama s izbojem.
- Holmij za elektronske uređaje, plazma ekrane, živine lampe itd.
- Herbij koji se koristi za legure, elektronička pojačala, lasere itd.
- Tulij se koristi za rendgenske jedinice, lasere visokog dometa, keramičko-magnetske materijale itd.
- Iterbij, uobičajen u metalurškoj industriji za legure željeza i čelika, katalizatore, lasere i optička vlakna. Također u nuklearnoj medicini za liječenje određenih bolesti i radioterapije.
- Lutecij, koji se koristi kao katalizator u krekiranju ugljikovodika u petrokemijskoj industriji, terapiji raka itd.
Kao što vidite, temeljno za elektroničku industriju, posebno za proizvodnju keramičkih kondenzatora da ćete ih naći u mnogim PCB-ima...