Реткоземни елементи

Реткоземните елементи (REE), наречени и метали од ретки земјени елементи а понекогаш и лантаноиди или лантаноидите (иако скандиумот и итриумот, кои не припаѓаат на оваа серија, обично се вклучени како реткоземни елементи на метали),^[1] се збир од 17, речиси неразлични тешки метали. Соединенијата што содржат ретки земји имаат разновидна примена во електрични и електронски компоненти, ласери, стакло, магнетни материјали и индустриски процеси.

Реткоземни елементи
во периодниот систем

Скандиумот и итриумот се сметаат за реткоземни минерали бидејќи тие имаат тенденција да се појават во истите рудни наоѓалишта како лантанидите и покажуваат слични хемиски својства, но имаат различни електрични и магнетни својства. ^[2] Терминотт „реткоземни“ е погрешен назив бидејќи тие всушност не се ретки, иако историски било потребно долго време да се изолираат овие елементи.^{[3] [4]}

Овие метали полека се оцрнуваат во воздухот на собна темература и полека реагираат со ладна вода за да формираат хидроксиди, ослободувајќи водород. Тие реагираат со пареа за да формираат оксиди и спонтано се палат на температура од 400°C. Овие елементи и нивните соединенија немаат никаква биолошка функција освен во неколку специјализирани ензими, како на пример во метанол дехидрогеназите зависни од лантанид кај бактериите.^[5] Соединенијата растворливи во вода се благо до умерено токсични, но не се нерастворливи.^[6] Сите изотопи на прометиум се радиоактивни и тој не се јавува природно во земјината кора, освен со мала трага генерирана од спонтано фисија на ураниум-238. Тие често се наоѓаат во минералите со ториум, а поретко ураниум.

Ретки артоксиди

Иако реткоземните елементи се технички релативно изобилни во целата Земјина кора (цериумот е 25-ти најзастапен елемент со 68 делови на милион, позастапен од бакарот), во пракса ова е тенко распространето преку нечистотии во трагови, така што за да се добијат реткоземни минерали по употреблива чистота, потребна е преработка на „огромна количина на сува руда“ со „огромна сума на пари“, па од таму и името реткоземни.

Поради нивните геохемиски својства, реткоземните елементите обично се дисперзирани и не често се наоѓаат концентрирани во реткоземни минерали. Следствено, економски експлоатирачките рудни наоѓалишта се ретки.^[7] Првиот откриен реткоземен минерал (1787) бил гадолинит, црн минерал составен од цериум, итриум, железо, силициум и други елементи. Овој минерал бил изваден од рудник во селото Итерби во Шведска, четири од елементите на реткоземните носат имиња добиени од оваа единствена локација.

Елементи

Табела во која се наведени 17-те елементи на реткоземни елементи, нивните атомски број и симбол, етимологијата на нивните имиња и нивната главна употреба (видете исто така Апликации на лантаниди) е предвидено тука. Некои од елементите на ретката земја се именувани по научниците кои ги откриле, или ги разјасниле нивните елементарни својства, а некои по географските локации каде што биле откриени.

Преглед на својствата на металите од ретки земји

Z	Симбол	Име	етимологија	Избрани апликации	Изобилство[8][9] (ppm[б 1])
21	Sc	Скандиум	од латински збор Scandia (Скандинавија).	Лесни легури на алуминиум-скандиум за воздушни компоненти, додаток во метал-халидни светилки и светилки со жива пареа,[10] радиоактивен агент за следење во рафинериите за нафта	022
39	Y	Итриум	по селото Итерби, Шведска, каде што е откриена првата руда од реткоземни	Итриум алуминиумски гранат (YAG) ласер, итриум ванадат (YVO4) како домаќин за европиум во телевизиски црвен фосфор, суперпроводници YBCO со висока температура, цирконија стабилизирана со итриа (YSZ) (се користи во коронки за заби; како огноотпорен материјал - во индустриски млазни мотори и метални легури турбини - за мерење на кислород и pH на раствори за топла вода, т.е. во горивни ќелии - се користи во цврсти оксидни горивни ќелии - за цврстина и оптички својства на високотемпературна керамика и цементи на база на вода;,[10] енергетски ефикасни светилки (дел од трифосфорна бел фосфорна обвивка во флуоресцентни цевки, CFL и CCFL и жолта фосфорна обвивка во бели LED диоди),[11] Свеќички, наметки за гас, додаток на челик, алуминиум и легури на магнезиум, третмани за рак, леќи за фотоапарат и телескоп за рефракција (поради високиот индекс на прекршување и многу ниското термичко проширување), катоди на батерии (LYP)	033
57	La	Лантан	од грчкиот „лантанеин“, што значи да се биде скриен.	Висок индекс на рефракција и стакло отпорно на алкали, кремен, складирање на водород, електроди од батерии, леќи за фотоапарат и рефрактивен телескоп, течен каталитички катализатор за пукање за рафинерии за нафта	039
58	Ce	Цериум	по џуџестата планета Церера, именувана по римската божица на земјоделството.	Хемиски оксидирачки агенс, прашок за полирање, жолти бои во стакло и керамика, катализатор за самочистење печки, течен каталитички катализатор за пукање за рафинерии за нафта, фероцериум кремени за запалки, робусни суштински хидрофобни премази за сечила на турбините[12]	066.5
59	Pr	Празеодиум	од грчкиот „прасиос“, што значи праз-зелен и „дидимос“, што значи близнак.	Магнети за ретки земји, ласери, основни материјал за осветлување со јаглероден лак, боја во очила и емајли, додаток во дидимиумско стакло што се користи во очила за заварување,[10] Производи од фероцериум огнен челик (кремен), оптички засилувачи со оптички влакна со еден режим (како допант на флуоридно стакло)	009.2
60	Nd	Неодиум	од грчкиот „неос“, што значи нов, и „дидимос“, што значи близнак.	Магнети за ретки земји, ласери, виолетови бои во стакло и керамика, дидимиумско стакло, керамички кондензатори, електрични мотори во електрични автомобили	041.5
61	Pm	Прометиум	по Титанот Прометеј, кој им донесе оган на смртниците.	Нуклеарни батерии, прозрачна боја	00[13][б 2]
62	Sm	Самариум	по мојот службеник Василиј Самарски-Биховец.	Магнети за ретки земји, ласери, фаќање неутрони, масери, контролни прачки на нуклеарни реактори	007.05
63	Eu	Европиум	по континентот Европа.	Црвени и сини фосфори, ласери, светилки со жива пареа, флуоресцентни светилки, NMR средство за релаксација	002
64	Gd	Гадолиниум	по Јохан Гадолин (1760–1852), во чест на неговото истражување за ретките земји.	Стакло или гранати со висок индекс на рефракција, ласери, рендген цевки, мемории на компјутери, неутронско снимање, контрастно средство за МРИ, средство за релаксација NMR, додаток на челик и легури на хром, магнетно ладење (со користење на значителен магнетокалоричен ефект), позитронска емисиона томографија сцинтилатор со високи перформанси за детектори за сцинтилатор со висока изведба на магнетотопстра. суперпроводници, керамички електролит што се користи во горивни ќелии со цврст оксид, детектори за кислород, можеби во каталитичка конверзија на автомобилски испарувања.	006.2
65	Tb	Тербиум	по селото Итерби, Шведска.	Додаток во магнети базирани на неодимиум, зелени фосфори, ласери, флуоресцентни светилки (како дел од облогата на бел трибенд фосфор), магнетостриктивни легури како терфенол-Д, поморски сонарни системи, стабилизатор на горивни ќелии	001.2
66	Dy	Диспрозиум	од грчкиот „dysprositos“, што значи тешко да се добие.	Адитив во магнети базирани на неодимиум, ласери, магнетостриктивни легури како терфенол-Д, хард дискови	005.2
67	Ho	Холмиум	по Стокхолм (на латински, „Holmia“), родниот град на еден од неговите откривачи.	Ласери, стандарди за калибрација на бранова должина за оптички спектрофотометри, магнети	001.3
68	Er	Ербиум	по селото Итерби, Шведска.	Инфрацрвени ласери, ванадиум челик, технологија со оптички влакна	003.5
69	Tm	Тулиум	по митолошката северна земја Туле.	Преносливи рендген машини, метал-халидни светилки, ласери	000.52
70	Yb	Итербиум	по селото Итерби, Шведска.	Инфрацрвени ласери, хемиски редуцирачки агенс, блесоци за мамка, нерѓосувачки челик, мерачи на деформација, нуклеарна медицина, мониторинг на земјотреси	003.2
71	Lu	Лутециум	по Лутетија, градот кој подоцна стана Париз.	Позитронска емисиона томографија – детектори за ПЕТ скен, стакло со висок индекс на рефракција, лутетиум танталат за фосфори, катализатор што се користи во рафинериите, LED сијалица	000.8

Глобална потрошувачка на REE, 2015 година

1. Катализатори, 24% (24%)
2. Магнети, 23% (23%)
3. Полирање, 12% (12%)
4. „друго“, 9% (9%)
5. металургија, 8% (8%)
6. Батерии, 8% (8%)
7. Стакло, 7% (7%)
8. Керамика, 6% (6%)
9. Фосфори и пигменти, 3% (3%)

Откритие и рана историја

Реткоземните елементи главно биле откриени како компоненти на минералите. Терминот „ретки“ се однесува на овие ретко пронајдени минерали и „земјата“ доаѓа од старото име за оксиди, хемиската форма за овие елементи во минералот.^[14] Минерал откриен од поручникот Карл Аксел Арениус во 1787 година во каменолом во селото Итерби, Шведска.^[14] стигнал до Јохан Гадолин, професор на Кралската академија во Турку, и неговата анализа дала непознат оксид кој тој го нарекол итриа.^[15]

Андерс Густав Екеберг изолирал берилиум од гадолинитот, но не успеал да препознае други елементи во рудата. По ова откритие во 1794 година, минерал од Бастнас во близина на Ридархитан, Шведска, за кој се верувало дека е минерал од железо - волфрам, бил повторно испитан од Јонс Јакоб Берзелиус и Вилхелм Хисингер. Во 1803 година добиле бел оксид и го нарекле церија. Мартин Хајнрих Клапрот самостојно го открил истиот оксид и го нарекол охроја. Биле потребни уште 30 години за истражувачите да утврдат дека други елементи се содржани во двете руди церија и итриа (сличноста на хемиските својства наретките минерали го отежнува нивното одвојување).

Во 1839 година, Карл Густав Мосандер, асистент на Берзелиус, одвоил церија со загревање на нитратот и растворање на производот во азотна киселина. Тој го нарекол оксидот на растворливата сол лантана. Му требале уште три години за да ја раздели лантаната понатаму на дидимија и чистата лантана. Дидимијата, иако не може дополнително да се одвои со техниките на Мосандер, всушност сè упте била мешавина од оксиди.

Во 1842 година, Мозандер, исто такаа, ја одделил итриата на три оксиди: чиста итриа, тербија и ербија (соте имиња се изведени од името на градот „Итерби“). Земјата што дава розови соли тој ја нарекол тербиум, рудата што давала жолт пероксид тој го нарекол ербиум.^[16] Дотогаш, бројот на познати реткоземни елементи достигнал бројка од шест: итриум, цериум, лантан, дидиум, ербиум и тербиум.

Нилс Јохан Берлин и Марк Делафонтен, исто така, се обиделе да ја раздвојат суровата итриа и ги пронашле истите супстанции што ги добил Мосандер, но Берлин (1860) ја именувал супстанцијата што дава розови соли ербиум, а Делафонтен ја нарекол супстанцијата со жолт пероксид тербиум . Оваа конфузија довела до неколку лажни тврдења за нови елементи, како што е мосандриумот на Ј. Лоренс Смит, или филипиумот и деципиумот на Делафонтен. Поради тешкотијата во одвојувањето на металите (и определувањето на раздвојувањето е завршено), вкупниот број на лажни откритија бил на десетици,^{[17] [18]} при што некои го ставаат вкупниот број на откритија над сто.^[19]

Спектроскопска идентификација

Немало 30 години понатамошни откритија, а елементот дидимиум бил наведен во периодниот систем на елементи со молекуларна маса од 138. Во 1879 година, Делафонтен го искористил новиот физички процес на оптичка спектроскопија на пламен и пронашол неколку нови спектрални линии во дидимија. Исто така во 1879 година, Пол Емил Лекок де Боисбоудран го изолирал новиот елемент самариум од минералот самарскит.

Самариската земја била дополнително одделена од Лекок де Боисбодран во 1886 година, а сличен резултат добил и Жан Шарл Галисард де Марињак со директна изолација од самарскит. Тие го нарекле елементот гадолиниум по Јохан Гадолин, а неговиот оксид бил наречен „гадолинија“.

Понатамошната спектроскопскаанализа помеѓу 1886 и 1901 година на самарија, итриа и самарскит од Вилијам Крукс, Лекок де Боисбодран и Ежен-Анатол Демарсај дала неколку нови спектрални линии кои укажуваат на постоење на непознат елемент. Фракционата кристализација на оксидите потоа дала европиум во 1901 година.

Во 1839 година станал достапен третиот извор за реткоземни. Ова е минерал сличен на гадолинитот наречен уранотантал (сега наречен „самарскит“) оксид од мешавина на елементи како што се итриум, итербиум, железо, ураниум, ториум, калциум, ниобиум и тантал. Овој минерал од Миас во јужните делови на планината Урал бил документиран од Густав Роуз. Рускиот хемичар Р. Харман предложил нов елемент што го нарекол „илмениум“ да биде присутен во овој минерал, но подоцна, Кристијан Вилхелм Бломстранд, Галисард де Марињак и Хајнрих Роуз пронашле само тантал и ниобиум (колумбиум) во него.

Точниот број на реткоземни елементи што постоеле бил многу нејасен, а бил проценет максимален број од 25. Употребата на спектри на Х-зраци (добиени со кристалографија на Х-зраци ) од Хенри Гвин Џефрис Мозели овозможило да се доделат атомски броеви на елементите. Мозели открил дека точниот број на лантаниди мора да биде 15, но тој елемент 61 (прометиум) сè уште не е откриен. (Ова е прометиум, радиоактивен елемент чиј најстабилен изотоп има период на полураспад од само 18 години.)

Користејќи ги овие факти за атомските броеви од рендгенската кристалографија, Мозели исто така покажал дека хафниумот (елементот 72) нема да биде реткоземен елемент. Мозели бил убиен во Првата светска војна во 1915 година, години пред да биде откриен хафниумот. Оттука, тврдењето на Жорж Урбејн дека го открил елементот 72 е невистинито. Хафниумот е елемент што се наоѓа во периодниот систем веднаш под циркониумот, а хафниумот и циркониумот имаат многу слични хемиски и физички својства.

Ресурси и прочистување

Во текот на 1940-тите, Френк Спединг и други во Соединетите Држави (за време на проектот Менхетен) развиле процедури за хемиска јонска размена за одвојување и прочистување на реткоземни елементи. Овој метод најпрво бил применет на актиноидите за одвојување на плутониум-239 и нептуниум од ураниум, ториум, актиниум и другите актиниди во материјалите произведени во нуклеарните јадрени реактори Плутониум-239 бил многу пожелен бидејќи е фисилен материјал.

Главните извори на реткоземни елементи се минералите бастназит (RCO
3F, каде што R е мешавина од реткоземни елементи ), моназит (XPO
4, каде што X е мешавина од реткоземни елементи а понекогаш и ториум), и лопарит ((Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)O
3 ), и латеритни јонско-адсорпциски глини. И покрај нивното високо релативно изобилство, реткоземните минерали се потешки за ископување и екстракција од еквивалентни извори на преодни метали (делумно поради нивните слични хемиски својства), што ги прави реткоземните елементите релативно скапи. Нивната индустриска употреба била многу ограничена сè додека не биле развиени ефикасните техники на сепарација, како што се јонска размена, фракционална кристализација и екстракција од течност-течност во доцните 1950-ти и раните 1960-ти.^[20]

Некои концентрати на илменит содржат мали количини на скандиум и други реткоземни елементи, кои може да се анализираат со флуоресценција на Х-зраци (XRF).^[21]

Класификација

Порано кога биле достапни методите за јонска размена и елуцијата, одвојувањето на реткоземни елементи првенствено било постигнато со повторено таложење или кристализација. Во тие денови, првото раздвојување било во две главни групи, цериумски земји (лантан, цериум, прасеодимиум, неодимиум и самариум) и итриумски земји (скандиум, итриум, диспрозиум, холмиум, ербиум, тулиум, итербиум и лутетиум). Европиум, гадолиниум и тербиум или се сметале за посебна група на реткоземни елементи (групата тербиум), или европиумот бил вклучен во групата на цериум, а гадолиниум и тербиум биле вклучени во групата на итриум. Во вториот случај, елементите на f-блок се поделени на половина: првата половина (La–Eu) ја формира цериумската група, а втората половина (Gd–Yb) заедно со групата 3 (Sc, Y, Lu) ја формираат групата на итриум.^[22] Причината за оваа поделба произлегла од разликата во растворливоста на двојните сулфати од реткоземните елементи со натриум и калиум. Натриумовите двојни сулфати од групата на цериум се слабо растворливи, оние од групата тербиум малку, а оние од групата итриум се многу растворливи.^[23] Понекогаш, групата на итриум била дополнително поделена на групата ербиум (диспрозиум, холмиум, ербиум и тулиум) и групата итербиум (итербиум и лутетиум), но денес главната групација е помеѓу цериум и итриум групи.^[24] Денес, реткоземни елементи се класифицирани како лесни или тешки реткоземни елементи, наместо во цериум и итриумски групи.

Лесна наспроти тешка класификација

Класификацијата на реткоземни елементи е неконзистентна меѓу авторите.^[25] Најчеста разлика помеѓу реткоземни елементи се прави со атомски броеви, оние со низок атомски број се нарекуваат лесни елементи од ретки земји (LREE), оние со висок атомски број се тешките ретки земјени елементи (HREE), а оние што спаѓаат помеѓу обично се нарекуваат средни елементи на ретки земји (MREE).^[26] Вообичаено, елементите од ретки земји со атомски броеви од 57 до 61 (лантан до прометиум) се класифицирани како лесни, а оние со атомски броеви 62 и повеќе се класифицирани како тешки реткоземни елементи.^[27] Зголемувањето на атомскиот број помеѓу лесните и тешките реткоземни елементи и намалувањето на атомските радиуси низ серијата предизвикува хемиски варијации. ^[27] Еурипиум е изземен од оваа класификација бидејќи има две валентни состојби: Eu²⁺ и Eu³⁺ .^[27] Итриумот е групиран како тежок елемент од ретки земји поради хемиски сличности.^[28] Прекинот помеѓу двете групи понекогаш се става на друго место, како што е помеѓу елементите 63 (европиум) и 64 (гадолиниум).^[29] Вистинските метални густини на овие две групи се преклопуваат, при што „лесната“ група има густина од 6,145 (лантан) до 7,26 (прометиум) или 7,52 (самариум) g/cc, а „тешката“ група од 6,965 (итербиум) до 9,32, вклучително и 4 итриум (тиниум) Европиумот има густина од 5,24.

Потекло

Реткоземните елементи, освен скандиумот, се потешки од железото и затоа се создаваат со нуклеосинтеза на супернова или со процесот s кај асимптотичните гранки на џинови ѕвезди. Во природата, спонтана фисија на ураниум-238 произведува траги на радиоактивен прометиум, но најголемиот дел од прометиумот се произведува синтетички во нуклеарните реактори.

Поради нивата хемиска сличност, концентрациите на реткоземните процеси, што ги прави нивните пропорции корисни за геохронологија и датирање фосили.

Соединенија

Реткоземните елементи се појавуваат во природата во комбинација со фосфат (моназит), карбонат - флуорид (бастназит) и кислородни анјони.

Во нивните оксиди, повеќето реткоземни елементи имаат само 3 валентност и формираат секвиоксиди (форми на цериум CeO
2). Познати се пет различни кристални структури, во зависност од елементот и температурата. X-фазата и H-фазата се стабилни само над 2000 година K. При пониски температури, постојат шестоаголна А-фаза, моноклинична B-фаза и кубна C-фаза, која е стабилна форма на собна температура за повеќето елементи. Некогаш се мислело дека C-фазата е во вселенската група I2₁3 (бр. 199),^[30], но сега е познато дека е во вселенската група Ia3 (бр. 206). Структурата е слична на онаа на флуоритот или цериум диоксидот (во кој катјоните формираат коцкест кристален систем а анјоните се наоѓаат во тетраедарите на катјоните), освен што недостасува една четвртина од анјоните (кислород). Единечната клетка на овие секвиоксиди одговара на осум единечни клетки од флуорит или цериум диоксид, со 32 катјони наместо 4. Ова се нарекува биксбајт структура, бидејќи се јавува во минерал со тоа име ((Mn,Fe)
2O
3).^[31]

Геолошка распространетост

Изобилство на елементи во Земјината кора на милион Si атоми (оската y е логаритамска)

Како што се гледа на графиконот, реткоземните елементи се наоѓаат на Земјата во слични концентрации на многу вообичаени преодни метали. Најзастапен реткоземен елемент е цериумот, кој всушност е 25-ти најзастапен реткоземен елемент во Земјината кора, со 68 делови на милион (приближно исто толку застапени како бакар). Исклучок е многу нестабилниот и радиоактивен прометиум „реткоземен“ е доста редок. Најдолговечниот изотоп на прометиум има период на полураспад од 17,7 години, така што елементот постои во природата во само занемарливи количини (приближно 572 гр. во целата Земјина кора).^[32] Прометиумот е еден од двата реткоземни елементи кои немаат стабилни (нерадиоактивни) изотопи и го следат (т.е. со поголем атомски број) стабилни елементи (другиот е технециум).

Реткоземните елементи често се наоѓаат заедно. За време на секвенцијалното натрупување на Земјата, густите елементи на реткоземните биле инкорпорирани во подлабоките делови на планетата. Раната диференцијација на стопениот материјал во голема мера ги вклучи реткоземните во карпите од плашт.^[33] Високата јачина на магнетен момент  и големите јонски радиуси на реткоземните ги прават некомпатибилни со кристалните решетки на повеќето минерали кои формираат карпи, така што REE ќе претрпи силна поделба во фаза на топење доколку е присутна.^[33] REE се хемиски многу слични и отсекогаш било тешко да се одвојат, но постепеното намалување на јонскиот радиус од светло REE (LREE) до тежок REE (HREE), наречено контракција на лантанид, може да предизвика широка поделба помеѓу лесниот и тежок REE. Поголемите јонски радиуси на LREE ги прават генерално понекомпатибилни од HREE во минералите што формираат карпи и посилно се делат во фаза на топење, додека HREE може да претпочита да остане во кристалниот остаток, особено ако содржи минерали компатибилни со HREE како гранат. ^{[33] [34]} Резултатот е дека целата магма формирана од делумно топење секогаш ќе има поголеми концентрации на LREE од HREE, а поединечни минерали може да бидат доминирани од HREE или LREE, во зависност од тоа кој опсег на јонски радиуси најдобро одговара на кристалната решетка.^[33]

Помеѓу безводните фосфати од реткоземните, тоа е тетрагоналниот минерал ксенотим кој ги инкорпорира итриумот и HREE, додека фазата на моноклинички моназит преференцијално вклучува цериум и LREE. Помалата големина на HREE овозможува поголема растворливост во цврсти материи во минералите кои формираат карпи кои ја сочинуваат Земјината обвивка, а со тоа итриумот и HREE покажуваат помалку збогатување во Земјината кора во однос на изобилството на хондрити отколку цериумот и LREE. Ова има економски последици: големите рудни тела на LREE се познати низ целиот свет и се експлоатираат. Рудните тела за HREE се поретки, помали и помалку концентрирани. Поголемиот дел од сегашната понуда на HREE потекнува од рудите „глина со апсорпција на јони“ во Јужна Кина. Некои верзии обезбедуваат концентрати кои содржат околу 65% итриум оксид, при што HREE е присутен во соодноси кои го одразуваат правилото Одо-Харкинс: парен REE со изобилство од околу 5% секој, и непарен REE со изобилство од околу 1% секој. Слични состави се наоѓаат во ксенотим или гадолинит.^[35]

Добро познати минерали кои содржат итриум и други HREE вклучуваат гадолинит, ксенотим, самарскит, еуксенит, фергусонит, итротанталит, итротунгстит, итрофлуорит (различни флуорити), таленит и итриалит. Мали количества се појавуваат во циркон, кој ја добива својата типична жолта флуоресценција од некои од придружните HREE. Циркониумскиот минерал еудијалит, каков што се наоѓа во количини на итриум. Од горенаведените минерали на итриум, повеќето одиграле улога во обезбедувањето на истражувачки количини на лантаниди за време на деновите на откривање. Ксенотим повремено се обновува како нуспроизвод на обработка со тежок песок, но не е толку изобилен како слично обновениот моназит (кој обично содржи неколку проценти од итриум). Ураниумските руди од Онтарио повремено даваат итриум како нуспроизвод.^[36]

Добро познати минерали кои содржат цериум и други LREE вклучуваат бастинзит, моназит, аланит, лопарит, анцилит, паризит, лантанит, чевкинит, церит, стилвелит, бритолит, флуоцерит и церианит. Моназит (морски песоци од Бразил, Индија или Австралија, карпи од Јужна Африка ), бастназит (од рудникот за реткоземни Планински премин или неколку локалитети во Кина) и лопарит ( Полуостровот Кола, Русија ) се главните руди на цериум и лесни лантаниди.^[37]

Збогатените наслаги на реткоземните елементи на површината на Земјата, карбонатити и пегматити, се поврзани со алкалниот плутонизам, невообичаен вид на магматизам кој се јавува во тектонски средини каде што има расцепување или кои се во близина на зони на подвлекување.^[34] Во услови на расцеп, алкалната магма се создава со многу мали степени на делумно топење (<1%) на гранат перидотит во горната обвивка (200 до 600км длабочина).^[34] Ова топење се збогатува со некомпатибилни елементи, како реткоземни елементи, со нивно истекување од кристалниот остаток. Резултирачката магма се издигнува како дијапир, или дијатрема, покрај веќе постоечките фрактури и може да се смести длабоко во кората на земјата или да еруптира на површината. Типични типови на наслаги збогатени со REE кои се формираат во поставките на пукнатини се карбонатити и гранитоиди од типот А и М.^{[33] [34]} Во близина на субдукционите зони, делумно топење на субдукционата плоча во астеносферата (80 до 200 км длабочина) произведува магма богата со испарливи (високи концентрации на јаглерод диоксид и вода), со високи концентрации на алкални елементи и висока мобилност на елементите на кои реткоземните елементи се силно поделени.^[33] Ова топење, исто така, може да се издигне по веќе постоечките фрактури и да се сместиповршината. Наслаги збогатени со REE кои се формираат од овие топења се типично гранитоиди од S-тип. ^{[33] [34]}

Алкалните магми збогатени со реткоземните елементи вклучуваат карбонатити, пералкални гранити (пегматити) и нефелин сиенит. Карбонатитите се кристализираат од течности богати јаглерод диоксид , кои можат да се добијат со делумно топење на хидрогазиран лерзолит за да се добие примарна магма богата со CO ₂, со фракционо кристализација на алкална примарна магма или со одвојување на немешалива течност богата со јагледрод од.^{[33] [34]} Овие течности најчесто се формираат во асоцијација со многу длабоки прекамбриски кратони, како оние што се наоѓаат во Африка и канадскиот штит.^[33] Ферокарбонатитите се најчестиот тип на карбонатит што се збогатува во REE, и често се сместени како доцна фаза, распарчени цевки во јадрото на магматските комплекси. Тие се состојат од ситнозрнест калцит и хематит, понекогаш со значителни концентрации на анкерит и мали концентрации на сидерит. ^{[33] [34]} Големите наоѓалишта на карбонатит збогатени со елементи од ретки земји ги вклучуваат планината Велд во Австралија, езерото Тор во Канада, Зандкопсдрифт во Јужна Африка и планинскиот премин во САД. ^[34] Пералкалните гранити (гранитоиди од типот А) имаат многу високи концентрации на алкални елементи и многу ниски концентрации на фосфор. Тие се депонирани на умерени длабочини во екстензивните зони, често како магматски прстени комплекси, или како цевки, масивни тела и леќи.^{[33] [34]} Овие флуиди имаат многу низок вискозитет и висока подвижност на елементите, што овозможува кристализација на големи зрна, и покрај релативно краткото време на кристализација при поставувањето. Нивната големина на зрно е причината зошто овие наслаги најчесто се нарекуваат пегматити.^[34] Економски одржливите пегматити се поделени на типови литиум-цезиум-тантал (LCT) и ниобиум-итриум-флуор (NYF); Типовите NYF се збогатени со минерали од ретки земји. Примери за наоѓалишта на пегматит од ретки земји се Чудното езеро во Канада и Каладеан-Бурегтеј во Монголија. ^[34] Депозитите на нефелин сиенит (гранитоиди од типот М) се 90% фелдспат и фелдспатоидни минерали. Тие се депонирани во мали, кружни масиви и содржат високи концентрации на дополнителни минерали кои носат ретки земји.^{[33] [34]} Во најголем дел, овие наоѓалишта се мали, но важни примери ги вклучуваат Илимаусак-Кванефелд на Гренланд и Ловозера во Русија.^[34]

Реткоземните еклементи, исто така, може да се збогатат во наслаги со секундарна промена или со интеракции со хидротермални течности или метеорска вода или со ерозија и транспорт на отпорни минерали што содржат REE. Аргилизацијата на примарните минерали ги збогтува нерастворливите елементи со истекување на силициум диоксид и дриуги растворливи елементи, рекристализирање на фелдспат во глинени минерали како што се каолинит, халоизит и монморилонит. Во тропските региони каде врнежите се високи, атмосферските влијанија формираат густ аргилизиран реголит, овој процес се нарекува збогатување на суперген и произведува латеритни наслаги. Тешките реткоземни елементи се инкорпорирани во резидуалната глина со апсорција. Овој вид на наоѓалиште се ископува само за REE во Јужна Кина, каде што се случува најголемиот дел од глобалното производство на тешки реткоземни елементи. REE-латеритите се формираат на друго место, вклучително и преку карбонатитот на планината Велд во Австралија. РЕЕ, исто така, може да се екстрахира од депозити на плацер доколку седиментната матична литологија содржи минерали кои носат REE, тешки отпорни минерали.^[34]

Во 2011 година, Јасухиро Като, геолог од Универзитетот во Токио, кој ја водел студијата за калта од морското дно на Тихиот Океан, објавил резултати кои укажуваат дека калта може да содржи богати концентрации на реткоземни минерали. Наслагите, проучувани на 78 локации, дојдоа од „[h]t шлаг од хидротермални отвори што ги извлекуваат овие материјали од морската вода и ги наталожуваат на морското дно, малку по малку, во текот на десетици милиони години . . „Верувам дека реткоземните елементи ресурси под морето се многу поперспективни од ресурсите на копно“, рекол Като. „[C]концентрациите на реткоземните биле споредливи со оние пронајдени во глината ископана во Кина. Некои наслаги содржеле двојно повеќе тешки реткоземни елементи, како што е диспрозиум, компонента на магнети во моторите на хибридните автомобили“.^{[38] [39]}

Глобалната побарувачка за реткоземните елементи (РЕЕ) се очекува да се зголеми повеќе од пет пати до 2030 година.^{[40] [41]}

Геохемија

Геохемиската класификација REE обично се прави врз основа на нивната атомска тежина. Една од најчестите класификации го дели REE во 3 групи: лесни реткоземни (LREE - од ₅₇La до ₆₀Nd), средно (MREE - од ₆₂ Sm до ₆₇ Ho) и тешки реткоземни (HREE - од ₆₈Er до ₇₁Lu). REE обично се појавува како тривалентни јони, освен Ce и Eu кои можат да имаат форма на Ce⁴⁺ и Eu²⁺ во зависност од редокс условите на системот. Последователно, REE се карактеризираат со значителен идентитет во нивната хемиска реактивност, што резултира со сериско однесување за време на геохемиските процеси наместо да биде карактеристично за еден елемент од серијата. Sc, Y и Lu може електронски да се разликуваат од другите реткоземни бидејќи немаат f валентни електрони, додека другите имаат, но хемиското однесување е речиси исто.

Различниот фактор во геохемиското однесување на REE е поврзан со таканаречената „контракција на лантанид“ што претставува поголемо од очекуваното намалување на атомскиот /јонскиот радиус на елементите долж серијата. Ова се одредува со варијацијата на заштитниот ефект кон нуклеарното полнење поради прогресивното полнење на орбиталата 4 f која делува против електроните на орбиталите 6 и 5 d . Контракцијата на лантанидите има директно влијание врз геохемијата на лантанидите, кои покажуваат различно однесување во зависност од системите и процесите во кои се вклучени. Ефектот на контракцијата на лантанидот моѓе да се забележи во однесувањето на REE и во геохемиски систем од типот CHARAC (Charge-and-Radius-Controlled ^[42] ) каде елементите со сличен полнеж и радиус треба да покажат кохерентно геохемиско однесување, и во системите што не се CHARAC, како што се водените раствори на електронидот, исто така, се земаат во предвид како важно да се земат предвид и параметриските раствори на електронидот, влијае на јонскиот потенцијал. Директна последица е тоа што, за време на формирањето на координативните врски, однесувањето на REE постепено се менува долж серијата. Понатаму, контракцијата на лантанидот предизвикува јонскиот радиус на Ho³⁺ (0,901 Å) да биде речиси идентичен со оној на Y³⁺ (0,9 Å), оправдувајќи го вклучувањето на вториот меѓу REE.

Апликации

Примената на реткоземните елементите во геологијата е важна за разбирање на петролошките процеси на формирање на магматски, седиментни и метаморфни карпи. Во геохемијата, реткоземните елементи може да се користат за да се заклучат петролошките механизми кои влијаеле на карпата поради суптилните разлики во атомската големина помеѓу елементите, што предизвикува преференцијално фракционирање на некои ретки земји во однос на другите во зависност од процесите на работа.

Геохемиското проучување на REE не се врши на апсолутни концентрации - како што обично се прави со други хемиски елементи - туку на нормализирани концентрации со цел да се набљудува нивното сериско однесување. Во геохемијата, реткоземните елементите обично се претставени во нормализирани „пајак“ дијаграми, во кои концентрацијата на реткоземните елементи се нормализирани до референтен стандард и потоа се изразуваат како логаритам до основата 10 на вредоста.

Вообичаено, реткоземните елементи се нормализираат на хондритични метеорити, бидејќи се верува дека тие се најблиската претстава на нефракциониран материјал од Сончевиот систем. Сепак, може да се применат и други стандарди за нормализирање во зависност од целта на студијата. Нормализацијата до стандардна референтна вредност, особено на материјал за кој се верува дека е нефракциониран, овозможува набљудуваното изобилство да се спореди со првичните изобилства на елементот. Нормализацијата исто така ја отстранува изречената „цик-цак“ шема предизвикана од разликите во изобилството помеѓу парните и непарните атомски броеви. Нормализацијата се врши со делење на аналитичките концентрации на секој елемент од серијата со концентрацијата на истиот елемент во даден стандард, според равенката:

${\displaystyle [{\text{REE}}_{i}]_{n}={\frac {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{sam}}}{[{\text{REE}}_{i}]_{\text{std}}}}}$

Каде што n ја означува нормализираната концентрација, ${\displaystyle {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{sam}}}}$ аналитичката концентрација на елементот измерена во примерокот и ${\displaystyle {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{ref}}}}$ концентрацијата на истиот елемент во референтниот материјал.^[43]

Можно е да се набљудува серискиот тренд на REE со известување на нивните нормализирани концентрации во однос на атомскиот број. Трендовите кои се забележани во дијаграмите „пајак“ обично се нарекуваат „шеми“, кои можат да бидат дијагностички на петролошките процеси кои влијаеле на материјалот од интерес.^[26]

Според општиот облик на шаблоните или благодарение на присуството (или отсуството) на таканаречените „аномалии“, може да се добијат информации за системот што се испитува и за настанатите геохемиски процеси. Аномалиите претставуваат збогатување (позитивни аномалии) или исцрпување (негативни аномалии) на специфични елементи долж серијата и графички се препознаваат како позитивни или негативни „врвови“ долж шаблоните на REE. Аномалиите може нумерички да се квантифицираат како однос помеѓу нормализираната концентрација на елементот што ја покажува аномалијата и предвидливата врз основа на просекот на нормализираните концентрации на двата елементи во претходната и следната позиција во серијата, според равенката:

${\displaystyle {\frac {{\text{REE}}_{i}}{{\text{REE}}_{i}^{*}}}={\frac {[{\text{REE}}_{i}]_{n}\times 2}{[{\text{REE}}_{i-1}]_{n}+[{\text{REE}}_{i+1}]_{n}}}}$

Каде ${\displaystyle [{\text{REE}}_{i}]_{n}}$ е нормализирана концентрација на елементот чија аномалија треба да се пресмета, ${\displaystyle [{\text{REE}}_{i-1}]_{n}}$ и ${\displaystyle [{\text{REE}}_{i+1}]_{n}}$ нормализираните концентрации на соодветните претходни и следните елементи долж серијата.

Моделите на реткоземните елементи забележани во магматските карпи се првенствено функција на хемијата на изворот од каде потекнува карпата, како и на историјата на фракционирање на карпите.^[26] Фракционирањето е за возврат функција на коефициентите на поделба на секој елемент. Коефициентите на поделба се одговорни за фракционирање на елементи во трагови (вклучувајќи елементи од ретки земји) во течна фаза(топење/магма) во цврста фаза (минерал). Ако елементот преференцијално остане во цврстата фазаза, тој се нарекува „компатибилен“, а ако преференцијално се дели во фазата на топење, тој се опишува како „некомпатибилен“.^[26] Секој елемент има различен коефициент на разделување и затоа се разделува во цврста и течна фаза. Овие концепти се применливи и за метаморфна и седиментна петерологија.

Во магматските карпи, особено во фелсичните топи, се применуваат следните набљудувања: аномалиите во европиумот се доминираат со кристализација на фелдспат. Hornblende, го контролира збогатувањето на MREE во споредба со LREE и HREE. Исцрпувањето на LREE во однос на HREE може да се должи на кристализацијата на оливин, ортопироксен и клинопироксен. Од друга страна, исцрпувањето на HREE во однос на LREE може да се должи на присуството на гранат, бидејќи гранатот преференцијално го вклучува HREE во неговата кристална структура. Присуството на циркон исто така може да предизвика сличен ефект.^[26]

Во седиментните карпи, реткоземните елементи во класичните седименти се претстава на потеклото. Концентрациите на ретките елементи обично не се засегнати од морските и речните води, бидејќи елементите на ретките земји се нерастворливи и затоа имаат многу ниски концентрации во овие течности. Како резултат на тоа, кога се транспортира седиментот, концентрациите на ретките елементи не се засегнати од течноста и наместо тоа, карпата ја задржува концентрацијата на ретките елементи од својот извор. ^[26]

Морските и речните води обично имаат ниски концентрации на реткоземните елементи. Сепак, водната геохемија е сè уште многу важна. Во океаните, реткоземните елементи го рефлектираат влезот од реките, хидротермалните отвори и еолските извори.^[26] ова е важно во истражувањето на мешањето и циркулацијата на океаните.^[28]

Реткоземните елементи се исто така корисни за датирање на карпите, бидејќи некои радиоактивни изотопи покажуваат долг период на полураспад. Од особен интерес се системите ¹³⁸La-¹³⁸ Ce, Sm - ¹⁴³Nd и ¹⁷⁶Lu- ¹⁷⁶Hf.^[28]

Производство

До 1948 година, повеќето од светските реткоземни елементи се добиваа од наслаги на песок во Индија и Бразил . Во текот на 1950-тите, Јужна Африка беше извор на ретка земја во светот, од гребен богат со моназити во рудникот Стинкампскрал во провинцијата Западен Кејп.^[44] Во текот на 1960-тите до 1980-тите, рудникот во Калифорнија ги направил Соединетите држави водечки производител. Денес, индиските и јужноафриканските наоѓалишта сè уште произведуваат концентрати од реткоземните елементи, но тие биле џуџести од обемот на кинеското производство. Во 2017 година, Кина произвела 81% од светските резерви на реткоземните елементи, најмногу во Внатрешна Монголија,^{[7] [45]} иако имало само 36,7% од резервите. Австралија била вториот и единствен друг голем производител со 15% од светското производство.^{[46] [47]}Сите тешки реткоземни елементи во светот (како што е диспрозиумот) доаѓаат од кинески извори на реткоземните елементи, како што е полиметалличкото наоѓалиште Бајан Обо.^[48] Рудникот Browns Range, кој се наоѓа на 160км југоисточно од Халс Крик во северна Западна Австралија, било во развој во 2018 година и е позициониран да стане првиот значаен производител на диспрозиум надвор од Кина.^[49]

REE се зголемува во побарувачката поради фактот што тие се од суштинско значење за новата и иновативна технологија што се создава. Овие нови производи за кои треба да се произведат REE се високотехнолошка опрема како паметни телефони, дигитални камери, компјутерски делови, полупроводници итн. Покрај тоа, овие елементи се позастапени во следните индустрии: технологија за обновливи извори на енергија, воена опрема, производство на стакло и металургија.^[50] Зголемената побарувачка ја затегнала понудата и расте загриженоста дека светот наскоро може да се соочи со недостиг на реткоземните елементи.^[51] За неколку години од 2009 година, светската побарувачка за реткоземните елементи се очекува да ја надмине понудата за 40.000 метрички тони годишно, освен ако не се развијат големи нови извори. Во 2013 година било наведено дека побарувачката за ОИР ќе се зголеми поради зависноста на ЕУ од овие елементи, фактот дека реткоземните елементи не можат да се заменат со други елементи и дека РЕЕ имаат ниска стапка на рециклирање. Понатаму, поради зголемената побарувачка и ниската понуда, се очекува идните цени да се зголемат и постои можност и други земји освен Кина да отворат рудници за REE.^[52] Покрај тоа, има над сто тековни рударски проекти со многу опции надвор од Кина.^[53]

Кина

Овие грижи се интензивираа поради активностите на Кина, доминантниот снабдувач.^[54] Поточно, Кина најавила регулативи за извоз и сузбивање на шверцот.^[55] На 1 септември 2009 година, Кина ги објавила плановите да ја намали својата извозна квота на 35.000 тони годишно во 2010-2015 година за да ги зачува оскудните ресурси и да ја заштити животната средина.^[56] На 19 октомври 2010 година, Чајна Дејли, цитирајќи неименуван претставник на Министерството за трговија, објавиле дека Кина „понатамошно ќе ги намали квотите за извоз на реткоземните елементи максимум за 30 проценти следната година за да ги заштити благородните метали од прекумерна експлоатација“.^[57] Владата во Пекинг дополнително ја зголемила својата контрола со принудување на помалите, независни рудари да се спојат во државни корпорации или ќе се соочат со затворање. На крајот на 2010 година, Кина објавила дека првиот круг на извозни квоти во 2011 година за ретки земји ќе биде 14.446 тони, што е намалување за 35% од претходниот прв круг на квоти во 2010 година.^[58] Кина објавила дополнителни извозни квоти на 14 јули 2011 година за втората половина од годината со вкупна распределба на 30.184 тони со вкупното производство ограничено на 93.800 метрички тони.^[59] Во септември 2011 година, Кина објавила стопирање на производството на три од осумте нејзини главни рудници за реткоземните елементи, одговорни за речиси 40% од вкупното кинеско производство на реткоземните елементи.^[60] Во март 2012 година, САД, ЕУ и Јапонија се соочија со Кина во СТО за овие ограничувања за извоз и производство. Кина одговори со тврдења дека ограничувањата имаат на ум заштита на животната средина. ^{[61] [62]} Во август 2012 година, Кина најавила дополнително намалување на производството за 20%.^[63] Соединетите Американски Држави, Јапонија и Европската Унија поднеле заедничка тужба до Светската трговска организација во 2012 година против Кина, тврдејќи дека Кина не треба да може да го негира ваквиот важен извоз.^[62]

Како одговор на отворањето на нови рудници во други земји ( Линас во Австралија и Моликорп во САД), цените на реткоземните елементи паднале.^[64] Цената на диспрозиум оксидот била 994 УСД/кг во 2011 година, но паднала на 265 УСД/кг до 2014 година.^[65]

На 29 август 2014 година, СТО пресуди дека Кина ги прекршила договорите за слободна трговија, а СТО во резимето на клучните наоди рекла дека „вкупниот ефект на странските и домашните ограничувања е да се поттикне домашното извлекување и да се обезбеди преференцијална употреба на тие материјали од кинеските производители“. Кина објавила дека ќе ја спроведе пресудата на 26 септември 2014 година, но ќе и треба малку време за да го стори тоа. До 5 јануари 2015 година, Кина ги укинала сите квоти за извоз на реткоземните елементи, но сепак ќе бидат потребни дозволи за извоз.^[66]

Во 2019 година, Кина обезбедила меѓу 85% и 95% од глобалната побарувачка за 17 прашоци од реткоземните елементи, половина од нив набавени од Мјанмар^. По воениот удар во 2021 година во таа земја, идните резерви на критични руди веројатно биле ограничени. Дополнително, се шпекулирало дека НР Кина повторно би можела да го намали извозот на реткоземните елементи за да се спротивстави на економските санкции наметнати од САД и земјите од ЕУ. Металите од реткоземните елементи служат како клучни материјали за производство на електрични возила и воени апликации за висока технологија.^[67]

Мјанмар (Бурма)

Државата Качин во Мјанмар е најголемиот извор на реткоземните елементи во светот.^[68] Во 2021 година, Кина увезла 300 милиони долари од реткоземните елементи од Мјанмар во декември 2021 година, што надминува 20.000 метрички тони.^[69] Реткоземните елементи биле откриени во близина на војната Панг во населбата Чипви долж границата меѓу Кина и Мјанмар кон крајот на 2010-тите.^[70] Со оглед на тоа што Кина ги затворила домашните рудници поради штетното влијание врз животната средина, таа во голема мера го отстапила ископувањето на реткоземните елементи на државата Качин.^[69] Кинески компании и рудари незаконски основале операции во државата Качин без владини дозволи, и наместо тоа ја заобиколувале централната влада работејќи со милицијата на Силите на граничната стража под Татмадау, порано позната како Нова демократска армија - Качин, која профитирала од оваа екстрактивна индустрија.^{[69] [71]}

Од март 2022, 2.700 базени за собирање рудници расфрлани на 300 одделни локации биле пронајдени во државата Качин, опфаќајќи ја областа на Сингапур, и експоненцијално зголемување од 2016 година.^[72] Земјиштето е одземено и од локалното население за да се извршат рударски операции.

Други земји

Како резултат на зголемената побарувачка и заострените ограничувања на извозот на метали од Кина, некои земји складираат резерви од реткоземните елементи.^[73] Пребарувањата за алтернативни извори во Австралија, Бразил, Канада, Јужна Африка, Танзанија, Гренланд и САД се во тек.^[74] Рудниците во овие земји биле затворени кога Кина ги намалила светските цени во 1990-тите, и ќе бидат потребни неколку години за да се рестартира производството бидејќи има многу бариери за влез.^[55] Значајни локации кои се во развој надвор од Кина се Стеенкампскрал во Јужна Африка, рудникот за реткоземните елементи и ториум од највисок степен во светот, затворен во 1963 година, но се подготвува да се врати во производство.^[75] Над 80% од инфраструктурата е веќе завршена.^[76] Други рудници го вклучуваат проектот Ноланс во Централна Австралија, проектот Планина Бокан во Алјаска, проектот за далечното езеро Хоидас во северна Канада,^[77] и проектот Монт Велд во Австралија.^{[78] [79] [80]} Проектот за езерото Хоидас има потенцијал да обезбеди околу 10% од потрошувачката на REE во вредност од 1 милијарда долари што се случува во Северна Америка секоја година.^[81] Виетнам потпишал договор во октомври 2010 година за снабдување на Јапонија со ретки земји^[82] од нејзината никогаш не бил реализиран поради несогласувања.^[83]

Најголемото наоѓалиште на реткоземни елементи во САД е во Маунтин Пас, Калифорнија, шеесет милји јужно од Лас Вегас. Првично отворен од Molycorp, депозитот е миниран, исклучен и продолжува, од 1951 година. ^{[84] [85]} Второто големо наоѓалиште на REE во Elk Creek во југоисточна Небраска ^[86] се разгледува од страна на NioCorp Development Ltd^[87] кој се надева дека таму ќе отвори рудник за ниобиум, скандиум и титаниум.^[88] Тој рудник можеби ќе може да произведе дури 7200 метрички тони ферониобиум и 95 метрички тони скандиум триоксид годишно,^[89] иако, од 2022 година, финансирањето сè уште е во тек. ^[90]

Во Обединетото Кралство, Пенсана започнала со изградба на нивната фабрика за преработка на реткоземни елементи во вредност од 195 милиони американски долари, која обезбедила финансирање од Фондот за трансформација на автомобилската влада на Обединетото Кралство. Фабриката ќе преработува руда од рудникот Лонгоњо во Ангола и други извори кога ќе станат достапни.^{[91] [92]} Компанијата го насочува производството кон крајот на 2023 година, пред да го зголеми до полн капацитет во 2024 година. Пенсана има за цел да произведе 12.500 метрички тони одвоени реткоземни елелементи, вклучително и 4.500 метрички тони ретки метални магнети.^{[93] [94]}

Исто така, за рударство се разгледуваат локации како што е езерото Тор во северозападните територии и различни локации во Виетнам.^{[95] [96]} Дополнително, во 2010 година, големо наоѓалиште на минерали од реткоземни елементи било откриено во Кванефелд во јужен Гренланд.^[97] Предизводливото дупчење на оваа локација потврдило значителни количини на црн лујаврит, кој содржи околу 1% оксиди од реткоземни елементи (REO).^[98] Европската унија побарала од Гренланд да го ограничи кинескиот развој на проекти за реткоземни елементи таму, но од почетокот на 2013 година, владата на Гренланд изјавила дека не планира да воведе такви ограничувања.^[99] Многу дански политичари изразиле загриженост дека другите нации, вклучително и Кина, би можеле да добијат влијание во слабо населениот Гренланд, со оглед на бројот на странски работници и инвестиции кои би можеле да дојдат од кинески компании во блиска иднина поради законот донесен во декември 2012 година.^[100]

Во централна Шпанија, провинцијата Сиудад Реал, предложениот проект за рударство за реткоземни елементи „Матамулас“ може да обезбеди, според неговите развивачи, до 2.100 Tn/годишно (33% од годишната побарувачка во УЕ). Сепак, овој проект е суспендиран од регионалните власти поради социјални и еколошки проблеми. ^[101]

Додавајќи ги потенцијалните руднички локации, ASX навеле Пеак Ресоурси објавиле во февруари 2012 година дека нивниот проект Нгуала со седиште во Танзанија го содржи не само 6-тото најголемо наоѓалиште по тонажа надвор од Кина, туку и највисоката оценка на елементи од реткоземни елементи од 6.^[102]

Се известува дека Северна Кореја извезла руда од ретки земји во Кина, во вредност од околу 1,88 милиони американски долари во текот на мај и јуни 2014 година.^{[103] [104]}

Во мај 2012 година, истражувачите од два универзитети во Јапонија објавиле дека откриле реткоземни елементи во префектурата Ехиме, Јапонија.^[105]

На 12 јануари 2023 година, шведската државна рударска компанија LKAB објавила дека открила наоѓалиште од над 1 милион метрички тони реткоземни елементи во областа Кируна во земјата, што ќе го направи најголемото вакво наоѓалиште во Европа.^[106]

Кина обработува околу 90% од светските РЕЕ и 60% од светскиот литиум . Како резултат на тоа, Европската унија практично ги увезува сите нејзини елементи од ретка земја од Кина. Законот за критични суровини на ЕУ од 2023 година ги постави на дело потребните прилагодувања на политиката за Европа да започне со производство на две третини од литиум-јонските батерии потребни за електрични возила и складирање енергија.^{[41] [107] [108]} Во 2024 година, проект за ископ на литиум поддржан од ЕУ предизвика големи протести во Србија.^[109]

Во 2024 година, American Rare Earths Inc. откриле дека нејзините резерви во близина на Витленд Вајоминг изнесуваат вкупно 2,34 милијарди метрички тони, веројатно најголемиот во светот и поголем од одвоено наоѓалиште од 1,2 милиони метрички тони во североисточен Вајоминг.^[110]

Во јуни 2024 година, Реткиземни Норвешка откриле наоѓалиште на оксид од реткоземни елементи од 8,8 милиони метрички тони во Телемарк, Норвешка, што го прави најголемото наоѓалиште на ретки елементи во Европа. Рударската фирма предвидела дека ќе го заврши развојот на првата фаза од рударството во 2030 година. ^[111]

Малезиски планови за рафинирање

На почетокот на 2011 година, било објавено дека австралиската рударска компанија Lynas „брза да ја заврши“ рафинеријата за реткоземни од 230 милиони американски долари на источниот брег на индустриското пристаниште Куантан на полуостровот Малезија. Фабриката ќе ја рафинира рудата— концентрат на лантаниди од рудникот Маунт Велд во Австралија. Рудата ќе биде транспортирана со камион во Фримантел и транспортирана со контејнерски брод до Куантан. Во рок од две години, Линас очекувале рафинеријата да може да одговори на речиси една третина од светската побарувачка за материјали од реткоземни елементи, не сметајќи ја Кина.^[112] Развојот на Куантан го обновило вниманието на малезискиот град Букит Мера во Перак, каде што рудникот за реткоземни елементи управуван од подружницата на Mitsubishi Chemical, Asian Rare Earth, бил затворен во 1994 година и оставил постојани еколошки и здравствени проблеми и грижи ^{[113] [114]} Во средината на 2011 година, по протестите, биле објавени ограничувања на малезиската влада на фабриката Линас. Во тоа време, повикувајќи се само на извештаите на Dow Jones Newswire за претплата, во извештајот на Barrons се вели дека инвестицијата на Lynas била 730 милиони американски долари, а проектираниот удел на глобалниот пазар што ќе го пополни изнесува „околу една шестина“.^[115] Независниот преглед инициран од малезиската влада, а спроведен од Меѓународната агенција за атомска енергија (МААЕ) во 2011 година за да одговори на загриженоста за радиоактивни опасности, не покажале неусогласеност со меѓународните стандарди за радијациона безбедност.^[116]

Сепак, малезиските власти потврдиле дека од октомври 2011 година, на Lynas не му била дадена дозвола за увоз на руда од реткоземни елементи во Малезија. На 2 февруари 2012 година, малезискиот AELB (Одбор за лиценцирање на атомска енергија) препорачал на Lynas да му се издаде привремена лиценца за работа под услов да исполнува голем број услови. На 2 септември 2014 година, АЕЛБ на Линас му издале 2-годишна лиценца за целосна оперативна работа.^[117]

На 17 ноември 2024 година, министерот за економија Рафизи Рамли рекол дека се надева оти Малезија ќе може да произведе елементи од реткоземни елементи во рок од три години, преку разговори со Кина за обезбедување технологија.^[118] Во минатото, плановите за ископување на елементи од реткоземни елементи во Кедах предизвикуваа загриженост за уништување на шумските резерви и оштетување на сливните подрачја.^{[119] [120]}

Други извори

Значителни количества на оксиди од ретки земји се пронајдени во јаловината акумулирана од 50-годишното ископување на ураниум, шкрилци и лопарит во Силамае, Естонија.^[121] Поради зголемените цени на реткоземни елементи, екстракцијата на овие оксиди станало економски исплатливо. Земјата моментално извезува околу 3.000 метрички тони годишно, што претставува околу 2% од светското производство.^[122] Слични ресурси се осомничени во западниот дел на Соединетите држави, каде што се верува дека рудниците од времето на златната треска отфрлиле големи количини на реткоземни елементи, бидејќи тие немале никаква вредност во тоа време.^[123]

Океанско рударство

Во јануари 2013 година, јапонски брод за истражување на длабоко море добил седум примероци од јадрото од кал од морското дно на Тихиот Океан на длабочина од 5.600 до 5.800 метри, приближно 250 километри јужно од островот Минами-Тори-Шима.^[124] Истражувачкиот тим открил слој од кал на 2 до 4 метри под морското дно со концентрации до 0,66% оксиди од реткоземни елементи. Потенцијалното наоѓалиште може да се спореди според степенот со депозитите од типот на апсорпција на јони во јужна Кина кои го обезбедуваат најголемиот дел од кинеското производство во рудникот REO, кое степенува во опсег од 0,05% до 0,5% REO.^{[125] [126]}

Отпад и рециклирање

Друг неодамна развиен извор на реткоземни елементи е електронскиот отпад и други отпадоци кои имаат значителни компоненти на реткоземни елементи.^[127] Напредокот во технологијата за рециклирање го направило поевтино екстракцијата на реткоземни елементи од овие материјали.^[128] Фабрики за рециклирање работат во Јапонија, каде што се проценува дека околу 300.000 тони реткоземни елементи се наоѓаат во неискористената електроника.^[129] Во Франција, групата Rhodia формира две фабрики, во Ла Рошел и Сен Фон, кои ќе произведуваат 200 тони реткоземни елементи годишно од искористени флуоресцентни светилки, магнети и батерии.^{[130] [131]} Јагленот^[132] и нуспроизводите од јаглен, како што се пепелта и тињата, се потенцијален извор на критични елементи вклучувајќи ги елементите од реткоземни елементи (REE) со проценети количини во опсег од 50 милиони метрички тони.^[133]

Методи

Едно истражување измешало летечка пепел со саѓи, а потоа испратил пулс на струја од 1 секунда низ смесата, загревајќи ја на 3000 степени. Летечката пепел содржи микроскопски парчиња стакло што ги опфаќа металите. Топлината го крши стаклото, изложувајќи ги реткоземни елементи. Греењето со блиц, исто така, ги претвора фосфатите во оксиди, кои се порастворливи и поекстрабилни. Користејќи хлороводородна киселина во концентрации помали од 1% од конвенционалните методи, процесот извлекол двојно повеќе материјал.^[134]

Својства

Според професорот по хемија Андреа Села, елементите на реткоземните елементи се разликуваат од другите елементи, по тоа што кога ќе се погледнат аналитички, тие се практично неразделни, со речиси исти хемиски својства. Сепак,во однос на нивните електронски и магнетни својства, секој од нив зазема уникатна технолошка ниша што ништо друго не може. На пример, „ретките земјени елементи прасеодимиум (Pr) и неодимиум (Nd) можат да бидат вградени во стаклото и целосно да го отсечатт отсјајот од пламенот кога некој дува стакло“.^[135]

US consumption of REE, 2018^[136]

1. Катализатори, 60% (60%)
2. Ќерамика и стакло, 15% (15%)
3. Полирање, 10% (10%)
4. "друго", 5% (5%)
5. Металургија, 10% (10%)

Употреба

Употребата, апликациите и побарувачката за елементи од реткоземни се прошириле со текот на годините. На глобално ниво, повеќето REE се користат за катализатори и магнети.^[137] Во САД, повеќе од половина од REE се користат за катализатори; керамиката, стаклото и полирањето се исто така главна употреба.

Други важни употреби на елементите од реткоземни елементи се применливи за производство на магнети, легури, очила и електроника со високи перформанси. Ce и La се важни како катализатори и се користат за рафинирање на нафта и како адитиви за дизел. Nd е важен во производството на магнети во традиционалните и нискојаглеродни технологии. Елементите од реткоземни елементи во оваа категорија се користат во електричните мотори на хибридни и електрични возила, генератори во некои турбини на ветер, хард дискови, пренослива електроника, микрофони и звучници. 

Ce, La и Nd се важни во правењето легури и во производството на горивни ќелии и батерии од никел-метал хидрид , Ce, Ga и Nd се важни во електрониката и се користат во производството на LCD и плазма екрани, оптички влакна и ласери,^[138] и во медицинската слика. Дополнителни употреби за елементите од реткоземни елементи се како трагачи во медицински апликации, ѓубрива и во третман на вода.^[28]

РЕЕ се користат во земјоделството за да се зголеми растот на растенијата, продуктивноста и отпорноста на стрес, навидум без негативни ефекти за исхраната на луѓето и животните. REE се користат во земјоделството преку ѓубрива збогатени со REE, што е широко користена практика во Кина.^[139] Покрај тоа, REE се адитиви за добиточна храна што резултирало со зголемено производство како што се поголемите животни и поголемо производство на јајца и млечни производи. Сепак, оваа практика резултирала со биоакумулација на REE во сточарството и влијаела на растот на вегетацијата и алгите во овие земјоделски области. ^[140] Дополнително, иако не се забележани лоши ефекти при сегашните ниски концентрации, ефектите на долг рок и со акумулација со текот на времето се непознати, што предизвикува некои повици за повеќе истражувања за нивните можни ефекти. ^{[139] [141]}

Еколошки размислувања

РЕЕ природно се наоѓаат во многу ниски концентрации во животната средина. Рудниците често се во земји каде еколошките и социјалните стандарди се многу ниски, што доведува до кршење на човековите права, уништување на шумите и контаминација на земјиштето и водата.^{[142] [143]} Општо земено, се проценува дека со екстракција на 1 метрички тон елемент од реткоземни елементи се создаваат околу 2.000 метрички тони отпад, делумно токсичен, вклучително и 1 тон радиоактивен отпад. Најголемата локација за рударство на РЕЕ, Бајан Обо во Кина, произвела повеќе од 70.000 тони радиоактивен отпад, кој ги контаминирал подземните води. ^[144]

Ископувањето на РЕЕ предизвикало контаминација на почвата и водата околу производните области, што влијаело на вегетацијата во овие области со намалување на производството на хлорофил, што влијало на фотосинтезата и го инхибирало растот на растенијата.^[140] Сепак влијанието на контаминацијата со REE врз вегетацијата зависи од растенијата кои се присутни во контаминираната средина: не сите растенија ги задржуваат и апсорбираат REE. Исто така, способноста на вегетацијата да ја внесе REE зависи од типот на REE присутна во почвата, па оттука има мноштво фактори кои влијаат на овој процес.^[145] Земјоделските растенија се главниот тип на вегетација погодена од контаминација со REE во животната средина, двете растенија со поголема шанса за апсорпција и складирање на РЕЕ се јаболката и цвеклото.^[146] Понатаму, постои можност дека РЕЕ може да се исцедат во водната средина и да се апсорбираат од водната вегетација, која потоа може да био-акумулира и потенцијално да влезе во синџирот на исхрана на човекот ако добитокот или луѓето изберат да ја јадат вегетацијата. Пример за оваа ситуација бил случајот со водениот хиацинт ( Eichhornia crassipes) во Кина, каде што водата била загадена поради ѓубриво збогатено со REE што се користело во блиската земјоделска област. Водната средина се контаминирала со цериум и резултирало со тоа што водениот зумбул станал три пати поконцентриран со цериум од неговата околна вода.^[145]

Сателитска слика со лажни бои на рударскиот округ Бајан Обо, 2006 година

Рударството, рафинирањето и рециклирањето на реткоземните елементи имаат сериозни еколошки последици доколку не се управува соодветно. Радиоактивното јаловиште на ниско ниво што произлегува од појавата на ториум и ураниум во руди од реткоземните елементи претставуваат потенцијална опасност ^[147] и несоодветното ракување со овие супстанции може да резултира со голема штета на животната средина. Во мај 2010 година, Кина најави голема, петмесечна акција за сузбивање на нелегалното ископување со цел да се заштити животната средина и нејзините ресурси. Оваа кампања се очекува да биде концентрирана на југ,^[148] каде што се рудниците– најчесто мали, рурални и со нелегални операции– се особено склони кон испуштање токсичен отпад во општото водоснабдување.^{[149] [150]} Сепак, дури и големата операција во Баотоу, во Внатрешна Монголија, каде што голем дел од светските резерви на реткоземните елементи се рафинирани, предизвикале голема еколошка штета.^[151] Кинеското Министерство за индустрија и информатичка технологија проценило дека трошоците за чистење во провинцијата Џиангси изнесуваат 5,5 милијарди долари.^[143]

Сепак, можно е да се филтрираат и да се повратат сите реткоземни елементи што течат со отпадните води од рударските капацитети. Меѓутоа, таквата опрема за филтрирање и враќање не може секогаш да биде присутна на излезите што ја носат отпадната вода.^{[152] [153] [154]}

REE се меѓу најкритичните елементи за модерните технологии и општеството. И покрај ова, обично само околуу 1% од ОИР се рециклираат од крајните производи.^[155] Рециклирањето и повторното користење на REE не е лесно. Овие елементи се претежно присутни во мали количини во мали електронски делови и тешко се одвојуваат хемиски.^[156] На пример, обновувањето на неодимиумот бара рачно расклопување на хард дисковите бидејќи со распарчувањето на дисковите се обновуваат само 10% од REE. ^[157]

Влијание на контаминација со REE

На вегетацијата

Ископувањето на РЕЕ предизвикало контаминација на почвата и водата околу производните области, што влијаело на вегетацијата во овие области со намалување на производството на хлорофил, што влијаело на фотосинтезата и го инхибирало растот на растенијата.^[158]

На човековото здравје

Хемиските својства на REE се толку слични што се очекува да покажат слична токсичност кај луѓето. Студиите за смртност покажуваат дека REE не се многу токсични.^[159] Долготрајното (18 месеци) вдишување на прашина што содржи високи нивоа (60%) на REE се покажало дека предизвикува пневмокониоза, но механизмот е непознат.^[159]

Во Гренланд, постои значителен спор околу тоа дали да се започне нов рудник за ретки земји во Кванефелд поради еколошки грижи. ^[160]

Геополитички размислувања

Глобални трендови на производство на оксид од реткоземни елементи, 1956-2008 (USGS)

Кина официјално ги навела осиромашувањето на ресурсите и загриженоста за животната средина како причини за репресија на национално ниво против нејзиниот сектор за производство на минерали од реткоземни елементи.^[60] Сепак, на кинеската политика за ретки земји и се припишуваат нееколошки мотиви.^[151] Според Економист, „Намалување на нивниот извоз на метали од реткоземни елементи... се работи за придвижување на кинеските производители најгоре во синџирот на снабдување, за да можат да продаваат вредни готови производи на светот наместо суровини ^[161] (Сите рафинерии и погони за преработка кои ја трансформираат суровата руда во вредни елементи.^[162] ) Според зборовите на Денг Ксијаопинг, кинески политичар од доцните 1970-ти до крајот на 1980-тите, „Блискиот исток има нафта,; ние имаме реткоземни елементи... тоа е од исклучително важно стратешко значење; мораме да бидеме сигурни дека ќе го искористиме најреткото прашање на земјата, предноста на земјата во ресурсите на реткоземни елементи“.^[163]

Еден можен пример за контрола на пазарот е поделбата на General Motors која се занимава со минијатуризирани истражувања на магнети, која ја затвори својата канцеларија во САД и го пресели целиот свој персонал во Кина во 2006 година^[164] (Кинеската извозна квота се однесува само на металот, но не и на производите направени од овие метали, како што се магнетите).

Било објавено,^[165] но официјално негирале,^[166] дека Кина вовела забрана за извоз на пратки на оксиди од реткоземни минерали (но не и легури) во Јапонија на 22 септември 2010 година, како одговор на апсењето на капетан на кинески рибарски брод од страна на јапонската крајбрежна стража . ^[62] На 2 септември 2010 година, неколку дена пред инцидентот со рибарски брод, Економист објавил дека „Кина... во јули го објавила последното во серијата годишни намалувања на извозот, овој пат за 40% до точно 30.258 тони.“^{[167] [62]}

Министерството за енергетика на Соединетите Американски Држави во својот извештај за Стратегија за критични материјали од 2010 година го идентификувало диспрозиумот како елемент кој бил најкритичен во однос на увозот.^[168]

Се тврди дека геополитичкото значење на реткоземните елементи е претерано во литературата за геополитиката на обновливите извори на енергија, потценувајќи ја моќта на економските стимулации за проширено производство.^{[169] [170]} Ова особено се однесува на неодимиум. Поради неговата улога во постојаните магнети што се користат за турбините на ветер, се тврди дека неодимиумот ќе биде еден од главните објекти на геополитичката конкуренција во светот кој работи на обновлива енергија. Но, оваа перспектива била критикувана поради тоа што не препознале дека повеќето турбини на ветер имаат запчаници и не користат постојани магнети.^[170]

Во популарната култура

Заплетот на сега класичниот меѓународен крими-трилер на Ерик Амблер, „Валкана приказна“ од 1967 година (наречен „Овој пиштол за изнајмување“, но не треба да се меша со филмот „Овој пиштол за изнајмување“ (1942)) ја прикажува борбата меѓу два ривалски рударски картели за контрола на парцела во измислена африканска земја, која содржи многу богати депозити.^[171]

Поврзано

Список на елементи кои се соочуваат со недостиг

Материјален пасош: ги наведува употребените материјали во производите

Пенсана сол

Благороден метал

Магнет од реткоземни

Минерал од реткоземни