Metale ziem rzadkich są niemal jak Pierścień, ten Jedyny, wykuty w Mordorze. Kto je ma, może kontrolować świat niczym Sauron (choć może nieco mniej krwawo). Czy przyszłość świata może zależeć od czegoś tak małego, lub w tym przypadku rzadkiego? Czy światowa gra w ogóle warta jest świeczki? I o co tak naprawdę się ona toczy?
Spis treści:
- Czym są metale ziem rzadkich?
- Gdzie wykorzystywane są metale ziem rzadkich?
- Gdzie znajdziemy metale ziem rzadkich?
- Metale ziem rzadkich w Europie
Czym są metale ziem rzadkich?
Metale ziem rzadkich lub inaczej pierwiastki ziem rzadkich (ang. Rare Earth Elements – REE) to grupa 17 pierwiastków (metali), występujących głównie w skorupie ziemskiej. Zaliczamy do nich dwa skandowce – skand i itr, a także wszystkie lantanowce, czyli: lantan, cer, prazeodym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb oraz lutet. Nie występują one bardzo licznie, jednak wbrew nazwie nie są wcale takie rzadkie. Oczywiście niektóre z pierwiastków obecne są w większych ilościach (np. cer), inne w śladowych (np. proment). Ich wyjątkowość polega jednak na tym, że koncentrują się w stopach metali, a więc są pierwiastkami niekompatybilnymi. Najczęściej spotkamy je w formie tlenków, węglanów, fosforanów i krzemianów. I właśnie to czyni je nie tyle rzadkimi, co trudnymi i nieekonomicznymi do wydobycia.
Dlaczego w takim razie męczyć się i wydobywać coś, co jest trudnodostępne i drogie? Otóż wszystkie te pierwiastki znajdują szereg zastosowań m.in. w energetyce, transporcie, technologiach komputerowych, przemyśle i wielu innych branżach. Szczegółowiej omówię to w dalszej części materiału. Niestety, mimo zaawansowania technologicznego, a może właśnie jego braku, nie jesteśmy w stanie zastąpić tych pierwiastków innymi. Chcąc produkować dobra w takim tempie jak obecnie i oczekując dalszego rozwoju technologicznego, musimy jako cywilizacja, opierać się na tych rzadkich, bądź co bądź, metalach.
Dodatkowym problemem z metalami ziem rzadkich jest również aspekt ekologiczny. Z uwagi na to, że metale te występują w dość małych stężeniach, proces wydobycia i dostosowania powodują znaczne zanieczyszczenia środowiska. Woda wykorzystywana w całym procesie staje się z czasem radioaktywna. Powstają ponadto różne kwasy oraz toksyczny fluor.
Gdzie wykorzystywane są metale ziem rzadkich?
Nasi dzisiejsi bohaterowie znajdują zastosowanie w szerokim spektrum branż i technologii. Energetyka, elektronika, lotnictwo, optyka, przemysł samochodowy, lotniczy – to tylko część z obszarów, w jakich się je wykorzystuje. Różne pierwiastki mają różne przeznaczenie. Przykładowe zastosowania to:
cer – jako stop wykorzystywany do produkcji stali. W postaci tlenku ceru znajduje zastosowanie w przemyśle samochodowym do powlekania katalizatorów spalin. Dodatkowo służy jako środek polerujący szkło optyczne oraz filtr UV stosowany np. w szybach samochodowych,
dysproz – powstają z niego magnesy trwałe wykorzystywane w energetyce (siłownie wiatrowe), urządzeniach elektronicznych oraz przemyśle motoryzacyjnym. Dlatego też jego rola w przyszłości będzie wzrastała. Dodaje się go również jako domieszkę w materiałach luminescencyjnych. Natomiast w elektrowniach atomowych jego stop z ołowiem służy jako materiał osłonowy reaktorów jądrowych,
erb – szkło z domieszką erbu pochłania podczerwień. Natomiast w stomatologii jest dodatkiem do różnych wyrobów ceramicznych. Stosuje się go również jako laser w medycynie nuklearnej,
europ – ma zdolność termicznego pochłaniania neutronów, przez co znajduje zastosowanie w technologii jądrowej. Dodaje się go jako domieszkę do materiałów luminescencyjnych w celu uzyskania czerwonego światła lub jako wyświetlacze ciekłokrystaliczne,
gadolin – medycyna wykorzystuje go jako środek kontrastowy w diagnostyce i obrazowaniu. Stosowany jest również do produkcji prętów sterujących w reaktorach jądrowych. Produkuje się z niego zielony luminofor do ekranów CRT,
holm – służy jako materiał ekranujący w technologii atomowej. Z kolei jego właściwości magnetyczne wykorzystywane są do generowania silnych pól magnetycznych. Stanowi dodatek do licznych materiałów laserowych niezbędnych do produkcji laserów półprzewodnikowych i elementów mikrofalowych,
iterb – znajduje zastosowanie w produkcji katalizatorów i półprzewodników, np. płyty ogniw słonecznych. Wytwarzane są z niego magnesy trwałe. Jest cennym pierwiastkiem metalurgicznym, ponieważ podnosi jakość stopów,
itr – zwiększa wytrzymałość niektórych metali, z którymi jest łączony. Stosuje się go jako trwały środek ceramiczny, m.in. w lotnictwie do powlekania silników.
lantan – w optyce i przemyśle szklarskim wykorzystywany jest jako materiał odporny na chemikalia np. w soczewkach obiektywów i teleskopów. Niezbędny w katalizatorach samochodowych i petrochemicznych,
lutet – stanowi dodatek do produkcji fosforów. Używany w technologii laserowej,
neodym – stosowany do produkcji magnesów trwałych, inaczej neodymowych, które wykorzystuje się w energetyce czy transporcie (np. samochody elektryczne). Jako dodatek zwiększa wytrzymałość stopów aluminium. Używany do produkcji szkieł optycznych i barwienia szkła,
prazeodym – obok neodymu drugi wiodący materiał do produkcji bardzo silnych magnesów. Wykorzystuje się je m.in. w silnikach elektrycznych i hybrydowych. Wykorzystywany również do produkcji materiałów nadprzewodzących,
promet – jest źródłem promieniowania beta. Jako pierwiastek nie ma stabilnych izotopów, dlatego jego ilość w skorupie ziemskiej jest minimalna – około 600 g,
samar – kolejny pierwiastek znajdujący zastosowanie w magnesach trwałych. Wykorzystywany również w technologii jądrowej jako materiał pochłaniający termicznie neutrony,
skand – poprawia właściwości tytanu, niklu oraz innych materiałów z którymi tworzy stopy. Pozwala to ograniczyć masę wielu materiałów, np. w przemyśle lotniczym i kosmicznym,
terb – wykorzystywany jako luminofor do wyświetlaczy oraz lamp. Stanowi ważny materiał w technologii ogniw paliwowych,
tul – wytwarzane są z niego ceramiczne materiały magnetyczne.
Gdzie znajdziemy metale ziem rzadkich?
Wraz z rozwojem technologicznym i powstawaniem coraz bardziej zaawansowanych urządzeń, zapotrzebowanie na metale ziem rzadkich gwałtownie rośnie. Aktualnie można powiedzieć, że ten, kto ma metale ziem rzadkich, jest w stanie rządzić światem. Kraje, które dysponują zasobami tych pierwiastków mogą dyktować warunki. Ci, którzy tych metali nie posiadają, tzn. ich złoża nie leżą w danym kraju lub ich wydobycie jest ekstremalnie nieekonomiczne, są na łasce światowych potentatów.
Złoża metali ziem rzadkich dzielą się na pierwotne i wtórne. Historycznie największe znaczenie miały te pierwsze. Jednakże dzięki szeregowi dodatkowych procesów np. wietrzenia, hydrotermalnemu, itp. to właśnie te drugie złoża są ekonomiczniejsze w wydobyciu dzięki wielokrotnie większemu nagromadzeniu w nich poszukiwanych metali.
Największe złoża wtórne znajdują się w Chinach, Australii i Brazylii. Jedynie jedno chińskie złoże Bayan Obo odpowiada za niemal 50% całkowitej chińskiej wydobycia tych metali. A trzeba powiedzieć, że Chiny są obecnie dominującym graczem na arenie metali ziem rzadkich. Szacuje się, że kraj ten jest w posiadaniu niemal 40% światowych złóż tych pierwiastków – około 44 mln ton. Na liście 10 krajów z największymi złożami są za Chinami odpowiednio: Brazylia, Indie, Australia, Rosja, Wietnam, Stany Zjednoczone, Grenlandia, Tanzania, RPA.
Ponadto Chiny posiadają technologie umożliwiające obróbkę wyrobku. Dzięki temu często przetwarzają również materiał dostarczony przez inne kraje. Sprawia to, że odpowiadają za 60% rocznej produkcji metali ziem rzadkich.
Niedawne odkrycia mówią o znalezieniu złóż metali ziem rzadkich w Kazachstanie. Oficjalne dane mówią o około 1 mln ton. Nieoficjalnie sugeruje się, że jest to nawet 20 mln ton.
Metale ziem rzadkich w Europie
Europa jako kontynent jest uboga w metale ziem rzadkich. Niedawne doniesienia mówią, że w Szwecji odkryto złoża o wielkości około 1 mln ton. Czy to dużo? Dla porównania szacowane światowe wielkości złóż to prawdopodobnie 120 mln ton. Także z Norwegii płyną doniesienia o złożach szacowanych na niecałe 9 mln ton. Jeśli dane te się potwierdzą a wydobycie oraz przetwarzanie okaże się realne, Europa może powoli stawać się niezależna od zewnętrznych dostawców.
Na razie jednak jesteśmy zdani na łaskę i niełaskę innych krajów, przede wszystkim Chin. To stamtąd właśnie czerpiemy niemal 100% rocznego zapotrzebowania na metale ziem rzadkich.
Unia Europejska szacuje, że do 2040 roku zapotrzebowanie na metale ziem rzadkich wzrośnie nawet siedmiokrotnie. Oznacza to, że kraje, które dysponują złożami będą dominowały na światowych rynkach. Drugą sprawą jest także proces przetwarzania złóż, w którym obecnie dominują Chiny. Nawet jeśli Europa nie znajdzie u siebie wystarczających złóż, może spróbować stać się konkurencją dla Państwa Środka w tym drugim aspekcie. Czy nasz kontynent pójdzie tą drogą? Zobaczymy w najbliższych latach.