البحث عن عناصر الأرض النادرة

في مارس 2012 ، قدم الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة واليابان بشكل مشترك شكاوى إلى منظمة التجارة العالمية (منظمة التجارة العالمية) ، زاعمين أن الصين كانت تشارك في ممارسات غير عادلة تتعلق بتصدير عناصر الأرض النادرة (REEs). REEs عبارة عن مجموعة من 17 عنصرًا كيميائيًا يمكن استغلالها في مجموعة واسعة من التقنيات الحديثة ، من الهواتف الذكية إلى أجهزة التلفزيون. في عام 2012 ، تم استخراج حوالي 95 ٪ من REEs في العالم في الصين ، وشعرت تلك الدولة التجارية بالغضب مما اعتبروه استغلال الصين لاحتكارها ، بما في ذلك فرض حصص التصدير. رداً على شكاوى منظمة التجارة العالمية ، زعمت الصين أنها تحد من الصادرات حتى تتمكن صناعة الطاقة المتجددة لديها من إصلاح الضرر البيئي الناجم عن سنوات من الإنتاج غير المنضبط. بالإضافة إلى ذلك ، كانت البلاد في حاجة إلى تخصيص موارد REE المحدودة من أجل تزويد صناعة التكنولوجيا الفائقة الخاصة بها.

خصائص فريدة ، تطبيقات عالية التقنية.

من وجهة نظر الكيميائي ، تتكون REEs من العناصر اللانثانية - أي من سلسلة من 15 عنصرًا كيميائيًا متتاليًا في الجدول الدوري من اللانثانم حتى اللوتيتيوم - بالإضافة إلى عنصرين من المجموعة 3 من الجدول الدوري ، والفضائح والإيتريوم. نظرًا لهيكلها الإلكتروني ، تُظهر هذه العناصر خصائص مغناطيسية وبصرية وحفزية فريدة. من الناحية العملية ، يتم دمجها عادة مع عناصر أخرى لتشكيل مركبات وسبائك مصممة بعناية ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك لتطبيقات محددة. وبحلول عام 2012 ، زادت الأهمية المتزايدة لهذه التطبيقات الطلب على REEs الأساسية وبالتالي قيمتها. تتضمن أمثلة تطبيقات REE ما يلي:

• المواد الحفازة ، التي تسرع العمليات الكيميائية دون استهلاكها في العمليات نفسها. تُستخدم المحفزات القائمة على اللانثانوم والسيريوم ، على سبيل المثال ، في تكرير النفط الخام. يمكن أيضًا العثور على محفزات أساسها السيريوم في المحولات الحفازة المستخدمة في السيارات لتقليل انبعاث الملوثات.

• المواد المغناطيسية ، التي تستخدم في المغناطيس الدائم الذي يظهر في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتكنولوجيا الفائقة. تنتج السبائك القائمة على النيوديميوم والساماريوم أعلى مستويات القوة المغناطيسية لأي مواد المغناطيس الدائم المعروفة. تسمح هذه الخاصية بتصغير المكونات المغناطيسية وبالتالي الأجهزة التي تحتوي على هذه المكونات ، مثل الهواتف المحمولة ومحركات الأقراص الصلبة. إن قدرة هذه المواد على مقاومة إزالة المغناطيسية بسبب الحرارة وعوامل أخرى تعني أنه يمكن استخدامها في ظروف التشغيل الصعبة ، وهو أمر مهم بشكل خاص في المحركات والمولدات الكهربائية.

• مواد الفوسفور التي تنبعث منها الضوء بعد التعرض للإلكترونات أو الأشعة فوق البنفسجية. تعتبر الفوسفور التي تحتوي على اليوروبيوم والتيربيوم والإيتريوم فعالة بشكل خاص في إنتاج أطوال موجية محددة جدًا للضوء أثناء استخدام الكهرباء بكفاءة. يتم استخدام مواد الفوسفور على نطاق واسع في شاشات الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون المسطحة والهواتف الخلوية وأجهزة الكمبيوتر اللوحية وغيرها من الإلكترونيات. توجد أيضًا في مصابيح الفلورسنت المدمجة ، والتي تحل محل المصابيح المتوهجة الأقل كفاءة تدريجيًا.

المواد المغناطيسية والفوسفورية تجد طلبًا متزايدًا نتيجة لاستخدامها في المكونات والأجهزة المتعلقة بالطاقة "الخضراء" أو الطاقة المستدامة. اعتبرت الولايات المتحدة ودول أخرى أنه من الأولويات الرئيسية تأمين الوصول إلى مصادر الطاقة المتجددة المستخدمة في أي إنتاج واستخدام واسع النطاق في المستقبل للسيارات الكهربائية ، وتوربينات الرياح من الجيل التالي ، والأجهزة الموفرة للطاقة.

الموارد المعدنية.

على الرغم من أن كل REE له خصائصه الخاصة ، كمجموعة فإن العناصر متشابهة كيميائياً. نتيجة لذلك ، تميل إلى أن تكون موجودة في الطبيعة ، مرتبطة ببعض المعادن المحددة التي تحدث في مجموعة محدودة من أنواع الصخور. التشابه الكيميائي للمجموعة يعني أنه بمجرد العثور عليها وحفرها من الأرض ، يكون من الصعب على الشركات المصنعة فصل وحدات الطاقة المتجددة الفردية عن بعضها البعض. على مر السنين ، تم تطوير عدد من العمليات للتغلب على هذا التحدي. أصبح استخلاص المذيب هو العملية المفضلة ، لأنه يسمح للمصنعين بإنتاج منتجات أرضية نادرة فردية بمستويات عالية من النقاء.

المعادن البارزة التي تحمل REE الموجودة في رواسب الخام هي الباستنايزايت والمونازايت واللوباريت وزينوتيم والطين اللاتيني. من بين العناصر هناك تجمعات تصبح مهمة عند النظر في حدوثها الجيولوجي ومعالجتها واستغلالها التجاري. يمكن العثور على REEs الخفيفة (LREEs ؛ lanthanum من خلال النيوديميوم) بكثرة أكبر من REEs المتوسطة (MREEs ؛ samarium من خلال gadolinium) و REEs الثقيلة (HREEs ؛ yttrium و terbium من خلال lutetium) ، على الرغم من أنه يمكن العثور على جميع REEs تقريبًا بمقادير مختلفة في أي رواسب معدنية. الاستثناءات هي scandium ، والتي عادة ما تكون منفصلة عن REEs الأخرى ، و promethium ، عنصر مشع غير مستقر ينتج فقط عن انشطار العناصر الأخرى وبالتالي لا يحدث بشكل طبيعي.

بدأت هيمنة الصين على إنتاج REE في الثمانينيات ، وبحلول التسعينيات ، توقف إنتاج جميع أنحاء العالم تقريبًا. يمكن أن تنتج الصين مصادر الطاقة المتجددة بتكلفة منخفضة بسبب العمالة الرخيصة وقلة الاهتمام بمكافحة التلوث وتخفيفه. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمنتجين في شمال الصين استخراج LREEs كمنتج ثانوي لتعدين خام الحديد ، مما يقلل من تكاليف الإنتاج بشكل أكبر. وأخيرًا ، تم اكتشاف MREEs و HREEs (M / HREEs) في جنوب الصين في شكل طين جانبي ، أو طين امتزاز أيوني ، وهو نوع من التكوين الجيولوجي قد يكون فريدًا في العالم. سمحت طبيعة هذه الصلصال بسهولة إنتاج M / HREEs على الرغم من حدوثها بتركيزات منخفضة نسبيًا والوسائل البدائية إلى حد ما المستخدمة في البداية لاستغلالها.