ما مدى ندرة العناصر الأرضية النادرة حقًا؟

[إعلان_1]

العناصر الأرضية النادرة، وهي مجموعة مكونة من 17 معدنًا، متوفرة بكثرة نسبيًا في قشرة الأرض ولكن استخراجها صعب للغاية.

النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي يصعب استخراجها للغاية. الصورة: RHJ/Getty — النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي يصعب استخراجها للغاية. الصورة: *RHJ/Getty*

تتميز العناصر الأرضية النادرة بخصائص مفيدة عديدة تجعلها شائعة الاستخدام في صناعات الطاقة والتكنولوجيا. تضم هذه المجموعة 17 معدنًا، منها 15 عنصرًا معدنيًا في أسفل الجدول الدوري، بالإضافة إلى عنصري الإيتريوم والسكانديوم.

من أثمن هذه العناصر: النيوديميوم، والبراسيوديميوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم، وهي عناصر تُعدّ مغناطيسات دقيقة قوية، وتُعدّ مكونًا أساسيًا في الأجهزة الإلكترونية كالهواتف الذكية، وبطاريات السيارات الكهربائية، وتوربينات الرياح. إلا أن محدودية إمدادات العناصر الأرضية النادرة تُشكّل مصدر قلق كبير للشركات والحكومات التي تُنتج هذه الضروريات الحديثة.

المعادن الأرضية النادرة ليست نادرة في الواقع. فوفقًا لدراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) حول الوفرة البلورية لعناصر مختلفة (مدى وفرتها في المتوسط في قشرة الأرض)، تُوجد معظم المعادن الأرضية النادرة بكميات تُقارب كميات المعادن الشائعة كالنحاس والزنك. يقول آرون نوبل، الأستاذ في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا: "إنها بالتأكيد ليست نادرة كمعادن كالفضة والذهب والبلاتين".

لكن استخراجها من مصادرها الطبيعية صعبٌ للغاية. يقول بول زيمكيفيتش، مدير معهد أبحاث المياه في ولاية فرجينيا الغربية: "المشكلة هي أنها ليست مُركّزة في مكان واحد. يوجد حوالي 300 مليغرام من العناصر الأرضية النادرة في كل كيلوغرام من الصخر الزيتي في جميع أنحاء الولايات المتحدة".

عادةً ما تتراكم المعادن في قشرة الأرض نتيجةً لعمليات جيولوجية متنوعة، مثل تدفقات الحمم البركانية، والنشاط الحراري المائي، وتكوين الجبال. إلا أن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تجعلها نادرًا ما تتراكم معًا في ظل هذه الظروف الخاصة. وتنتشر آثار هذه العناصر في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل استخلاصها غير فعال.

أحيانًا، قد تزيد البيئات الجوفية الحمضية من كمية العناصر الأرضية النادرة في مواقع معينة. لكن العثور على هذه المواقع ليس سوى التحدي الأول.

في الطبيعة، توجد المعادن على شكل خلائط تُسمى خامات، تحتوي على جزيئات معدنية مرتبطة بغيرها من اللافلزات (أيونات مضادة) بروابط أيونية قوية. للحصول على معادن نقية، يتعين كسر هذه الروابط وإزالة اللافلزات. وتعتمد صعوبة هذا العمل على نوع المعدن واللافلز المرتبط به.

يأتي خام النحاس عادةً على شكل كبريتيدات (مواد كيميائية مكونة من الكبريت وعناصر أخرى). يُسخّن الخام إلى درجة تتسرب فيها الكبريتيدات كغاز، ويسقط النحاس النقي في قاع المفاعل. إنها عملية استخلاص سهلة للغاية. تتطلب بعض الأنواع الأخرى، مثل أكسيد الحديد، إضافات لاستخراج المعدن. لكن فصل المعادن الأرضية النادرة أكثر تعقيدًا بكثير، كما يوضح زيمكيفيتش.

المعادن الأرضية النادرة لها ثلاث شحنات موجبة، وتُكوّن روابط أيونية قوية للغاية مع أيونات الفوسفات المضادة، التي يحمل كل منها ثلاث شحنات سالبة. لذلك، يجب أن تتغلب عملية الاستخلاص على الرابطة القوية للغاية بين المعدن الموجب والفوسفات السالب.

خامات المعادن النادرة معادن مستقرة كيميائيًا للغاية، ويتطلب تفكيكها طاقةً وقوةً كيميائيةً كبيرتين. عادةً، تتطلب هذه العملية درجة حموضة منخفضة للغاية، وظروفًا قاسية، ودرجات حرارة عالية جدًا، لأن الروابط في الخام قوية للغاية، كما قال نوبل.

إن صعوبة عزل هذه العناصر النقية أكسبتها اسم "الأتربة النادرة". ويبحث بعض الخبراء عن طرق جديدة لإعادة تدوير هذه المعادن الثمينة واستخراجها من النفايات الصناعية والإلكترونيات القديمة لتخفيف الضغط على الإمدادات الحالية. كما يسعون إلى إعادة إنتاج الخصائص المغناطيسية والإلكترونية الفريدة للأتربة النادرة في مركبات جديدة، على أمل أن تصبح هذه بدائل متاحة بسهولة أكبر. ومع ذلك، لا توجد حاليًا بدائل مجدية للأتربة النادرة، على الرغم من الطلب المتزايد عليها.

ثو ثاو (وفقًا لموقع لايف ساينس )

[إعلان 2]
رابط المصدر