Pământuri rare

Oxizi de pământ rar

Un mineral de pământ rar

Conform definiției IUPAC , pământurile rare (în engleză „ rare-earth elements ” sau „ rare-earth metals ”) sunt un grup de 17 elemente chimice ale tabelului periodic , și anume scandiu , itriu și lantanide ^[1] . Scandiul și itriul sunt considerate „pământuri rare”, deoarece se găsesc în general în aceleași depozite minerale ca și lantanidele și posedă proprietăți chimice similare.

Termenul „pământ rar” provine din mineralele din care au fost izolați pentru prima dată, care erau oxizi neobișnuiți găsiți în gadolinită extrasă dintr-o mină din satul Ytterby , Suedia . De fapt, cu excepția prometiului care este foarte instabil, elementele din pământul rar se găsesc în concentrații relativ mari în scoarța terestră .

Acestea sunt prescurtate în RE ( Pământuri Rare ), REE ( Rare Earth Elements ) sau REM ( Rare Earth Metals ); sunt în general împărțite în pământuri rare ușoare (LREE, de la lantan la prometiu ), medii (MREE, de la samariu la holmiu ) și grele (HREE, de la erbiu la lutetiu ) ^[2] .

Istorie

Pământurile rare încep să fie cunoscute odată cu descoperirea ytterbitului mineral negru (cunoscut și sub numele de gadolinit) de către Carl Axel Arrhenius în 1787 , într-o carieră din satul suedez Ytterby ^[3] .

Iterbitis, gadolinite redenumit în 1800 , a fost analizată de către Johan Gadolin , profesor la Universitatea din Turku , care a găsit un oxid necunoscut pe care el a numit „ytteria“, din finlandeză yty. ^[4] Anders Gustav Ekeberg a izolat beriliu de gadolinit, dar nu a reușit să recunoască celelalte elemente conținute în mineral. După această descoperire, în 1794 un mineral din Bastnäs lângă Riddarhyttan , Suedia , considerat a fi un minereu de fier și tungsten , a fost reexaminat de Jöns Jacob Berzelius și Wilhelm Hisinger . În 1803 au obținut un oxid alb pe care l-au numit „ceria”. Martin Heinrich Klaproth a descoperit independent același oxid, pe care l-a numit „ochroia”.

În 1803, atunci erau cunoscute două pământuri rare, itriu și ceriu , iar cercetătorii au avut nevoie de 30 de ani pentru a determina celelalte elemente conținute în aceste minerale (separarea lor a fost foarte dificilă datorită proprietăților lor chimice foarte similare).

Din 1839 și până la începutul secolului al XX-lea, celelalte elemente au fost astfel separate și descoperite.

Aplicații tehnologice

Pământurile rare sunt utilizate în multe dispozitive tehnologice:

• supraconductori ^[5] ;
• magneți ^[5] ;
• agenți de aliere în numeroase aliaje metalice;
• catalizatori ^[5] ;
• componente pentru vehicule hibride ^[5] ;
• aplicații de optoelectronică (de exemplu lasere Nd: YAG );
• fibre optice (erbiu);
• rezonatoare cu microunde (sfere YIG sau granat de fier cu itriu );
• Oxizii de pământ rar sunt amestecați cu tungsten pentru a-și îmbunătăți proprietățile la temperaturi ridicate pentru lipire , înlocuind toriul cu care poate fi periculos să lucrați.

Producție

Principalele surse ale pământurilor rare sunt bastnasitul , monazitul și mineralele loparite și argile laterite . În ciuda abundenței relativ mari, pământurile rare sunt mai dificil de extras decât sursele de metale de tranziție echivalente (datorate în mare parte proprietăților lor chimice foarte similare), ceea ce le face relativ scumpe. Utilizarea lor industrială a fost foarte limitată până când au dezvoltat tehnici eficiente de separare, precum schimbul de ioni , cristalizarea fracționată și „ extracția lichid-lichid la sfârșitul anilor cincizeci și începutul anilor șaizeci ai secolului XX ^[6] .

Producția globală 1950-2000

Din punct de vedere al distribuției mondiale, până în 1948 majoritatea pământurilor rare din lume provin din zăcăminte de nisip din India și Brazilia ^[7] . În anii 1950 , Africa de Sud a devenit principala sursă de pământuri rare ^[7] . Zăcăminte notabile au fost descoperite și în Mountain Pass , California ( SUA ), care între 1965 și 1985 au fost cele mai productive câmpuri din lume. După aproximativ 1985, China a devenit din ce în ce mai importantă, care produce astăzi peste 95% din oferta mondială de pământuri rare ^[5] .

Utilizarea pământurilor rare în tehnologia modernă a crescut semnificativ în ultimii ani. De exemplu, disproziul a căpătat o importanță semnificativă pentru utilizarea sa în construcția motoarelor de vehicule hibride ^[8] . Cu toate acestea, această cerere puternică a încurajat producția într-o asemenea măsură încât ar putea exista în curând riscul epuizării câmpurilor cunoscute ^[9] (de fapt, se așteaptă ca mulți ani cererea mondială de pământuri rare să depășească oferta de 40.000 tone în fiecare an), cu excepția cazului în care se descoperă surse noi ^[10] . Toate pământurile rare grele din lume (cum ar fi disproziul ) provin din zăcăminte chinezești precum Bayan Obo ^[11] . Exploatarea ilegală a pământurilor rare este comună în China rurală și se știe că eliberează deșeuri toxice în resursele de apă ^[12] .

Pentru a evita penuria și monopolul chinez, au fost căutate alte surse de pământuri rare, în special în Africa de Sud , Brazilia , Canada și Statele Unite ^[13] . O mină de pământ rar din California s-a redeschis în 2012 , în timp ce alte situri notabile sunt Lacul Thor canadian din Teritoriile de Nord-Vest și Quebec. Unele depozite găsite în Vietnam prezintă, de asemenea, un anumit interes ^[10] .

Distribuția geologică

Datorită contracției lantanide , itriul , care este trivalent, are dimensiuni ionice similare cu disproziul și elementele sale învecinate. Datorită scăderii treptate a dimensiunii ionice pe măsură ce crește numărul atomic , pământurile rare au fost întotdeauna greu de separat. Chiar și în eoni de timp geologic, separarea geochimică a lantanilor a fost limitată la o separare neclară între pământurile rare ușoare și grele. Acest bazin geochimic se reflectă în primele două pământuri rare care au fost descoperite, ytriu în 1794 și ceriu în 1803 . Minereul găsit inițial conținea un întreg amestec al celorlalte pământuri rare asociate.

Mineralele pământului rar constau în general dintr-un grup peste altul, în funcție de dimensiunea optimă pentru zăbrele structurale. Astfel, printre fosfații anhidri ai pământurilor rare, xenotima încorporează ytriu și pământuri rare grele, în timp ce monazitul încorporează preferențial ceriu și pământuri rare ușoare. Dimensiunea mai mică a pământurilor rare grele le conferă o solubilitate mai mare în mineralele care alcătuiesc rocile mantalei pământului , în timp ce acestea au o îmbogățire mai mică în scoarța terestră (comparativ cu pământurile rare ușoare). Acest lucru are consecințe economice: depozite minerale mari de pământuri rare ușoare sunt cunoscute și exploatate mult, în timp ce cele din pământurile rare grele tind să fie mai rare, mai mici și mai puțin concentrate.

Cea mai mare parte a sursei actuale de itriu provine din zăcăminte de argilă din sudul Chinei . Unele dintre aceste argile oferă concentrate care conțin aproximativ 65% oxid de itriu , pământurile rare grele prezente în rapoarte reflectând regula Oddo-Harkins : pământuri rare cu număr atomic par cu o abundență de aproximativ 5% fiecare, cele cu număr atomic impar cu un abundență de aproximativ 1% fiecare. Compoziții similare se găsesc în xenotime sau gadolinit .

Printre mineralele care conțin itriu și pământuri rare grele se numără gadolinitul, xenotima, samarskitul , euxenitul , fergusonitul , ittrotantalitul , ittrotungstitul , ittrofluoritul , talenitul , itritialitul . Cantități mici se găsesc și în zircon (care își datorează fluorescența galbenă tipică din unele pământuri rare grele) și în eudialit . Zăcămintele de uraniu din Ontario au produs ocazional ytriu ca produs secundar.

Dintre mineralele care conțin ceriu și pământuri rare lumina sunt bastnasite , monazitul , allanite , loparite , ancilite , parisite , lanthanite , chevkinite , celită , stillwellite , britholite , fluocerite- (Ce) și cerianite . De ani de zile monazitul (nisipurile marine din Brazilia , India sau Australia ; rocile din Africa de Sud ), bastnasitul (din Mountain Pass , California sau multe locații din China ) și loparitul ( Peninsula Kola , Rusia ) au fost principalele surse de ceriu și lumină rară pământuri.

Notă

Elemente conexe

• Lantanoizi
• Itriu
• Scandiu
• Metale ale blocului f
• Blocarea metalelor d

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe pământuri rare

linkuri externe

• ( EN ) Pământuri rare , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• ( RO ) Metalele rare ale pământului nu sunt atât de rare, dar valoroase , pe seekalpha.com .

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei