1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
1 | H | Hej | |||||||||||||||||
2 | Li | Być | b | VS | NIE | O | fa | Urodzony | |||||||||||
3 | nie dotyczy | Mg | Glin | tak | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K | To | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Lub | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |
5 | Rb | Sr | Tak | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | ty | ja | Xe | |
6 | Cs | Ba |
* |
Czytać | Hf | Twój | W | Re | Kość | Ir | Pt | W | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | W | Rn |
7 | Fr | Ra |
* * |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* |
La | To | Pr | Nd | Po południu | Sm | Miał | Bóg | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Mógłby | Jestem | Cm | Bk | cf | Jest | Fm | Md | Nie |
Te pierwiastki ziem rzadkich są grupy metali o podobnych właściwościach, takich jak skand 21 sc na itr 39 Y i piętnastu lantanowce .
Metale te są, wbrew temu, co sugeruje ich nazwa, dość rozpowszechnione w skorupie ziemskiej , podobnie jak niektóre pospolite metale. Zawartość ceru wynosi więc około 48 ppm , podczas gdy tulu i lutetu tylko 0,5 ppm . W postaci pierwiastków, pierwiastki ziem rzadkich mają metaliczny wygląd i są dość miękkie, plastyczne i ciągliwe . Pierwiastki te są chemicznie dość reaktywne, szczególnie w wysokich temperaturach lub przy drobnym rozdrobnieniu.
Ich właściwości elektromagnetyczne wynikają z ich konfiguracji elektronicznej z postępującym wypełnianiem podwarstwy 4f, która jest przyczyną zjawiska zwanego skurczem lantanowców .
Dopiero w latach czterdziestych XX wieku w ramach projektu Manhattan metale ziem rzadkich zostały oczyszczone na skalę przemysłową, a w latach siedemdziesiątych jeden z nich, itr , znalazł masowe zastosowanie w produkcji luminoforów z lamp elektronopromieniowych stosowanych w kolorze. telewizja . Z punktu widzenia gospodarki światowej pierwiastki ziem rzadkich są obecnie jednym z surowców strategicznych .
Poniższa tabela podaje liczbę atomową , symbol, nazwę, etymologię i zastosowania 17 pierwiastków ziem rzadkich.
Nazwa ziem rzadkich wywodzi się odpowiednio:
Z | Symbol | Nazwisko | Etymologia | Zastosowania |
---|---|---|---|---|
21 | Sc | Skand | od łacińskiego Scandia ( Skandynawia ). | Lekkie stopy aluminiowo-skandowe : lotnictwo wojskowe; dodatek (ScI 2 ) do lamp metalohalogenkowych ; 46 Sc: znacznik radioaktywny w rafineriach. |
39 | Tak | Itr | ze wsi Ytterby w Szwecji, gdzie odkryto pierwszy minerał ziem rzadkich. | Lasery: Granat itrowo-aluminiowy (YAG) domieszkowany lantanowcami (Nd, Ho, Er, Tm, Yb); wanadan YVO 4 domieszkowany Eu: czerwonymi luminoforami (TV), domieszkowany Nd: laserami, domieszkowany Ce 3+ : GaN LED; Kompaktowe żarówki fluorescencyjne; mieszany tlenek baru, miedzi i itru (YBCO): nadprzewodniki wysokotemperaturowe ; Cyrkon sześcienny stabilizowany itrem (YSZ): ogniotrwała ceramika przewodząca; granat żelazowy i itrowy (YIG): filtry mikrofalowe ; świece zapłonowe ; 90 Y: leczenie raka. |
57 | Lantan | od greckiego λανθάνειν „ukryty”. | Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe ; szkła o wysokim współczynniku załamania i niskiej dyspersji ; laser (YLaF); okulary fluorkowe; magazynowanie wodoru. | |
58 | To | Cer | planety karłowatej Ceres , nazwanej na cześć rzymskiej bogini rolnictwa. | Utleniający środek chemiczny ; proszek do polerowania szkła (CeO 2); żółty barwnik do szkła i ceramiki; przebarwienia szkła; katalizatory: samooczyszczające się wykładziny pieców, kraking węglowodorowy, rury wydechowe; YAG domieszkowany Ce: żółto-zielony luminofor do diod elektroluminescencyjnych ; Żarzące się rękawy . |
59 | Pr | Prazeodym | od greckiego πράσινος „bladozielony” i δίδυμος „bliźniak”. | Magnesy trwałe (spokrewnione z Nd); wzmacniacze światłowodowe ; barwniki do szkieł (zielony) i ceramiki (żółty); okulary spawalnicze (pokrewne Nd). |
60 | Nd | Neodym | od greckiego νεο- „nowy” i δίδυμος „bliźniak”. | Magnesy trwałe (turbiny wiatrowe; małe elektrownie wodne; samochody hybrydowe); lasery YAG ; fioletowy barwnik do szkła i ceramiki; kondensatory ceramiczne ; gogle spawacza (sprzymierzone do Pr). |
61 | Po południu | promet | z Titan Prometeusza , który przyniósł ogień śmiertelników. | Potencjalne zastosowania 147 µm: farby świecące, baterie jądrowe, źródło energii dla sondy kosmicznej. |
62 | Sm | Samar | Rosyjski inżynier górniczy Wasilij Samarski-Bychowiec. | Magnesy trwałe (SmCo 5 ); lasery rentgenowskie ; katalizatory; wychwytywanie neutronów ; masery ; 153 Sm: radioterapia . |
63 | Miał | Europ | z kontynentu europejskiego . | Fosfory czerwony (Eu 3+ ) i niebieski (Eu 2+ ): świetlówki kompaktowe , ekrany wzmacniające do promieni rentgenowskich, TV; lasery ; krypty: sondy biologiczne poprzez transfer energii między cząsteczkami fluorescencyjnymi ; pręty kontrolne (reaktory jądrowe). |
64 | Bóg | Gadolin | przez Johan Gadolin , odkrywcy itru w 1794 roku. | lasery ; wychwytywanie neutronów : reaktory jądrowe; środek kontrastowy w MRI ; zielone luminofory ; ekrany wzmacniające do zdjęć rentgenowskich; dodatek do stali. |
65 | Tb | Terb | ze wsi Ytterby w Szwecji. | Zielone luminofory : kompaktowe lampy fluorescencyjne , ekrany wzmacniające na promieniowanie rentgenowskie, TV; lasery ; kryptaty (patrz Eu); Terfenol-D ( Tb 0,3 Dy 0,7 Fe 1,9 ): magnetostrykcja , przetworniki . |
66 | Dy | Dysproz | od greckiego δυσπρόσιτος „trudne do zdobycia”. | Magnesy trwałe ; lampy metalohalogenkowe ; dyski twarde ; lasery ; Terfenol-D (patrz Tb). |
67 | Ho | Holmium | od łacińskiego Holmia (zlatynizowana forma Sztokholmu ). | lasery chirurgiczne na podczerwień ; różowy barwnik do okularów; wzorzec kalibracyjny w spektrofotometrii ; Magnesy trwałe . |
68 | Er | Erb | ze wsi Ytterby (Szwecja). | Lasery na podczerwień (stomatologia); wzmacniacze światłowodowe ; różowy barwnik do szkła i ceramiki. |
69 | Tm | Tul | z mitologicznej krainy północy, Thule . | Niebieskie luminofory do ekranów wzmacniających promieniowanie rentgenowskie; nadprzewodniki wysokotemperaturowe; podczerwone lasery YAG ; 170 Tm: brachyterapia , radiografia przenośna . |
70 | Yb | Iterb | ze wsi Ytterby (Szwecja). | lasery bliskiej podczerwieni ; zegar atomowy ; stal nierdzewna ; 169 Yb: radiografia przenośna . |
71 | Czytać | Lutet | de Lutèce (stara nazwa Paryża ). | Detektory pozytonowej tomografii emisyjnej ; tantalować LuTaO 4 wiele luminoforów dla elektronów i promieni rentgenowskich. |
Metale nieoddzielone od metali ziem rzadkich lub miszmetale mają dodatkowe zastosowania:
Odkrycia ziem rzadkich. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schematy odkryć ziem rzadkich. Daty w nawiasach to daty zapowiedzi odkryć. Gałęzie reprezentują oddzielenie elementów od starego (jeden z nowych elementów zachowuje nazwę starego, z wyjątkiem didyma). |
Przygoda rozpoczęła się w 1787 roku, kiedy szwedzki mineralog-amator, porucznik artylerii w jego stanie, Carl Axel Arrhenius , odwiedził skaleń kariery w Ytterby i odkrył czarny minerał, który nazwał „ytterbitem” : następnie zidentyfikowano nowy tlenek, który przyjmie nazwę itria i itr dla odpowiadającego mu pierwiastka . W 1803 r. cer został niezależnie zidentyfikowany w Niemczech przez Martina Heinricha Klaprotha, aw Szwecji przez Jönsa Jacoba Berzeliusa i Wilhelma Hisingera .
Ich nazwa ziem rzadkich pochodzi z faktu, że zostały one odkryte w końcu XVIII e wieku i na początku XIX e wieku w rudach (skąd nazwa „ziem”, używane w czasie po francusku, język handlu międzynarodowego, dla tlenków ognioodpornych) niespotykane w tamtych czasach, a eksploatację komercyjną komplikował fakt, że rudy te były rozproszone, a ziemie trudne do oddzielenia od siebie: „ziemia ziem rzadkich” oznaczało zatem „minerały rzadkie”. Jednak ze względu na swoje właściwości geochemiczne są one bardzo nierównomiernie rozmieszczone na powierzchni Ziemi , najczęściej poniżej stężeń, które czynią ich wydobycie opłacalnym ekonomicznie.
Ponieważ pierwiastki ziem rzadkich mają bardzo podobne właściwości chemiczne, występują w tej samej rudzie i trudno je rozdzielić. Technikami rozdziału przez krystalizację frakcyjną są tworzone przez Paul Émile Lecoq de Boisbaudran lub Georges Urbain początku XIX p wieku. Chemia pierwiastków ziem rzadkich jest od tego czasu francuską tradycją: na poziomie badań Urbain założył w latach 30. XX wieku w École nationale supérieure de chimie de chimie laboratorium ziem rzadkich, przejęte przez dwóch jego byłych uczniów, Paula Joba i Félixa Trombe. , następnie drugie laboratorium w Wyższej Szkole Fizyki Przemysłowej i Chemii miasta Paryża , przejętej i kierowanej przez jednego z jego uczniów, Georgesa Champetiera ; Na poziomie przemysłowym zakład La Rochelle grupy Rhodia był największym zakładem separacji metali ziem rzadkich.
Firma Rare Earth Chemicals Company została założona w 1919 roku przez Georgesa Urbaina przy finansowym wsparciu grupy Worms; zakłada zakład przetwórstwa monazytu w Serquigny . Fabryka ta została zniszczona przez bombardowania podczas II wojny światowej. W 1948 roku Société des Terre Rare założyło zakład w La Rochelle, który następnie stał się fabryką Rhodia-Terres Rare. Firma ziem rzadkich produkuje azotan toru w latach 1910-1950 . W ramach operacji Alsos ekipy Samuela Goudsmita przeszukały pomieszczenia Société des Terres Rares w Paryżu, gdzie znalazły dokumenty potwierdzające przewóz toru do Niemiec. Od lat 70. metale ziem rzadkich są powszechnie stosowane w przemyśle.
Dwa minerały stanowią większość światowych zasobów ziem rzadkich:
Następujące minerały czasami zawierają wystarczającą ilość jako drobne pierwiastki lub w towarzyszących rudach:
Od dawna używane w lżejszych kamieniach (prace Carla Auera von Welsbacha dotyczące stopu ziem rzadkich, miszmetalu ), pierwiastki ziem rzadkich są trudne do wydobycia i muszą czekać, aż projekt Manhattan zostanie wyprodukowany w dużych ilościach, kanadyjski chemik Frank Spedding (en) opracowuje separację techniki wymiany jonowej na żywicach, które umożliwiają otrzymanie pierwiastków ziem rzadkich w stanie czystym.
Ze względu na ich wielorakie zastosowania, często w dziedzinach zaawansowanych technologii o wymiarze strategicznym, metale ziem rzadkich są przedmiotem ograniczonej komunikacji państw, tak że statystyki makroekonomiczne na ich temat pozostają bardzo niekompletne. Światowe rezerwy tlenków ziem rzadkich zostały oszacowane przez Amerykański Instytut Badań Geologicznych ( Stany Zjednoczone ) na 120 mln ton na koniec 2018 roku, z czego 37% posiadały Chiny , wyprzedzając Brazylię (18%), Wietnam (18%), Rosja (10%), Indie (6%), Australia (2,8%), Stany Zjednoczone (1,2%) itd. . Chiny szacują, że posiadają tylko 30% światowych rezerw pierwiastków ziem rzadkich, chociaż zaspokajają 90% potrzeb przemysłu i poszukują technik recyklingu tych pierwiastków ziem rzadkich w odpadach elektronicznych. Światowa produkcja tlenków metali ziem rzadkich w Chinach wyniosła około 120 000 t w 2018 r. ze światowej produkcji 170 000 t , czyli ponad 70% całkowitej światowej produkcji; drugi producent z Australii , nie wydobył 20 000 t (12%), Stany Zjednoczone 15 000 t (9 %), Birma 5000 t (3 %), Rosja 2600 t (1 , 5%) itd. .
Według dziennika Liberté-Algérie, Algieria zawiera w swoich piwnicach 20% światowych zasobów ziem rzadkich.
Potencjalna rezerwaZasoby ziem rzadkich są trudne do oszacowania. Wlipiec 2011, japońscy naukowcy ogłosili, że znaleźli nowe rezerwy pierwiastków ziem rzadkich w międzynarodowych wodach Pacyfiku (1850 km na południowy wschód od Tokio), co może zwiększyć obecny poziom rezerw do około 100 miliardów ton, rozłożonych na 78 miejscach na głębokości 3500 do 6000 metrów . Chociaż odkrycie to jest interesujące, biorąc pod uwagę rosnące zapotrzebowanie na te materiały, wydobycie stwarza poważne problemy środowiskowe i może rozpocząć się dopiero około 2023 roku .
W czerwcu 2012 roku pierwsza ekspedycja badała dno morskie wyspy Minamitori , kierowana przez JAMSTEC (en) .
W styczniu 2013 odbyła się druga wyprawa. WMarzec 2013, naukowcy ogłaszają, że próbki błotnego osadu pobrane z głębokości 5800 metrów wykazują stężenie pierwiastków ziem rzadkich dwadzieścia do trzydziestu razy wyższe niż w chińskich kopalniach.
W kwietniu 2018 roku , w czasopiśmie Nature , szacują, że złoża te stanowią ponad 2500 km 2 około 16 milionów ton metali ziem rzadkich, na głębokości ponad 5000 metrów; powyżej 2499 km 2 dno zawierałoby ponad 16 milionów ton tlenków metali ziem rzadkich, czyli 780 lat światowych dostaw itru , 620 lat dla europu , 420 lat dla terbu i 730 lat dla dysprozu według publikacjikwiecień 2018w czasopiśmie Scientific Reports .
Do 1948 r. większość źródeł pierwiastków ziem rzadkich pochodziła ze złóż piasku w Indiach i Brazylii . W latach 50. RPA stała się głównym producentem po odkryciu ogromnych żył metali ziem rzadkich (w postaci monazytu) w Steenkampskraal.
Ze względu na środowiskowe konsekwencje wydobycia i rafinacji pierwiastków ziem rzadkich większość operacji została zamknięta, zwłaszcza w krajach rozwiniętych.
Według US Geological Survey, ze 170 000 ton wyprodukowanych w 2018 roku, 70,6% (120 000 ton) zostało wyprodukowanych przez Chiny. Pozostali producenci - Australia (20 000 ton) i Stany Zjednoczone (15 000 ton - są daleko w tyle. Chiny mają 37% światowych rezerw.
Aby ustanowić kontrolę nad tymi strategicznymi minerałami, Pekin wdraża długoterminową politykę przemysłową i pracuje nad wstrząsnięciem wielkiej globalnej gry geopolitycznej.
Od początku 2000 roku, indyjskie i brazylijskie kopalnie nadal produkowały niektóre koncentraty ziem rzadkich, ale przewyższa je produkcja chińska, która na początku 2010 roku zapewniała 95% dostaw ziem rzadkich. Stany Zjednoczone i Australia posiadają duże rezerwy (odpowiednio 15% i 5%), ale zaprzestały ich wydobycia ze względu na bardzo konkurencyjne ceny z Chin i obawy o środowisko.
Ta przewaga niepokoi kraje zachodnie, które dążą do dywersyfikacji dostaw, zwłaszcza że Chiny ogłosiły 1 st wrzesień 2009od 2010 r. chcą zredukować swoje kwoty eksportowe do 35 tys. ton rocznie (z produkcji 110 tys. ton). Uzasadnieniem tej decyzji jest chęć zachowania ograniczonych zasobów i środowiska. Rzeczywiście, chińskie Ministerstwo Handlu potwierdziło niedawno, że krajowe rezerwy ziem rzadkich spadły o 37% w latach 1996-2003. Jednak środki te mają głównie na celu zaspokojenie popytu wewnętrznego, przy silnym wzroście. W latach 2006-2010 Chiny zmniejszyły swoje kwoty eksportowe z 5% do 10% rocznie, a produkcję ograniczono z obawy, że ich rezerwy wyczerpią się w ciągu piętnastu lat.
Cały szereg metali ziem rzadkich jest wydobywany przez Chiny głównie w Mongolii Wewnętrznej, takich jak złoże Bayan Obo w okręgu górniczym Baiyun . Ziemie rzadkie znajdują się również na płaskowyżu tybetańskim . Nielegalne kopalnie są szeroko rozpowszechnione na chińskiej wsi i często związane z zanieczyszczeniem okolicznych wód. Chiny ogłaszają, że zmniejszą eksport i produkcję pierwiastków ziem rzadkich o 10% w 2011 r. z powodu „kwestii środowiskowych”. Po skardze złożonej przez Unię Europejską, Stany Zjednoczone i Meksyk pod koniec 2009 r. WTO potępia7 lipca 2011 Chiny zniosą kontyngenty na pierwiastki ziem rzadkich.
Wpływ wydobycia pierwiastków ziem rzadkich na środowisko ma poważne konsekwencje społeczne w Chinach, a rząd stara się uczynić swój monopol bardziej opłacalnym, aby zrównoważyć negatywne skutki i wdrożyć kosztowne procesy w celu zmniejszenia wpływu na środowisko. Pekin wprowadził surowe kontyngenty od 2005 r. i zmniejszył eksport o 5 do 10% rocznie. Oficjalnie w Chinach korzyści finansowe związane z eksploatacją pierwiastków ziem rzadkich nie pokrywają kosztów katastrofy ekologicznej: „Uderzające jest to, że liczba ta znacznie przekroczyła zyski z wydobycia pierwiastków ziem rzadkich. Na koniec 2011 roku 51 przedsiębiorstw w sektorze prowincji Jiangxi osiągnęło zysk w wysokości 6,4 miliarda juanów , zajmując pierwsze miejsce w sektorze krajowym. Zysk wynika jednak z czterokrotnego wzrostu ceny sprzedaży ich produktów w ostatnich latach. Zgodnie z rocznymi raportami sektora metali ziem rzadkich, trzynaście spółek giełdowych z tego sektora, w tym huta Baotou, odnotowało łączny zysk w wysokości 6,075 miliarda juanów w 2011 roku, co stanowi ponad dwukrotność zysku za rok 2010. (2,438 miliarda yuan). Pozostaje to jednak nieporównywalne z kosztami niezbędnymi do pokrycia kosztów oczyszczania sektorowych zanieczyszczeń” .
13 marca 2012 r., Stany Zjednoczone, Unia Europejska i Japonia złożyły skargę do Światowej Organizacji Handlu (WTO) w sprawie ograniczeń nałożonych przez Chiny na eksport 17 metali ziem rzadkich.
Chiny zakończyły swoje kontyngenty eksportowe na pierwiastki ziem rzadkich na początku 2015 roku; kontyngenty te zostaną zastąpione systemem licencji, które będą niezbędne chińskim producentom do sprzedaży za granicę. Chińskie władze powiedziały również, żemarzec 2014, według Reutersa , kraj nie chciał już ponosić kosztów ekologicznych związanych z wysoce zanieczyszczającą produkcją ogromnej większości metali ziem rzadkich na świecie.
W Maj 2019, w środku eskalacji chińsko-amerykańskiego konfliktu handlowego Chiny grożą odcięciem amerykańskich dostaw pierwiastków ziem rzadkich, kluczowego zasobu dla wielu gałęzi przemysłu: magnesów, telewizorów, baterii do telefonów komórkowych i pojazdów elektrycznych, niskiego zużycia żarówek , katalizatory , turbiny wiatrowe itp. Chiny kontrolują 90% światowej produkcji i odpowiadają za 80% importu do Stanów Zjednoczonych; nie tylko sam dostarcza ponad 70% światowej produkcji ziem rzadkich, ale konsorcjum kierowane przez chińską grupę Shenghe w 2017 roku zdobyło kopalnię Mountain Pass , jedyne duże amerykańskie złoże ziem rzadkich, po bankructwie Amerykański operator Molycorp.
Kopalnia Mountain Pass na kalifornijskiej pustyni została ponownie otwarta w 2017 roku, kiedy MP Materials kupiło teren przy wsparciu funduszy inwestycyjnych i pewnej pomocy rządu USA. Stężenie pierwiastków ziem rzadkich jest tam wyjątkowo wysokie: od 7 do 8%, podczas gdy w Chinach nie przekracza 2%. Ziemie te zawierają w szczególności neodym i prazeodym , niezbędne do produkcji baterii elektrycznych. W 2020 roku kopalnia wyprodukowała 38 500 ton, co stanowi ponad 15% światowej produkcji. MP Materials wkracza w drugi etap rozwoju: separację metali, prowadzoną obecnie w Chinach, w przemieszczenie których zainwestuje 200 mln dolarów; trzecim etapem, od 2025 roku, będzie produkcja magnesów. Shenghe, chińska firma częściowo kontrolowana przez państwo, posiada niecałe 10% kapitału.
Wzrost cen metali ziem rzadkich w 2011 r. (np. cena dysprozu została pomnożona sześciokrotnie, a terbu – dziewięciokrotnie) oraz chiński quasi-monopol skłoniły kilka krajów do wznowienia prac poszukiwawczych. W 2011 roku na planecie zidentyfikowano ponad 312 projektów eksploracji złóż metali ziem rzadkich, obejmujących ponad 202 firmy o bardzo różnej wielkości w co najmniej 34 krajach. Rozważane jest ponowne otwarcie kopalni w RPA. Oceniane są również niektóre złoża kanadyjskie (Jezioro Hoidas), wietnamskie , australijskie i rosyjskie . W 2013 roku australijska firma Lynas otworzyła kopalnię w Malezji , największą ziem rzadkich poza Chinami. Kopalnia w Kalifornii Mountain Pass została ponownie otwarta po dziesięciu latach zamknięcia i po inwestycjach w wysokości 1,25 miliarda dolarów. Docelowo te dwa zakłady powinny stanowić 25% światowej produkcji. Ten wzrost cen skłonił również kraje konsumenckie do wdrożenia lepszego recyklingu wytworzonych produktów. Dlatego Japonia w dużym stopniu polega na odzyskiwaniu pierwiastków ziem rzadkich, aby napędzać swój krajowy przemysł. We Francji firma Solvay otworzyła w 2012 r. niedaleko Lyonu jednostkę do odzyskiwania sześciu pierwiastków ziem rzadkich zawartych w zużytych żarówkach o niskim zużyciu energii. Producenci starali się również zmniejszyć ilość pierwiastków ziem rzadkich niezbędnych do ich produkcji. Na przykład w magnesach do silników swoich pojazdów elektrycznych Nissan zredukował wymaganą ilość dysprozu o 40%.
W 2012 roku Chiny wyeksportowały zatem tylko 12 000 ton pierwiastków ziem rzadkich w porównaniu z 70 000 ton w 2003 roku.
Na początku 2015 r. poza Chinami eksploatowano tylko dwa złoża, jedno w Australii Zachodniej w Mount Weld, drugie w Mountain Pass w Kalifornii. W trakcie realizacji jest około pięćdziesięciu projektów, z których połowa jest w zaawansowanym stadium, w szczególności w Kanadzie, Australii, Stanach Zjednoczonych i Grenlandii (w Kvanefjeld ). Według Bloomberga do 2020 roku około 20 firm będzie mogło a priori produkować pierwiastki ziem rzadkich poza Chinami, a koszty ich rozwoju wyniosą około 12 miliardów dolarów , podczas gdy cały rynek tlenków pierwiastków ziem rzadkich w 2014 roku wyceniono na 3,8 miliarda dolarów. Projekt Norry Kärr w Szwecji, jeden z nielicznych w Europie, jest niecierpliwie wyczekiwany przez rynek europejski, ponieważ może wyprodukować pewną ilość dysprozu , rzadkiej ziemi, która staje się coraz trudniejsza do zdobycia dla producentów, którzy starają się ograniczyć jego użycie; jest używany do produkcji magnesów trwałych stosowanych np. w turbinach wiatrowych; występuje również w reaktorach jądrowych. China Minmetals , jeden z trzech chińskich gigantów ziem rzadkich, powiedział wpaździernik 2014Według South China Morning Post udział tego kraju w rynku może spaść do 65%.
Wydobywanie i rafinacja pierwiastków ziem rzadkich prowadzi do uwolnienia wielu toksycznych pierwiastków: metali ciężkich , kwasu siarkowego oraz pierwiastków promieniotwórczych ( uran i tor ). „Musisz wstrzyknąć do gleby siedem lub osiem ton siarczanu amonu, aby wydobyć tonę tlenku, te toksyczne ciecze będą przebywać przez długi czas, a konsekwencje byłyby przerażające, gdyby wody gruntowe były zanieczyszczone” – powiedział wiceminister . Chiński przemysł i technologia informacyjna Su Bo. W Baotou , największego zakładu produkcyjnego w Chinach, toksyczne ścieki są przechowywane w sztucznym jeziorze 10 km 3 , przepełnienia których są odprowadzane do Żółtej Rzeki .
Do tego zanieczyszczenia dodaje się radioaktywność. Mierzone w wioskach Mongolii Wewnętrznej w pobliżu Baotou, jest tam 32 razy normalne (w Czarnobylu jest 14 razy normalne). Prace przeprowadzone w 2006 r. przez władze lokalne wykazały, że poziom toru w glebie w Dalahai był 36 razy wyższy niż w innych miejscach Baotou.
W rezultacie zwierzęta gospodarskie wokół miejsc wydobycia umierają, plony zawodzą, a ludność cierpi na raka. Według mapy „wiosek rakowych” w Chinach śmiertelność z powodu raka wynosi 70%. Są to nowotwory trzustki , płuc i białaczki . Sześćdziesięciu sześciu mieszkańców wioski Dalahai zmarło na raka w latach 1993-2005.
Zanieczyszczenie to zostało ujawnione w 2011 roku w raporcie Jamiego Choi, ówczesnego szefa Greenpeace China.
Ekotoksykologiczne i toksykologiczne skutki rozpuszczalnych form pierwiastków ziem rzadkich zostały stosunkowo słabo zbadane, ale zgodnie z dostępnymi danymi:
Wiele z tych pierwiastków posiada unikalne właściwości, które czynią je przydatnymi w wielu zastosowaniach: optycznym (barwienie szkła i ceramiki, telewizja kolorowa, oświetlenie fluorescencyjne, radiografia medyczna), chemicznym i strukturalnym (kraking naftowy, katalizatory), mechanicznym (ich twardość związana z reakcja chemiczna ułatwia polerowanie szkła w zaawansowanej optyce), magnetyczne [wyjątkowe właściwości pozwalające im, w stopie z innymi metalami, na miniaturyzację wysokowydajnych magnesów, stosowanych w niektórych morskich turbinach wiatrowych , telefonii (w szczególności telefonów komórkowych ), AGD ]; i zastosowanie metali ziem rzadkich wzrosła od końca XX XX wieku. Od lat 70. ich zastosowanie jest szeroko rozpowszechnione w przemyśle, aż stało się niezbędne w niektórych dziedzinach.
Ponadto metale ziem rzadkich są wykorzystywane do zielonego wzrostu w ekonomii.
W 2012 roku chińskie kontyngenty na eksport pierwiastków ziem rzadkich zagrażają dostawom przemysłu high-tech w Europie czy Ameryce (kwoty wypowiedziane przed WTO, która musi orzekać w tej sprawie). Firmy prezentujące się jako pochodzące z branży (eko) technologii potrzebujących skandu, itru i lantanowców zachęcały producentów do otwierania jednostek recyklingu , w tym we Francji z firmą Récylum w celu odzysku w kompaktowych lampach fluorescencyjnych po zużyciu , w szczególności w przypadku lantan, cer, a zwłaszcza itr, europ, terb i gadolin, które są obecnie cenne. W tym celu Rhodia otworzyła jednostkę odzysku proszku do lamp białych w Saint-Fons oraz jednostkę odzysku/przetwarzania w La Rochelle . Obie zakłady zostały zamknięte pod koniec 2016 r. z powodu braku rentowności. Klaster konkurencyjności TEAM2 z siedzibą w Pas-de-Calais specjalizuje się w recyklingu tych pierwiastków ziem rzadkich.
Recykling metali ziem rzadkich (bardzo złożony w przypadku stopów ) ma koszt większy niż ich wartość w 2018 roku. Cena odzyskiwanych metali rzadkich mogłaby być konkurencyjna, gdyby same ceny surowców były wysokie, ale od końca 2014 r. są niskie.
Ogólnie rzecz biorąc, recykling metali ziem rzadkich jest nadal słabo rozwinięty ze względu na kilka czynników, w tym niewielką ilość obecną w obiektach, ich zanieczyszczenie w niektórych przypadkach, procesy recyklingu, które są zbyt drogie w porównaniu z zakupem metali ziem rzadkich wydobywanych z ziemi. Poprawa ich recyklingu może pomóc w rozwiązaniu problemów gospodarczych, środowiskowych i geopolitycznych związanych z ich wydobyciem i użytkowaniem.
Wzrost sprzedaży pojazdów elektrycznych wzmocniłby zainteresowanie niektórymi pierwiastkami ziem rzadkich: komponentem akumulatorów typu NiMH (lantan) oraz produkcją magnesów kompaktowych do tzw. „ bezszczotkowych ” synchronicznych silników elektrycznych ( neodym , dysproz, samar).
Jednak dwa typy najnowszych samochodów elektrycznych ( Renault Zoe , Tesla ) wykorzystują akumulatory typu Li-ion i „cewki wzbudzające”, a nie magnesy trwałe, dzięki czemu nie wymagają więcej metali ziem rzadkich niż inne pojazdy (w przypadku silników elektrycznych lusterek, szyb regulatory, siedzenia itp . ). Ale te silniki są większe i cięższe niż silniki z magnesami zawierającymi metale ziem rzadkich, takie jak te w pojazdach Toyoty, Nissana, Mitsubishi, General Motors, PSA i BMW.
Budowa katalizatora wymaga użycia tlenku ceru , a także rzadkich metali z grupy platynoidów : oprócz samej platyny , palladu i rodu .
W projekcie ograniczenia zużycia energii elektrycznej na oświetlenie rynek lamp diodowych stale się rozwija, a lampy te wykorzystują pierwiastki ziem rzadkich.
Tlenek itru Y 2 O 3 stosuje się stopy metali w celu zwiększenia ich odporności na korozję w wysokiej temperaturze .
Tlenki i siarczki ziem rzadkich są również stosowane jako pigmenty , w szczególności do czerwieni (w celu zastąpienia siarczku kadmu) oraz ze względu na ich właściwości fluorescencyjne , w szczególności w lampach wyładowczych ( neonowych , świetlówkach kompaktowych ), „smugach” kempingowych lamp gazowych, jak fotofory w ekranach katodowych , a ostatnio jako domieszka w różnego rodzaju laserach .
Jednak duża część produkcji pierwiastków ziem rzadkich jest wykorzystywana jako mieszanina.
Mieszanina metali ziem rzadkich zwana miszmetalem jest na ogół bogata w ziemie cerowe. Ze względu na ten wysoki udział ceru , jest on włączany do stopów dla lżejszych krzemieni. Jest również stosowany jako katalizator do wychwytywania wodoru (zbiornik).
Użytkownicy biznesowi są zagrożeni. Zobacz broszurę INRS na ten temat: INRS ND 1881 .
Biorąc pod uwagę, pierwiastek ziem rzadkich konfiguracji elektronowej z warstwy wewnętrznej z atomem symbolizowany jest przez to w isoelectronic gazu szlachetnego :
Pierwiastek chemiczny | Konfiguracja | Pierwiastek chemiczny | Konfiguracja | Pierwiastek chemiczny | Konfiguracja | |||
21 Sc | Skand | Ar 4s 2 3d 1 | 61 po południu | promet | Xe 6s 2 4f 5 | 67 Ho | Holmium | Xe 6s 2 4f 11 |
39 Y | Itr | 5s 2 4d 1 | 62 Sm | Samar | Xe 6s 2 4f 6 | 68 Er | Erb | Xe 6s 2 4f 12 |
57 | Lantan | Xe 6s 2 5d 1 | 63 Eu | Europ | Xe 6s 2 4f 7 | 69 Tm | Tul | Xe 6s 2 4f 13 |
58 To | Cer | Xe 6s 2 4f 1 5d 1 | 64 Gd | Gadolin | Xe 6s 2 4f 7 5d 1 | 70 Yb | Iterb | Xe 6s 2 4f 14 |
59 Pr | Prazeodym | Xe 6s 2 4f 3 | 65 Tb | Terb | Xe 6s 2 4f 9 | 71 Czytaj | Lutet | Xe 6s 2 4f 14 5d 1 |
60 tys | Neodym | Xe 6s 2 4f 4 | 66 Dy | Dysproz | Xe 6s 2 4f 10 |
Gdyby przestrzegano zasady Klechkowskiego, wszystkie lantanowce miałyby konfigurację elektronową Xe 6s 2 4f n z 1 ≤ n ≤ 14, ponieważ warstwa spodnia 4f jest pełna 14 elektronami, gdzie 14 pierwiastków.
Aby dać jony, metale przejściowe tracą w pierwszej kolejności elektrony walencyjne, aw razie potrzeby elektrony d. W ten sposób skand i itr tracą swoje trzy zewnętrzne elektrony, tworząc jony Sc 3+ = Ar i Y 3+ = Kr. Podobnie najbardziej stabilnym jonem lantanowca Ln jest Ln 3+ = Xe 6s 2 4f n -1 , gdzie n jest liczba elektronów 4f w atomie (+1 elektron 5d dla La, Ce i Gd). Niektóre lantanowce dają również jony o ładunku +4 lub +2, mniej stabilne w wodzie niż Ln 3+ :
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Hej | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Być | b | VS | NIE | O | fa | Urodzony | |||||||||||||||||||||||||
3 | nie dotyczy | Mg | Glin | tak | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K | To | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Współ | Lub | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Tak | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Płyta CD | W | Sn | Sb | ty | ja | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Ba | To | Pr | Nd | Po południu | Sm | Miał | Bóg | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Czytać | Hf | Twój | W | Re | Kość | Ir | Pt | W | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | W | Rn | ||
7 | Fr | Ra | Ac | Cz | Rocznie | U | Np | Mógłby | Jestem | Cm | Bk | cf | Jest | Fm | Md | Nie | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
Metale alkaliczne |
Ziemia alkaliczna |
Lantanowce |
Metale przejściowe |
Słabe metale |
metalem loids |
Długoterminowe metale |
geny halo |
Gazy szlachetne |
Przedmioty niesklasyfikowane |
aktynowce | |||||||||
Superaktynowce |