حقیقت عناصر خاکی نادر

حقیقت عناصر خاکی نادر

در آزمایشگاه ژئوساینس استرالیا واقع در کانبرا یک آهنربا بسیار کوچک وجود دارد که ممکن است توجه کسی را جلب نکند. این قطعه اندازه یک 20 سنتی است و به نظر می رسد یک آهنرباست که ممکن است کودکی با آن بازی کند یا به طرفین کابینت ها یا روی یخچال چسبیده باشد.اما اگر کودک با این قطعه بازی کند و انگشتان او این قطعه کوچک آهنربابی را لمس کند، سر از بیمارستان در خواهد آورد چراکه انگشتانش به طرز دردناکی خرد می شود.

این قدرت از آنجا ناشی می شود؟ این یک فلز خاکی کمیاب بنام نئودیمیوم، یکی از 15 عناصر لانتانید در جدول تناوبی است که این گروه را به عنوان عناصر خاکی کمیاب معرفی می کند. عناصر خاکی کمیاب مدتهاست که عناصر مهمی در صنعت الکترونیک مدرن بوده اند، اما اکنون تقاضای آنها رشد چشمگیری دارد زیرا فناوری نیاز بیشتری به آنها ایجاد می کند.

این عناصر در همه چیز از نمایشگرهای LCD تا لیزرها، از باتریهای قابل شارژ گرفته تا آهنربای موتورهای برقی و از کابلهای فیبر نوری گرفته تا کاتالیزورهای مورد استفاده در پالایش نفت، به کار می روند. با افزایش اشتهای دنیا به فناوری، هرچه به سمت وسایل نقلیه الکتریکی حرکت می کنیم و هر شخصی دارای چندین دستگاه دیجیتالی است، نیاز به این عناصر نیز افزایش می یابد.

عرضه و تقاضا

با این حال، این صنعت مشکلات خود را دارد. به عنوان مثال، مسائل ژئوپلیتیکی بعضی اوقات دسترسی به این عناصر را دچار چالش می کند. یک دهه پیش، چین تصمیم گرفت صادرات عناصر نادر خود را حدود 40 درصد کاهش دهد. در آن زمان، چین اکثریت قریب به اتفاق این عناصر را در جهان تولید می کرد. نتیجه این امر انفجار در قیمت آنها بود که با ده برابر افزایش همراه شد.

آلیسون برت، مشاور ژئوساینس استرالیا می گوید، تولید کنندگان دیگر شروع به پر کردن خلاء چین کردند، بنابراین وقتی چین سرانجام محدودیت ها را برداشت، سهم بازار آن به طرز چشمگیری کاهش یافته بود.
برت می گوید:

وقتی چین صادرات را محدود کرد، باعث شد در کشورهای مختلف عده زیادی عصبی شوند و برخی آن را فرصتی دیدند تا پروژه های استخراج عناصر خاکی کمیاب را آغاز نمایند. این پروژه ها حجم 95 درصدی تقاضای عناصر خاکی نادر چین را به حدود 60 درصد کاهش داد.

چرا این عناصر "نادر" هستند؟

در واقع، عناصر نادر، کمیاب نیستند. گفته می شود کمیاب ترین عناصر خاکی تالیوم و لوتیوم هستند که هنوز هم تقریباً 200 برابر بیشتر از طلا در دسترس می باشند. به علاوه، آنها فقط در مقادیر اندک مورد نیاز هستند که به این دلیل برخی از آنها به عنوان ویتامین های صنایع معدنی نامیده شوند.

این گروه به عنوان عناصر نادر نامگذاری شده اند زیرا شیمی دانان دهه 1800 در جدا کردن هر عنصر مشکلات زیادی داشتند و استخراج و پردازش آنها حتی با فناوری امروزی نیز ممکن است دشوار و با آلودگی همراه باشد.

اما مسئله فقط حفر مواد معدنی نیست، بلکه بعضی از آنها می توانند رادیواکتیو داشته باشند و تنها یک درصد این مواد ممکن است مواد معدنی خاکی کمیاب باشد. این مواد باید در یک پودر بسیار ریز خرد شوند تا طی فرآیندی ماده معدنی موجود در آنها آزاد شود. امروزه فناوری های مختلفی برای جداسازی عناصر خاص مورد استفاده قرار می گیرد.

پردازش پیچیده و گاهی خطرناک مواد خاکی کمیاب چالشی است که ماهیت دیگر غیر شفاف این صنعت است.جان پورسل، مشاور سیاسی، محیط زیست، اجتماعی و حکومتی استرالیا می گوید: این امر حفر چاله بزرگ، بیرون آوردن زغال سنگ و گذاشتن آن بر روی یک قایق نیست. آنها در واقع، مواد اندک با ارزش بسیار بالایی است ک ممکن است به سادگی از دست برود.

پاکسازی فرآیند استخراج عناصر نادر

یک فرایند تولید کثیف و دشوار مستحق یک راه حل بازیافتی تمیز و پاک است. سالهاست که روند بازیافت عناصر نادر به همان اندازه استخراج و پالایش آنها سمی بوده است.محققان دانشگاه دیکین استرالیا اخیراً موفقیت هایی را در روند بازیافت به دست آورده اند. ما دستگاه یا کالاهایی داریم که این مواد در آنها به کار رفته است. چگونه عناصر نادر خاکی را از این وسایل بازیابی کنیم؟

دکتر کریستینا، عضو ارشد تحقیقاتی پوزو گونزالو در موسسه دیکین می گوید به طور معمول، تنها درصد بسیار کمی از این مواد از طریق بازیافت مجددا به چرخه زنجیره تامین بازمی گردد. برخی از تکنیک هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند نیاز به درجه حرارت بسیار بالا، تا 800 درجه سانتی گراد دارند که این امر به انرژی زیادی احتیاج دارد و گران است.

تیم پوزو گونزالو فرآیندی معرفی کرده که می تواند عناصر نادر را با دمای 75 درجه سانتیگراد استخراج کرند و باعث کاهش مصرف انرژی و زباله های تولیدی بدون استفاده از حلال های آلاینده زیست محیطی، مانند اسید سولفوریک است.

وی گفت: تیم ما از الکترولیتهای پیشرفته موسوم به مایعات یونی استفاده می کند تا مواد خاکی کمیاب را با استفاده از فرآیند الکترودینگ بازیابی کند. این روش جدید برای بازیابی فلزات خاکی کمیاب پتانسیل بسیار خوبی دارد و تولید ضایعات سمی و مضر را به حداقل می رساند. وی افزود: ما همچنین در حال دستیابی به روشی هستیم که به راحتی بتواند به طور گسترده در سراسر جهان اجرا شود. 

مبحث اقتصادی

فلزات نادر عناصر پیچیده ای هستند. برخی از آنها در بازار بسیار با ارزش و برخی کم ارزش هستند. برخی با افزایش تقاضا مواجه اند و برخی در حال ترک بازار می باشند. قیمت این محصولات ممکن است به سرعت و به طرز چشمگیری تغییر کند و درک چرایی آن اغلب دشوار است.

گفته می شود تنها تعداد محدودی از شرکت ها هستند که عناصر نادر را خریداری می کنند. آنها ممکن است طی قراردادهای بلند مدت خرید کنند. خریداران می توانند از نظر مالی از برخی شرکت های اکتشافی حمایت کنند و آنها را به تولید وادار نمایند، بنابراین عدم اطمینان در قیمت گذاری وجود دارد که این امر کار شرکت ها را برای جمع آوری بودجه لازم برای ساخت پروژه های خود دچار مشکل می کند.

اما تقاضا برای عناصر نادر از کجا می آید؟ یکی از بزرگ ترین دست اندرکاران در این بین، صنعت اتومبیل برقی است. یک اتومبیل برقی حاوی حدود 16 کیلو گرم عناصر خاکی نادر است و طبق گفته کارشناسان، نیمی از اتومبیل های جدید ساخته شده در جهان طی 10 تا 20 سال آینده برقی خواهند بود. متخصصان معتقدند برخلاف نام آنها، منابع عناصر خاکی نادر به این زودی ها تمام نمی شود.

طبق اعلام یک بانک اطلاعاتی، حدود 58 هزار سایت معدنی مهم در سراسر جهان وجود دارد که شامل 270 سایت عنصر خاکی کمیاب به علاوه چند صد سایت دیگر حاوی مقادیر جزئی این فلزات است. در حال حاضر حدود 30 مورد آنها مورد بهره برداری قرار گرفته است. حتی با رشد شدید قیمت، منابع شناخته شده کافی برای تأمین تقاضای برای چندین دهه آینده وجود دارد و در صورت لزوم مقدار زیادی از این عناصر در زمین وجود دارد.