Odată cu revenirea lui Donald Trump la președinția SUA, toată lumea vorbește despre metalele de pământuri rare. E printre motivele pentru care liderul american a vorbit despre cumpărarea, anexarea sau chiar invadarea Groenlandei. Și tot pământurile rare au fost și subiectul acordului pe care Ucraina trebuia să-l semneze cu Statele Unite, pe 28 februarie, după vizita istorică a lui Volodimir Zelenski la Casa Albă.
Dacă depășim însă contextul actual, legat de Ucraina, ce sunt metalele de pământuri rare, unde se află ele și cât sunt de importante?
Întâi, câteva definiții, ca să avem proprietatea termenilor, pentru că mulți sunt folosiți interșanjabil, deși asta nu e mereu corect:
Minereul este o formațiune minerală naturală care conține metale și compuși ai acestora în cantități și într-o formă adecvată și fezabilă, din punct de vedere economic, pentru utilizarea lor industrială. Fezabilitatea economică este determinată de calitatea minereurilor și de complexitatea lor, adică dacă acestea conțin mai multe elemente rare sau de pământuri rare utile.
Metalele de pământuri rare sunt un grup de elemente chimice (17 la număr) cu proprietăți fizice și chimice unice. Ambele concepte – metale de pământuri rare și elemente de pământuri rare – sunt echivalente în utilizare.
Există, de asemenea, conceptul de „metale rare și metaloizi”. Acesta este foarte flexibil și totul depinde de țară și de instituția care creează această listă, astfel încât se poate deosebi de la o țară la alta și de la organizație la organizație.
În plus, există termenul de minerale rare și un concept separat, de minerale critice. Mineralele critice sunt cele despre care auzim cel mai des în spațiul public.
Fiecare țară își întocmește propria listă de minerale critice folosind propria metodologie. Principalii factori care sunt analizați sunt poziționarea geopolitică a țării, poziția pe piață și integrarea în anumite lanțuri de aprovizionare, precum și dependența de un anumit grup de elemente, minerale sau metale.
Pe scurt, distincția arată așa:
Cu elemente de pământuri rare ne întâlnim fiecare dintre noi zilnic. Ele se găsesc în telefoane, mașini electrice și panouri solare. Sunt utilizate în interiorul becurilor fluorescente, pentru culoarea luminii emise. Aceste elemente sunt importante pentru industria optică, lasere, industria aeronautică, reactoare nucleare și chiar catalizatori chimici pentru rafinarea petrolului. Și, desigur, sunt esențiale pentru industria militară.
15 lantanide sunt clasificate ca metale de pământuri rare. Acestea sunt elemente de la lantan la lutețiu în blocul „f” al tabelului periodic: La – lantan, Ce – ceriu, Pr – praseodimiu, Nd – neodimiu, Pm – promediu, Sm – samariu, Eu – europiu, Gd – gadoliniu, Tb – terbiu, Dy – disprosiu, Ho – holmiu, Er – erbiu, Tm – thuliu, Yb – ytterbiu, Lu – lutețiu. De asemenea, Sc – scandiu și Y – ytriu, care sunt situate în blocul „d”, dar sunt apropiate de lantanide în ceea ce privește proprietățile chimice.
Primele șase elemente din această listă sunt mai puțin toxice decât celelalte. De asemenea, oxizii acestor metale sunt mai puțin toxici în comparație cu sărurile metalelor pământurilor rare.
Cu excepția scandiului, toate elementele de pământuri rare pot fi împărțite în categorii „grele” și „ușoare”, pe baza greutății lor atomice. Pământurile rare grele sunt, în general, mai solicitate, cererea depășind oferta. Acest lucru le face de obicei mai valoroase decât metalele ușoare de pământuri rare.
Nuanță: nu sunt chiar atât de rare
Istoric, denumirea de „pământuri rare” a apărut datorită primelor minerale în care au fost descoperite aceste metale. Chimiștii de la sfârșitul secolului al VIII-lea credeau că minereurile erau rare și conțineau oxizi specifici, care erau denumiți atunci „pământuri” (din latinescul „terra”).
În prezent, știm că multe dintre aceste elemente nu sunt atât de rare în litosferă. Provocarea – și ceea ce le face rare – vine din faptul că sunt dificil de extras și de separat unele de altele, deoarece ele apar adesea împreună și au caracteristici chimice similare. Acest lucru face ca procesul să fie nu doar dificil, ci și costisitor.
În plus, concentrația de elemente de pământuri rare în natură este, în unele cazuri, asociată cu un conținut crescut de uraniu (U) și toriu (Th) radioactiv, ceea ce necesită monitorizarea radiațiilor în timpul prelucrării acestora.
Interese: la ce folosesc metalele de pământuri rare
| Element chimic | Domeniul de aplicare |
| Ceriu | Catalizatori, filtre de particule, compuși de lustruire |
| Disprosiu | Magneți permanenți, fosfori, reactoare nucleare |
| Erbil | Lasere medicale, fibre optice |
| Europiu | LED-uri, lămpi de economisire a energiei, ecrane cu plasmă |
| Gadoliniu | RMN, radare, combustibil nuclear |
| Holmium | Magneți foarte puternici, tehnologie medicală |
| Lantan | Baterii cu hidrură metalică de nichel, filtre de particule, pile de combustie |
| Lutețiu | Tomografie cu emisie de pozitroni |
| Neodim | Magneți permanenți (discuri dure), colorarea sticlei, lasere, CD playere |
| Praseodimiu | Magneți, motoare de avioane, motoare electrice |
| Prometiu | Luminofori, surse de căldură în sondele spațiale și sateliți |
| Samariu | Magneți permanenți (căști, discuri dure), industria aerospațială și medicală, lasere |
| Scandiu | Elemente combustibile, radiografie |
| Terbiu | Fosfori, magneți permanenți |
| Tuliu | Raze X, televizoare. |
| Ytterbiu | Magneți permanenți, lasere |
| Yttriu | Ecrane LCD și cu plasmă, LED-uri, pile de combustie, lămpi de economisire a energiei |
Geografia metalelor de pământuri rare: cine, ce, cât are
Principalele rezerve dovedite de elemente de pământuri rare sunt situate în China, cu 44 de milioane de tone estimate de US Geological Survey (USGS) pentru anul 2024.
Iată un clasament al rezervelor cunoscute, potrivit sursei americane:
Cum sunt extrase metalele de pământuri rare
O componentă/element util într-un minereu poate fi o fracțiune de procent. Prin urmare, îmbogățirea minereurilor, adică extracția componentelor utile și separarea acestora, este un proces complex și foarte costisitor.
Asta pentru că se găsesc în depozite de roci dure, depozite de argilă ionică și nisipuri minerale. Ele sunt extrase în mine și cariere deschise, ca multe alte metale și minerale, sau prin levigare.
În procesul de extracție în câmp deschis a elementelor de pământuri rare, se extrage roca dură, după care minereul este separat de reziduuri și abia apoi este tratat.
Exploatarea este foarte asemănătoare cu alte operațiuni miniere, care implică îndepărtarea stratului de suprafață, extracția, măcinarea, concasarea și măcinarea, precum și separarea sau concentrarea. Produsul concentrat, îmbogățit după separare, poate conține aproximativ 30-70% din minereuri de pământuri rare. Procesul necesită un consum semnificativ de apă și energie și lasă în urmă diverse reziduuri și apele reziduale.
În cazul levigării in situ, care este, de asemenea, o metodă comună de extracție a uraniului, minerii injectează o soluție chimică în corpul minereului. Soluția dizolvă materialele țintă într-o saramură, care este apoi pompată înapoi din minereu în bazine de colectare. Etapa finală constă în separarea diferitelor elemente de pământuri rare între ele.
Prețul explorării: riscurile de mediu
În ciuda importanței mari a metalelor de pământuri rare pentru tehnologiile necesare tranziției verzi, extracția și prelucrarea acestora prezintă riscuri de mediu care pot amenința dezvoltarea durabilă. Cu atât mai mult cu cât, în cazul Ucrainei, aceste riscuri vin peste impactul devastator al războiului asupra mediului.
Principalele probleme de mediu asociate cu extracția metalelor din pământuri rare implică provocări de mediu semnificative, deoarece elementele din pământuri rare se găsesc, de obicei, în concentrații scăzute în corpurile de minereuri, ceea ce necesită prelucrarea unor volume mari de sol.
Principalele provocări includ:
- Distrugerea peisajelor: Exploatarea tradițională a elementelor de pământuri rare implică extracția masivă și zdrobirea rocilor, ceea ce poate duce la eroziunea solului și la pierderea biodiversității. Carierele mari distrug ecosistemele naturale și modifică regimul hidrologic al regiunilor.
- Utilizarea de substanțe chimice toxice: explorarea pământurilor rare presupune utilizarea de substanțe chimice precum acidul sulfuric sau cianurile, care pot duce la poluarea apei și la efecte nocive asupra sănătății publice.
- Radioactivitate: Unele minereuri care conțin elemente de pământuri rare au niveluri ridicate de radioactivitate naturală. De exemplu, toriul și uraniul se găsesc adesea în aceleași zăcăminte ca și elementele de pământuri rare, ceea ce creează riscuri suplimentare pentru mediu și siguranță în timpul extracției și prelucrării.
- Costurile energetice și emisiile de CO₂: Tehnologiile de extracție a metalelor din pământuri rare sunt energointensive, ceea ce duce la emisii semnificative de gaze cu efect de seră. Acest lucru contravine obiectivelor globale de reducere a emisiilor și de combatere a schimbărilor climatice.
