Rare Earths (REE): ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับทองคำใหม่แห่งศตวรรษที่ 21

ในโลกที่ต้องพึ่งพาเทคโนโลยีมากขึ้น องค์ประกอบที่เรียกว่าธาตุหายาก สิ่งเหล่านี้ได้กลายมาเป็นแร่ธาตุสำคัญ เป็น "ทองคำ" ใหม่แห่งศตวรรษที่ 21 และเป็นแหล่งที่มาของความขัดแย้งระหว่างประเทศต่างๆ และจะยังคงเป็นเช่นนั้นต่อไป องค์ประกอบเหล่านี้แม้จะมีชื่อ แต่ก็มีความสำคัญ และที่นี่คุณสามารถเรียนรู้ว่าทำไมองค์ประกอบเหล่านี้จึงมีความสำคัญ และองค์ประกอบ REE เหล่านี้ (ธาตุหายาก) คืออะไร

¿ดินแดนที่หายากคืออะไร?

ลา ธาตุหายากในภาษาอังกฤษ REE (ธาตุหายาก) เป็นชุดของแร่ธาตุที่มีธาตุ 15 ชนิดอยู่ในตารางธาตุหรือที่เรียกว่าอนุกรมแลนทาไนด์ องค์ประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีที่ต้องการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การใช้พลังงาน และปรับปรุงประสิทธิภาพ สมรรถนะ ความเร็ว ความทนทาน และเสถียรภาพทางความร้อน อีกทั้งยังเป็นองค์ประกอบสำคัญในเทคโนโลยีที่ทำให้ผลิตภัณฑ์เบาลงและเล็กลง ดังนั้นพื้นฐานของเทคโนโลยีในปัจจุบันจึงมีความสำคัญ

สิ่งนี้ทำให้พวกเขา ที่ขาดไม่ได้และไม่สามารถทดแทนได้ในการใช้งานทางไฟฟ้า ออปติก แม่เหล็ก และตัวเร่งปฏิกิริยาและเนื่องจากมีจำนวนไม่มาก จึงนำไปสู่ความขัดแย้ง สงคราม และความตึงเครียดระหว่างประเทศ ดังที่เราจะได้เห็นในภายหลัง แม้ว่าธาตุหายากจะมีอยู่ค่อนข้างมากในเปลือกโลก เนื่องจากคุณสมบัติทางธรณีวิทยาเคมี พวกมันมักจะกระจัดกระจายอย่างกว้างขวาง ซึ่งหมายความว่ามักไม่พบในปริมาณความเข้มข้นที่ทำให้สามารถขุดได้ ความขาดแคลนนี้เองที่ทำให้พวกมันถูกเรียกว่าธาตุหายาก

ระหว่าง ธาตุทั้ง 17 ของ REE คือ:

1. สแกนเดียม (Sc)
2. อิตเทรียม (Y)
3. แลนทานัม (The)
4. ซีเรียม (Ce)
5. พราซีโอดิเมียม (Pr)
6. นีโอดิเมียม (Nd)
7. โพรมีเธียม (Pm)
8. ซาแมเรียม (Sm)
9. ยูโรเปียม (Eu)
10. แกโดลิเนียม (Gd)
11. เทอร์เบียม (Tb)
12. ดิสโพรเซียม (Dy)
13. โฮลเมียม (โฮ)
14. เออร์เบียม (เอ้อ)
15. tulio
16. อิตเทอร์เบียม (Yb)
17. ลูทีเทียม (Lu)

คุณสมบัติของธาตุหายาก

เกี่ยวกับ คุณสมบัติ ของธาตุหายากหรือองค์ประกอบของพวกมันเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การเน้น:

• คุณสมบัติทางแม่เหล็ก: นีโอไดเมียม ดิสโพรเซียม และซาแมเรียม มีคุณค่าสำหรับคุณสมบัติทางแม่เหล็ก พวกเขาสามารถกักเก็บพลังงานแม่เหล็กได้จำนวนมาก ทำให้มีประโยชน์ในกังหันลม มอเตอร์ไฟฟ้า ระบบนำทาง ลำโพง และฮาร์ดไดรฟ์ ฯลฯ
• คุณสมบัติเรืองแสง: ยูโรเพียม อิตเทรียม เออร์เบียม และนีโอไดเมียมมีคุณสมบัติเรืองแสง ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะเปล่งแสงเมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ใช้ในแหล่งกำเนิดแสงที่มีประสิทธิภาพ จอแสดงผล การขยายสัญญาณในสายไฟเบอร์ออปติกและเลเซอร์
• คุณสมบัติทางไฟฟ้า: ซีเรียม แลนทานัม นีโอไดเมียม และเพราซีโอดิเมียมใช้ในแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (NiMH) เนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้า ช่วยให้แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้นและมีความสามารถในการกักเก็บที่ดีขึ้นหลังจากรอบการคายประจุและชาร์จใหม่หลายครั้ง
• คุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยา: ซีเรียมและแลนทานัมใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาเคมีเนื่องจากมีโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ มีความอุดมสมบูรณ์มากกว่าและราคาถูกกว่าธาตุหายากอื่นๆ ทำให้เป็นตัวเลือกหลักสำหรับการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา

ประวัติศาสตร์

อย่างไรก็ตาม มีธาตุหายากเกิดขึ้นตั้งแต่กำเนิดโลก พวกเขาไม่ได้ค้นพบจนกระทั่งศตวรรษที่ 18 โดยร้อยโทกองทัพสวีเดน Carl Axel Arrhenius. และการแยกองค์ประกอบของดินแดนเหล่านี้ออกไปนั้นเกิดขึ้นเร็วยิ่งขึ้น บางส่วนมาไม่ถึงจนกระทั่งศตวรรษที่ 20

ในช่วง 160 ปีแห่งการค้นพบ (พ.ศ. 1787-1947) การแยกและการทำให้ธาตุหายากเป็นกระบวนการที่ยากและยาวนาน. นักวิทยาศาสตร์หลายคนอุทิศทั้งชีวิตเพื่อให้ได้ธาตุบริสุทธิ์เหล่านี้ ท้ายที่สุด เนื่องจากพบว่าธาตุหายากเป็นผลจากฟิชชันของอะตอมยูเรเนียม คณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูของสหรัฐอเมริกาจึงใช้ความพยายามอย่างมากในการพัฒนาวิธีการแยกแบบใหม่ ในปีพ.ศ. 1947 มีการเผยแพร่ผลการวิจัยที่แสดงให้เห็นว่ากระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนช่วยให้สามารถแยกธาตุหายากออกมาเป็นธาตุที่ใช้ได้ดีขึ้น

ธาตุหายาก ยกเว้นสแกนเดียม หนักกว่าเหล็กและผลิตโดย การสังเคราะห์นิวเคลียสของซุปเปอร์โนวาหรือโดยกระบวนการ s ในดวงดาว ของสาขาเส้นกำกับยักษ์ ในธรรมชาติ การแยกตัวของยูเรเนียม-238 ที่เกิดขึ้นเองจะทำให้เกิดโพรมีเทียมกัมมันตภาพรังสีจำนวนเล็กน้อย แต่โพรมีเทียมส่วนใหญ่จะผลิตขึ้นโดยการสังเคราะห์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เขตสงวนโลกของธาตุหายาก

ลา แหล่งสำรองที่สำคัญที่สุดของธาตุหายาก ในโลกนี้พบได้ในประเทศต่อไปนี้:

• จีน: มีปริมาณสำรองมากที่สุดในโลก ประมาณ 44 ล้านตัน นอกจากนี้ยังเป็นผู้ผลิตแร่หายากรายใหญ่ที่สุดอีกด้วย
• เวียดนาม: เป็นแหล่งสำรองแร่หายากจำนวน 22 ล้านตัน โดยเฉพาะตามชายแดนตะวันตกเฉียงเหนือติดกับจีนและตามแนวชายฝั่งตะวันออก
• บราซิลและรัสเซีย: ทั้งสองประเทศมีทุนสำรอง 21MT
• อินเดีย: มีปริมาณสำรอง 6,9 ล้านตัน
• ออสเตรเลีย: มีปริมาณสำรอง 4,2 ล้านตัน
• Unidos Estados: มีปริมาณสำรอง 2,3 ล้านตัน
• เกาะกรีนแลนด์: คำนวณได้ประมาณ 1,5MT

สิ่งสำคัญที่ต้องกล่าวถึงคือ แม้ว่าบางประเทศจะมีปริมาณสำรองจำนวนมาก แต่การผลิตของพวกเขาอาจต่ำเนื่องจากสาเหตุหลายประการ...

และยุโรป?

ในยุโรป ปริมาณสำรองแร่หายากมีน้อยและส่วนใหญ่จะพบตามสถานที่ต่อไปนี้:

• สวีเดน: เชื่อกันว่ามีแหล่งแร่หายากที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป บริษัทเหมืองแร่ LKAB ที่ดำเนินการโดยรัฐของสวีเดน ตรวจพบแหล่งแร่ใกล้เมืองคิรูนา ทางตอนเหนือของประเทศ ซึ่งมีแร่หายากมากกว่าหนึ่งล้านตัน
• ฟินแลนด์และโปรตุเกส: มีการระบุไซต์แสวงหาผลประโยชน์ในประเทศเหล่านี้ด้วย

เกี่ยวกับสเปนเป็นที่ทราบกันว่ามีแหล่งสำรองแร่หายากอยู่ แม้ว่าจะยังไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนก็ตาม ตัวอย่างเช่น Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra) มีความโดดเด่น และเมื่อเร็วๆ นี้มีการพูดถึงก้นทะเลมากมายเมื่อเทียบกับสิ่งต่างๆ ในหมู่เกาะคานารี สถานที่เหล่านี้บางแห่งยังไม่ได้ถูกใช้ประโยชน์และไม่ทราบปริมาณสำรองที่มีอยู่ ในกรณีของเขตสงวน Galician การแสวงหาผลประโยชน์ถูกปฏิเสธด้วยเหตุผลด้านสิ่งแวดล้อม และในกรณีของหมู่เกาะคะเนรี โมร็อกโกยังคงมีความตึงเครียดในการเข้ายึดครอง การแสวงหาผลประโยชน์เหล่านี้ …

การประมวลผลและการแยก

ธาตุหายากได้มาโดยส่วนใหญ่ผ่าน การขุดหลุมแบบเปิดทางอุตสาหกรรม. ในบางกรณี การผลิตธาตุหายากเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้จากการขุดเหล็ก แร่ธาตุที่มีธาตุหายากจะเกิดขึ้นในรูปของออกไซด์ จึงต้องผ่านกระบวนการแปรรูปเพื่อให้ได้องค์ประกอบดังนี้:

1. การสกัดแร่หายากเกิดขึ้นในเหมืองเปิด โดยใช้การระเบิดและเครื่องจักรกลหนัก
2. หลังจากการสกัดแร่จะถูกบดหรือบดเพื่อการประมวลผลที่เหมาะสม
3. หากต้องการแยกแร่ออกเป็นออกไซด์ สามารถใช้วิธีการชะล้าง การตกตะกอน และการตกผลึกได้
4. โดยใช้วิธีการทางเคมีกายภาพ ทำการกลั่นกรองออกไซด์ของธาตุหายากในโลหะที่มีระดับความบริสุทธิ์ต่างกัน
5. การผสมโลหะหายากผ่านกระบวนการทางเคมี
6. การเปลี่ยนโลหะผสมของธาตุหายากให้เป็นส่วนประกอบที่ใช้ในการใช้งานเชิงพาณิชย์

ประเภทของธาตุหายาก

ก่อนอื่นก็ต้องบอกว่ามี ธาตุหายากเบาและธาตุหนักหนัก. ชนิดเบาหรือ LREE มีปริมาณมากกว่า และประกอบด้วยแลนทานัม ซีเรียม พราซีโอดิเมียม นีโอไดเมียม โพรมีเทียม ซาแมเรียม ยูโรเพียม และสแกนเดียม ในกรณีของธาตุหนักหรือ HREE มักมีไม่มากนัก และมีความเข้มข้นของแกโดลิเนียม เทอร์เบียม ดิสโพรเซียม โฮลเมียม เออร์เบียม ทูเลียม อิตเทอร์เบียม ลูเทเซียม และอิตเทรียม

การใช้งาน

สุดท้ายนี้สิ่งสำคัญคือต้องรู้ แอปพลิเคชันที่มีศักยภาพคืออะไร ของธาตุหายากเพื่อทำความเข้าใจความสำคัญในปัจจุบัน:

• ตัวเร่งปฏิกิริยาและแม่เหล็ก: ทั่วโลก ธาตุหายากส่วนใหญ่ใช้สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาและแม่เหล็กประสิทธิภาพสูง (นีโอไดเมียม) รวมถึงการสร้างวัสดุเซรามิกพิเศษ แก้ว และการขัดเงา ตัวอย่างเช่น ซีเรียมและแลนทานัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญ และใช้ในการกลั่นน้ำมันและเป็นสารเติมแต่งในดีเซล ในทางกลับกัน เมื่อเราพูดถึงแม่เหล็ก เราไม่เพียงแต่หมายถึงแม่เหล็กธรรมดาเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าในยานพาหนะไฮบริดและไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในกังหันลมบางชนิด ฮาร์ดไดรฟ์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา ไมโครโฟน และ ลำโพง
• การผลิตโลหะผสมและการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์: ซีเรียม แลนทานัม และนีโอไดเมียมมีความสำคัญในการผลิตโลหะผสมและในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงและแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์
• อิเล็กทรอนิกส์: ซีเรียม แกลเลียม และนีโอไดเมียมมีความสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และใช้ในการผลิตจอ LCD และพลาสมา ใยแก้วนำแสงและเลเซอร์ และในการถ่ายภาพทางการแพทย์
• การใช้งานทางการแพทย์ ปุ๋ย และการบำบัดน้ำ: ใช้เป็นตัวติดตามในการใช้งานทางการแพทย์ ปุ๋ย และในการบำบัดน้ำ
• การเกษตร: ใช้ในการเกษตรเพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตของพืช ผลผลิต และความต้านทานต่อความเครียดอย่างเห็นได้ชัด โดยไม่มีผลเสียต่อการบริโภคของมนุษย์และสัตว์ นอกจากนี้ ธาตุหายากยังเป็นสารเติมแต่งในอาหารสัตว์ ซึ่งส่งผลให้มีการผลิตเพิ่มขึ้น เช่น สัตว์ขนาดใหญ่ขึ้น และการผลิตไข่และผลิตภัณฑ์จากนมเพิ่มขึ้น
• ขึ้น: การใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางมาก เช่น สามารถใช้สำหรับการนัดหมายฟอสซิลได้ เนื่องจากความเข้มข้นของธาตุหายากในหินจะเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ โดยกระบวนการทางธรณีเคมีเท่านั้น และสิ่งนี้ทำให้มีประโยชน์สำหรับการนัดหมาย ตัวอย่างอื่นๆ ได้แก่:
  • สแกนเดียมใช้ในการผลิตไฟที่มีความเข้มสูงและเป็นตัวติดตามสำหรับโรงกลั่นน้ำมัน
  • อิตเทรียมสามารถเติมลงในโลหะผสมหลายชนิดเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติได้
  • แลนทานัมใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการแตกตัวของปิโตรเลียมและเป็นสารเติมแต่งในการผลิตเหล็กหล่อเป็นก้อนกลม
  • ซีเรียมสามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อลดมลภาวะ ไปจนถึงไอเสียรถยนต์ สำหรับทำความสะอาดผลิตภัณฑ์และเม็ดสี
  • Praseodymium สามารถผสมกับโลหะอื่น ๆ เพื่อสร้างแม่เหล็กสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอีกด้วย
  • นีโอไดเมียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อสร้างแม่เหล็กที่มีกำลังสูง ในการใช้งานต่างๆ เช่น ในอุตสาหกรรมมอเตอร์ไฟฟ้า แม้ว่าจะใช้กับกล้อง เลนส์ที่มีเลเซอร์ ฯลฯ ก็ตาม
  • โพรมีเธียมถูกใช้โดยเกจวัดความหนาเป็นแหล่งเบต้า เช่นเดียวกับแบตเตอรี่พัลส์ ซึ่งสามารถแปลงเป็นแหล่งรังสีเอกซ์แบบพกพาได้ เป็นต้น
  • ซาแมเรียมยังใช้ในการผลิตแม่เหล็กถาวรกำลังสูงสำหรับเลนส์พิเศษ และวัสดุดูดซับนิวตรอนสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
  • ยูโรเพียมเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุดในบรรดาโลหะหายาก และไม่ธรรมดาในการใช้งานจริง
  • แกโดลิเนียมใช้ในการแพทย์ สำหรับการสร้างภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับในไมโครเวฟ โทรทัศน์สี เครื่องขยายเสียง และระบบเสียงระดับมืออาชีพ
  • เทอร์เบียมใช้เพื่อปลอมปนส่วนประกอบบางอย่าง เพื่อผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ
  • ไดสโพรเซียมใช้ในโลหะผสมแม่เหล็กที่มีนีโอไดเมียมเพื่อให้ทนทานต่อการล้างอำนาจแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงได้ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังใช้ในหลอดปล่อยเฮไลด์
  • โฮลเมียมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จอพลาสมา หลอดปรอท ฯลฯ
  • สมุนไพรที่ใช้สำหรับโลหะผสม เครื่องขยายสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ เลเซอร์ ฯลฯ
  • ทูเลียมใช้สำหรับเครื่องเอ็กซ์เรย์ เลเซอร์ระยะสูง วัสดุเซรามิก-แม่เหล็ก ฯลฯ
  • อิตเทอร์เบียม พบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาสำหรับโลหะผสมกับเหล็กและเหล็กกล้า ตัวเร่งปฏิกิริยา เลเซอร์ และใยแก้วนำแสง นอกจากนี้ในเวชศาสตร์นิวเคลียร์เพื่อรักษาโรคบางชนิดและการฉายรังสีรักษา
  • ลูทีเซียม ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการแตกร้าวของไฮโดรคาร์บอนในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี การรักษาโรคมะเร็ง เป็นต้น

อย่างที่คุณเห็น พื้นฐานสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ เพื่อผลิตตัวเก็บประจุเซรามิก ที่คุณจะพบได้ใน PCB จำนวนมาก...