فلزات نادر خاکی، عناصری پراکنده اما زیاد

عناصر خاکی کمیاب یا فلزهای خاکی کمیاب به ۱۷عنصر شیمیایی از جدول تناوبی گفته می‌شود که از پانزده عنصر لانتانیدها و دو عنصر اسکاندیم و ایتریم تشکیل شده‌اند. این عناصر از نظر شیمیایی بسیار شبیه به هم هستند، اما دارای خواص الکتریکی و مغناطیسی متفاوتی هستند. این عناصر عبارتند از اسکاندیم(Sc)، ایتریم(Y)، لانتان (La)، سریم (Ce)، پرازئودیمیم (Pr)، نئودیمیم (Nd)، پرومتیم(Pm)، ساماریم (Sm)، یوروپپیم (Eu)، گادولینیم (Gd)، تربیم(Tb)، دیسپروزیم(Dy)، هولمیم(Ho)، اربیم(Er)، تولیم (Tm)، ایتربیم (Yb)، لوتتیم.(Lu) این عناصر بر اساس میزان تولید و تقاضا و همچنین کاربردهای فیزیکی و شیمیایی آنها به دو دسته عناصر نادر خاکی سبک (LREE) و عناصر نادر خاکی سنگین(HREE) تقسیم میشوند.

کارل اکسل آرنیوس دانشمند سوئدی برای نخستین بار موفق به کشف ماده‌ای معدنی شد که حاوی مجموعه‌ای از عناصر نادر کمیاب بود. این ماده معدنی که یتربایت نام گرفت برای تجزیه به فنلاند فرستاده شد که در نتیجه منجر به کشف چهار عنصر مختلف نادر خاکی: ایتریم، تربیم، اربیم و ایتربیم و در نهایت دیگر عناصر خاکی کمیاب از جمله: اسکاندیم، لانتانیم، سریم، نئودیمیوم و تالیم شد.

این عناصر علیرغم اسم شان(نادر خاکی) در زمین به وفور یافت می‌شوند اما از آنجا که به صورت بسیار پراکنده در زمین تجمع پیدا کرده اند، بهره‌برداری و جمع آوری آنها بسیار پیچیده و پر هزینه می‌باشد. از این رو برای بهره‌برداری اقتصادی این عناصر، از رسوبات این عناصر که کانی خاک کمیاب نامیده می‌شود استفاده می‌شود. از جمله مهم‌ترین کانی‌های حاوی این عناصر میتوان به باستانزیت (Bastansite)، مونازیت (Monazite)، زنوتایم (Xenotime) اشاره کرد. به علاوه پاراژنز بودن این عناصر و ترکیب آنها با بعضی از مواد معدنی از جمله آهن، فسفات‌ها و مواد پرتوزا و دیگر مواد معدنی، موجب سختی فرآیند فرآوری و استحصال آنها می‌شود.

بر اساس گزارشی از USGS کل منابع اکسیدهای عناصر نادر خاکی جهان ۸۸ میلیون تن برآورد شده است که حدود ۳۱ درصد از آن متعلق به کشور چین می‌باشد، بعد از چین، ایالت متحده امریکا، هند، مالزی و استرالیا دارای بیشترین بهره از این منابع بوده و سهم سایر کشورها از کل ذخایر به حدود ۲۵ درصد می‌رسد.

ضمن اینکه امروزه چین ۸۱ درصد از مصرف عناصر نادر خاکی کل جهان را تولید می‌کند.

مصرف سالانه این عناصر بیش از صد هزار تن گزارش شده است که به دلیل کاربرد وسیع آنها در صنایع جدید رو به افزایش می‌باشد. از این رو تحت عنوان "عناصر استراژیک " نیز شناخته می‌شوند.

با وجود تنوع موارد مصرف این عناصر، بیشترین جنبه‌های کاربردی آنها را می‌توان اینگونه بیان کرد:

۱. کاربردهای الکترونیکی و مغناطیسی

۲. کاربرد درصنایع شیشه، سرامیک و فلزکاری

۳. کاربردهای کاتالیستی و شیمیایی

REEها ( عناصر نادر خاکی) کاربرد وسیعی در بخش‌های انرژی‌های نو را به خود اختصاص می‌دهند به عنوان مثال در باتری‌های نیکلی هیبریدی که قابلیت شارژ دوباره را دارند، استفاده میشوند؛ همچنین در خودروهای الکتریکی وهیبریدی، لپ تاپ ها، دوربین‌های دیجیتال، فیبرهای نوری، تلسکوپ و دوربین‌های صحرایی کاربرد دارند.

همچنین از این عناصر به عنوان ترکیبات سایا در صنعت شیشه، سنگ‌های قیمتی و تراشه‌های کامپیوتری، کاتالیست‌ها و ترانسیزتورها استقاده می‌شوند و در لامپ‌های فلورسنت برای ایجاد نور سبز رنگ به کار می‌روند ضمن اینکه در لامپ‌های کم مصرف، آلیاژهای فلزی با مقاومت بالا و پوشش‌های مقاوم به حرارت بالا کاربرد دارند.

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای فلزات نادر خاکی ساخت آهنرباهای دائمی می‌باشد. نئودیمیم در تولید آهنربا بسیار مهم است.

سریم، گادولینیم و نئودیمیم در کاربردهای الکتریکی برای تولید صفحه نمایش LCD و پلاسما، فیبر نوری، لیزر و تصویربرداری زشکی مورد استفاده قرار میگیرد.

استفاده‌های دیگر عناصر خاکی کمیاب ردیابی در کاربردهای پزشکی، بارورسازی و تصفیه آب است.