In un mondo sempre più dipendente dalla tecnologia, gli elementi conosciuti come terre rare Sono emersi come minerali cruciali, il nuovo “oro” del 21° secolo, e sono stati fonte di conflitto tra paesi, e continueranno a esserlo. Questi elementi, nonostante il loro nome, sono vitali e qui puoi scoprire perché sono così importanti e cosa sono questi elementi REE (Elementi delle Terre Rare).
¿Che cosa sono le terre rare?
Le terre rare, in inglese REE (Rare-Earth Elements), Sono un insieme di minerali tra i quali 15 elementi sono abbondanti nella tavola periodica, conosciuta come serie dei lantanidi. Questi elementi sono fondamentali per le tecnologie che mirano a ridurre le emissioni, il consumo di energia e a migliorare l’efficienza, le prestazioni, la velocità, la durata e la stabilità termica. Sono anche una componente chiave nelle tecnologie che cercano di rendere i prodotti più leggeri e più piccoli. Pertanto, la base della tecnologia attuale, da qui la sua importanza.
Questo li rende indispensabile e insostituibile in molte applicazioni elettriche, ottiche, magnetiche e catalitiche, e poiché non sono abbondanti, ciò ha portato a conflitti, guerre e tensioni tra paesi, come vedremo più avanti. Ebbene, sebbene gli elementi delle terre rare siano relativamente abbondanti nella crosta terrestre, a causa delle loro proprietà geochimiche, di solito sono ampiamente dispersi. Ciò significa che spesso non si trovano in concentrazioni tali da renderli utilizzabili per l’attività mineraria. È proprio questa scarsità che le ha portate a essere chiamate terre rare.
Tra i 17 elementi del REE sono:
- Scandio (Sc)
- Ittrio (Y)
- Lantanio (Il)
- Cerio (Ce)
- Praseodimio (Pr)
- Neodimio (Nd)
- Promezio (Pm)
- Samario (Sm)
- Europio (Ue)
- Gadolinio (Gd)
- Terbio (Tb)
- Disprosio (Dy)
- Olmio (Ho)
- Erbio (Er)
- Tulio
- Itterbio (Yb)
- Lutezio (Lu)
Proprietà delle terre rare
Per quanto riguarda le proprietà Tra le terre rare, o meglio i loro elementi, vale la pena evidenziare:
- proprietà magnetiche: Neodimio, disprosio e samario sono apprezzati per le loro proprietà magnetiche. Possono immagazzinare grandi quantità di energia magnetica, rendendoli utili nelle turbine eoliche, nei motori elettrici, nei sistemi di guida, negli altoparlanti e nei dischi rigidi, ecc.
- Proprietà luminescenti: Europio, ittrio, erbio e neodimio hanno proprietà luminescenti, nel senso che emettono luce quando stimolati da radiazioni elettromagnetiche. Sono utilizzati in sorgenti luminose efficienti, display, amplificazione del segnale in linee in fibra ottica e laser.
- proprietà elettriche: Cerio, lantanio, neodimio e praseodimio sono utilizzati nelle batterie al nichel-metallo idruro (NiMH) a causa delle loro proprietà elettriche. Forniscono alla batteria una maggiore densità di energia e una migliore capacità di ritenzione dopo numerosi cicli di scarica-ricarica.
- Proprietà catalitiche: Cerio e lantanio sono usati come catalizzatori per reazioni chimiche a causa della loro struttura elettronica. Sono più abbondanti e più economici di altre terre rare, rendendole la scelta principale per le applicazioni catalitiche.
Storia
Tuttavia, le terre rare sono presenti sin dalla formazione della Terra Furono scoperti solo nel XVIII secolo dal tenente dell'esercito svedese Carl Axel Arrhenius.. E l'isolamento degli elementi di queste terre è ancora più recente, alcuni arriverebbero solo nel XX secolo.
Durante i 160 anni della scoperta (1787-1947), il La separazione e la purificazione degli elementi delle terre rare è stato un processo lungo e difficile. Molti scienziati hanno dedicato tutta la loro vita ad ottenere questi elementi puri. Infine, poiché si scoprì che gli elementi delle terre rare erano prodotti della fissione di un atomo di uranio, la Commissione per l'energia atomica degli Stati Uniti si impegnò molto nello sviluppo di nuovi metodi di separazione. Nel 1947 furono pubblicati risultati che dimostravano che i processi di scambio ionico offrivano un modo migliore per separare gli elementi delle terre rare per produrre gli elementi utilizzati.
Gli elementi delle terre rare, ad eccezione dello scandio, sono più pesanti del ferro e sono prodotti da nucleosintesi delle supernovae o mediante il processo s nelle stelle del ramo asintotico gigante. In natura, la fissione spontanea dell'uranio-238 produce piccole quantità di promezio radioattivo, ma la maggior parte del promezio viene prodotta sinteticamente nei reattori nucleari.
Riserve mondiali di terre rare
Le riserve più importanti di terre rare Nel mondo si trovano nei seguenti paesi:
- Cina: Ha le riserve più grandi del mondo, con circa 44 milioni di tonnellate. Inoltre, è il più grande produttore di terre rare.
- Vietnam: Ospita enormi riserve di terre rare, soprattutto lungo il confine nordoccidentale con la Cina e lungo la costa orientale, per 22 milioni di tonnellate.
- Brasile e Russia: Entrambi i paesi hanno riserve di 21 milioni di tonnellate.
- India: ha riserve di 6,9 milioni di tonnellate.
- Australia: ha riserve di 4,2 milioni di tonnellate.
- Stati Uniti: Le sue riserve ammontano a 2,3 milioni di tonnellate.
- Groenlandia: Si calcola intorno a 1,5MT.
È importante ricordare che, sebbene alcuni paesi dispongano di grandi riserve, la loro produzione potrebbe essere bassa per vari motivi...
E l'Europa?
In Europa le riserve di terre rare sono scarse, e si trovano principalmente nei seguenti luoghi:
- Svezia: Si ritiene che abbia la più grande riserva di terre rare d'Europa. La compagnia mineraria statale svedese LKAB ha identificato un giacimento vicino alla città di Kiruna, nel nord del paese, che contiene più di un milione di tonnellate di terre rare.
- Finlandia e Portogallo: in questi paesi sono stati individuati anche siti di sfruttamento.
Per quanto riguarda la Spagna, è nota l'esistenza di riserve di terre rare, sebbene non siano state studiate a fondo. Spiccano ad esempio Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), e ultimamente si parla molto dei fondali marini rispetto a quelli delle Isole Canarie. Alcuni di questi luoghi non sono ancora stati sfruttati e non si conoscono le riserve esistenti: nel caso della riserva galiziana, il suo sfruttamento è stato rifiutato per ragioni ambientali, e nel caso delle Isole Canarie, il Marocco mantiene tensioni per prenderne il controllo. questi sfruttamenti....
Elaborazione e separazione
Le terre rare si ottengono principalmente attraverso miniere industriali a cielo aperto., in alcuni casi la produzione di terre rare avviene come sottoprodotto dell'estrazione del ferro. I minerali contenenti terre rare si presentano come ossidi, quindi devono essere lavorati per ottenere gli elementi:
- L'estrazione delle terre rare avviene in miniere a cielo aperto, utilizzando detonazioni e macchinari pesanti.
- Dopo l'estrazione, il minerale viene frantumato o macinato per una corretta lavorazione.
- Per separare il minerale in ossidi è possibile utilizzare metodi di lisciviazione, precipitazione e cristallizzazione.
- Utilizzando metodi fisico-chimici, viene effettuata la raffinazione degli ossidi delle terre rare in metalli con diversi livelli di purezza.
- Lega di metalli delle terre rare attraverso processi chimici.
- Trasformazione di leghe di terre rare in componenti utilizzati in applicazioni commerciali.
Tipi di terre rare
Innanzitutto va detto che ci sono terre rare leggere e terre rare pesanti. Quelli leggeri, o LREE, sono più abbondanti, e sono composti da lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promezio, samario, europio e scandio. Nel caso di quelli pesanti, o HREE, di solito non sono così abbondanti e hanno concentrazioni di gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio, lutezio e ittrio.
Applicazioni
Infine, è importante sapere quali sono le potenziali applicazioni delle terre rare per comprenderne l’attuale importanza:
- Catalizzatori e magneti: A livello globale, la maggior parte degli elementi delle terre rare viene utilizzata per catalizzatori e magneti ad alte prestazioni (neodimio), nonché per la creazione di materiali ceramici speciali, vetri e per la lucidatura. Ad esempio, cerio e lantanio sono importanti catalizzatori e vengono utilizzati nella raffinazione del petrolio e come additivi diesel. D'altra parte, quando parliamo di magneti, non ci riferiamo solo ai magneti convenzionali, ma questi vengono utilizzati per applicazioni come motori elettrici in veicoli ibridi ed elettrici, generatori in alcune turbine eoliche, dischi rigidi, dispositivi elettronici portatili, microfoni e Altoparlanti.
- Produzione di leghe e produzione di celle a combustibile e batterie al nichel-metallo idruro: Cerio, lantanio e neodimio sono importanti nella fabbricazione di leghe e nella produzione di celle a combustibile e batterie al nichel-metallo idruro.
- Elettronica: Il cerio, il gallio e il neodimio sono importanti nell'elettronica e vengono utilizzati nella produzione di display LCD e al plasma, fibre ottiche e laser e nell'imaging medico.
- Applicazioni mediche, fertilizzanti e trattamento delle acque: Sono utilizzati come traccianti nelle applicazioni mediche, nei fertilizzanti e nel trattamento delle acque.
- agricoltura: sono stati utilizzati in agricoltura per aumentare la crescita delle piante, la produttività e la resistenza allo stress apparentemente senza effetti negativi per il consumo umano e animale. Inoltre, gli elementi delle terre rare sono additivi per l'alimentazione del bestiame, il che ha comportato un aumento della produzione, come animali più grandi, e una maggiore produzione di uova e latticini.
- Altro: Gli usi sono molto estesi, ad esempio possono essere utilizzati anche per la datazione dei fossili, poiché la concentrazione di terre rare nelle rocce cambia solo lentamente attraverso processi geochimici, e questo li rende utili per la datazione. Altri esempi sono:
- Lo scandio viene utilizzato per produrre luci ad alta intensità e come agente tracciante per le raffinerie di petrolio.
- L'ittrio può essere aggiunto a una moltitudine di leghe metalliche per migliorarne le proprietà.
- Il lantanio è utilizzato come catalizzatore per il cracking del petrolio e come additivo per produrre ghisa nodulare.
- Il cerio può essere utilizzato in vari settori, dai catalizzatori per ridurre l'inquinamento, agli scarichi dei veicoli, per prodotti per la pulizia e pigmenti.
- Il praseodimio può essere legato con altri metalli per creare magneti per dispositivi elettronici, ma anche come catalizzatore.
- Il neodimio è ampiamente utilizzato per produrre magneti molto potenti, con applicazioni come nell'industria dei motori elettrici, sebbene venga utilizzato anche per fotocamere, ottiche con laser, ecc.
- Il promezio viene utilizzato dagli spessimetri come sorgente beta, anche come batteria a impulsi, può essere convertito in una sorgente di raggi X portatile, ecc.
- Il samario viene utilizzato anche per produrre magneti permanenti ad alta potenza, per lenti speciali e materiali che assorbono neutroni per reattori nucleari.
- L'europio è il più reattivo dei metalli delle terre rare e non è comune nelle applicazioni pratiche.
- Il gadolinio è utilizzato in medicina, per la risonanza magnetica, nonché nelle microonde, nei televisori a colori, negli amplificatori e nei sistemi audio professionali.
- Il terbio viene utilizzato per adulterare alcuni componenti, per realizzare dispositivi elettronici, ecc.
- Il disprosio viene utilizzato nelle leghe magnetiche a base di neodimio per renderle più resistenti alla smagnetizzazione alle alte temperature. Viene utilizzato anche nelle lampade a scarica ad alogenuri.
- Olmio per dispositivi elettronici, schermi al plasma, lampade al mercurio, ecc.
- Erba utilizzata per leghe, amplificatori elettronici, laser, ecc.
- Il tulio viene utilizzato per unità a raggi X, laser ad alta portata, materiali ceramici-magnetici, ecc.
- Itterbio, comune nell'industria metallurgica per leghe con ferro e acciaio, catalizzatori, laser e fibre ottiche. Anche in medicina nucleare per curare alcune malattie e radioterapia.
- Lutezio, utilizzato come catalizzatore nel cracking degli idrocarburi nell'industria petrolchimica, nella terapia del cancro, ecc.
Come potete vedere, fondamentale soprattutto per l'industria elettronica per produrre condensatori ceramici che li troverete in molti PCB...