Metalele „pământuri rare” nu sunt atât de rare pe cât sună – de fapt, probabil că folosești unele chiar acum. Sunt esențiale pentru o varietate de dispozitive de zi cu zi, de la tablete și televizoare la mașini hibride și turbine eoliene, așa că poate fi încurajator să știi că mai multe tipuri sunt destul de comune. Ceriul, de exemplu, este al 25-lea cel mai abundent element pe Pământ.
Deci de ce se numesc „pământuri rare”? Numele face aluzie la natura lor evazivă, deoarece cele 17 elemente există rar în formă pură. În schimb, se amestecă difuz cu alte minerale subterane, făcând extracția lor costisitoare.
Și, din păcate, acesta nu este singurul lor dezavantaj. Minarea și rafinarea pământurilor rare creează o mare problemă de mediu, determinând majoritatea țărilor să-și neglijeze propriile rezerve, chiar dacă cererea crește vertiginos. China a fost excepția principală de la începutul anilor 1990, dominând comerțul mondial prin disponibilitatea sa de a mina intensiv pământuri rare – și de a gestiona subprodusele lor acide, radioactive. De aceea S.U.A., în ciuda unor depozite mari proprii, încă își obține 92 la sută din pământurile rare din China.
Aceasta nu a fost o problemă până când China a început să-și strângă controlul asupra pământurilor rare. Țara a impus pentru prima dată limite comerciale în 1999, iar exporturile sale au scăzut cu 20 la sută din 2005 până în 2009. Apoi au înregistrat o scădere dramatică în 2010, strângând proviziile globale pe fondul unei dispute cu Japonia, și au scăzut chiar mai mult în anii următori.
În 2019, China a fost responsabilă pentru 80% din importurile de pământuri rare, conform U.S. Geological Survey. Dar mai recent, administrația S.U.A. și Departamentul Energiei au vizat pământurile rare printre prioritățile lanțului de aprovizionare intern pe măsură ce își stabilesc politici ambițioase privind clima și tehnologia.
Dar ce face pământurile rare atât de unice la început? Pentru răspunsuri la aceste întrebări și altele, consultați următoarea prezentare generală a acestor 17 metale misterioase.
O rasă rară
O mare parte din atracția pământurilor rare constă în capacitatea lor de a îndeplini sarcini obscure, foarte specifice. Europiul, de exemplu, furnizează fosfor roșu pentru televizoare și monitoare de computer și nu are un înlocuitor cunoscut. Ceriul domină în mod similar industria de lustruire a sticlei, cu „practic toate produsele din sticlă lustruită” dependente de el, conform U.S. Geological Survey.
Magneții permanenți reprezintă un alt rol important pentru pământurile rare. Greutatea lor redusă și puterea magnetică ridicată au făcut posibilă miniaturizarea unei game largi de piese electronice, inclusiv multe utilizate în aparatele electrocasnice, echipamente audio/video, computere, mașini și echipamente militare. Inovații precum unitățile USB mici de multi-gigabyte și unitățile DVD probabil nu ar exista fără magneții din pământuri rare, care sunt adesea fabricați dintr-un aliaj de neodim, dar pot conține și praseodim, samariu, gadoliniu sau disprosiu.
În timp ce producția de pământuri rare poate cauza o mulțime de probleme de mediu, acestea au și o latură ecologică. Sunt vitale pentru convertoare catalitice, mașini hibride și turbine eoliene, de exemplu, precum și pentru lămpi fluorescente eficiente energetic și sisteme de refrigerare magnetică. Toxicitatea lor scăzută este, de asemenea, un avantaj, bateriile nichel-hidrat de lantan înlocuind încet tipurile mai vechi care folosesc cadmiu sau plumb. Pigmenții roșii din lantan sau ceriu elimină treptat și vopselele care conțin diverse toxine.
O moștenire toxică
Multe tehnologii ecologice se bazează pe pământuri rare, dar, ironic, producătorii de pământuri rare au o lungă istorie de a dăuna mediului pentru a obține metalele. Ca multe industrii care procesează minereuri, ajung să aibă subproduse toxice cunoscute sub denumirea de „reziduuri de mină”, care pot fi contaminate cu uraniu și toriu radioactiv. În China, aceste reziduuri sunt adesea deversate în „lacuri de pământuri rare”, cu o listă lungă de efecte negative.
Dar ar putea exista o modalitate de a reduce cererea pentru minerit nou: reciclarea pământurilor rare. Politicile de export ale Chinei au determinat unele companii japoneze să recicleze pământuri rare, cum ar fi Mitsubishi, care studiază costul reutilizării neodimului și disprosiului din mașinile de spălat și aparatele de aer condiționat. Hitachi, care utilizează până la 600 de tone de pământuri rare în fiecare an, planifică ca reciclarea să acopere 10% din nevoile sale. Națiunile Unite au lansat recent și un proiect pentru a urmări „deșeurile electronice” aruncate, cum ar fi telefoanele mobile și televizoarele, sperând să stimuleze reciclarea nu doar a pământurilor rare, ci și a aurului, argintului și cuprului. Cu toate acestea, până când astfel de programe vor fi mai eficiente din punct de vedere al costurilor, S.U.A. și alte țări vor continua aproape sigur să testeze cât de rare – și cât de sigure – sunt pământurile rare în realitate.
Lista elementelor pământuri rare
Iată o privire mai atentă asupra unora dintre modurile în care este utilizat fiecare element din categoria pământurilor rare:
Scandiu: Adăugat la lămpile cu vapori de mercur pentru a face lumina lor să arate mai mult ca lumina soarelui. De asemenea, utilizat în anumite tipuri de echipamente sportive – inclusiv bâte de baseball din aluminiu, cadre de bicicletă și crose de lacrosse – precum și în pile de combustibil.
Ytriu: Produce culoare în multe tuburi catodice de televizor. De asemenea, conduce microunde și energie acustică, simulează pietre prețioase de diamant și întărește ceramica, sticla, aliajele de aluminiu și aliajele de magneziu, printre alte utilizări.
Lantan: Unul dintre numeroasele pământuri rare utilizate pentru a fabrica lămpi cu arc cu carbon, pe care industria cinematografică și de televiziune le folosește pentru luminile de studio și de proiector. Se găsește și în baterii, pietre de brichetă și tipuri specializate de sticlă, cum ar fi lentilele de cameră.
Ceriu: Cel mai răspândit dintre toate metalele din categoria pământurilor rare. Utilizat în convertoare catalitice și combustibili diesel pentru a reduce emisiile de monoxid de carbon ale vehiculelor. De asemenea, utilizat în lămpi cu arc cu carbon, pietre de brichetă, lustruitoare de sticlă și cuptoare cu autocurățare.
Praseodim: Utilizat în principal ca agent de aliere cu magneziu pentru a fabrica metale de înaltă rezistență pentru motoarele de aeronave. De asemenea, poate fi utilizat ca amplificator de semnal în cablurile de fibră optică și pentru a crea sticla dură a ochelarilor de sudură.
Neodim: Folosit în principal pentru a crea magneți puternici din neodim pentru hard disk-uri de computer, turbine eoliene, mașini hibride, căști intraauriculare și microfoane. De asemenea, utilizat pentru a colora sticla și pentru a face pietre de brichetă și ochelari de sudură.
Promețiu: Nu apare natural pe Pământ; trebuie produs artificial prin fisiunea uraniului. Adăugat la unele tipuri de vopsea luminoasă și microbaterii cu alimentare nucleară, cu potențială utilizare în dispozitive portabile cu raze X.
Samariu: Amestecat cu cobalt pentru a crea un magnet permanent cu cea mai mare rezistență la demagnetizare dintre orice material cunoscut. Crucial pentru construirea rachetelor „inteligente”; de asemenea, utilizat în lămpi cu arc cu carbon, pietre de brichetă și unele tipuri de sticlă.
Europiu: Cel mai reactiv dintre toate metalele din categoria pământurilor rare. Utilizat de decenii ca fosfor roșu în televizoare – și mai recent în monitoare de computer, lămpi fluorescente și unele tipuri de lasere – dar altfel are puține aplicații comerciale.
Gadoliniu: Utilizat în unele bare de control la centralele nucleare. De asemenea, utilizat în aplicații medicale precum imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) și industrial pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea fierului, cromului și a altor metale.
Terbiu: Utilizat în unele tehnologii cu stare solidă, de la sisteme sonar avansate la senzori electronici mici, precum și în pile de combustibil concepute pentru a funcționa la temperaturi ridicate. De asemenea, produce lumină laser și fosfor verde în tuburile de televizor.
Disprosiu: Utilizat în unele bare de control la centralele nucleare. De asemenea, utilizat în anumite tipuri de lasere, iluminat de înaltă intensitate și pentru a crește coercitivitatea magneților permanenți de înaltă putere, cum ar fi cei găsiți în vehicule hibride.
Holmiu: Are cea mai mare putere magnetică dintre orice element cunoscut, fiind util în magneții industriali, precum și în unele bare de control nuclear. De asemenea, utilizat în lasere cu stare solidă și pentru a ajuta la colorarea zirconiei cubice și a anumitor tipuri de sticlă.
Erbiu: Utilizat ca filtru fotografic și ca amplificator de semnal (alias „agent de dopare”) în cablurile de fibră optică. De asemenea, utilizat în unele bare de control nuclear, aliaje metalice și pentru a colora sticla și porțelanul specializat din ochelarii de soare și bijuteriile ieftine.
Tuliu: Cel mai rar dintre toate metalele din categoria pământurilor rare care apar natural. Are puține aplicații comerciale, deși este utilizat în unele lasere chirurgicale. După ce este expus la radiații în reactoarele nucleare, este utilizat și în tehnologia portabilă cu raze X.
Yterbiu: Utilizat în unele dispozitive portabile cu raze X, dar altfel are utilizări comerciale limitate. Printre aplicațiile sale de specialitate, este utilizat în anumite tipuri de lasere, tensometre pentru cutremure și ca agent de dopare în cablurile de fibră optică.
Luțiu: Restrâns în principal la utilizări de specialitate, cum ar fi calcularea vârstei meteoriților sau efectuarea scanărilor de tomografie cu emisie de pozitroni (PET). De asemenea, a fost utilizat ca și catalizator pentru procesul de „cracare” a produselor petroliere la rafinăriile de petrol.
