La ricerca di elementi di terre rare

Nel marzo 2012 l'UE, gli Stati Uniti e il Giappone hanno presentato congiuntamente denunce all'Organizzazione mondiale del commercio (OMC), sostenendo che la Cina si stava impegnando in pratiche sleali relative all'esportazione di elementi delle terre rare (REE). I REE sono un gruppo di 17 elementi chimici che possono essere sfruttati in una vasta gamma di tecnologie moderne, dagli smartphone ai televisori. Nel 2012 circa il 95% dei REE mondiali era estratto in Cina e i partner commerciali di quel paese erano incensati per quello che percepivano come lo sfruttamento cinese del suo monopolio, inclusa l'imposizione di quote di esportazione. In risposta alle denunce dell'OMC, la Cina ha affermato che stava limitando le esportazioni in modo che la sua industria REE potesse riparare i danni ambientali causati da anni di produzione incontrollata. Inoltre, il paese aveva bisogno di gestire le risorse finite di REE per rifornire la propria industria ad alta tecnologia.

Proprietà uniche, applicazioni high-tech.

Dal punto di vista di un chimico, i REE sono costituiti da elementi lantanoidi - una qualsiasi delle serie di 15 elementi chimici consecutivi nella tabella periodica dal lantanio al lutezio - oltre a 2 elementi del gruppo 3 della tavola periodica, scandio e ittrio. A causa delle loro strutture elettroniche, questi elementi presentano proprietà magnetiche, ottiche e catalitiche uniche. In pratica, di solito vengono combinati con altri elementi per formare composti e leghe accuratamente personalizzati, che vengono quindi utilizzati per applicazioni specifiche. Nel 2012 la crescente importanza di queste applicazioni aveva aumentato la domanda di REE sottostanti e quindi il loro valore. Esempi di applicazioni REE includono:

• Materiali catalitici, che accelerano i processi chimici senza essere consumati nei processi stessi. I catalizzatori a base di lantanio e cerio, ad esempio, vengono utilizzati nella raffinazione del petrolio greggio. I catalizzatori a base di cerio si trovano anche nei convertitori catalitici utilizzati nei veicoli a motore per ridurre le emissioni di inquinanti.

• Materiali magnetici, che vengono utilizzati nei magneti permanenti che compaiono in un'ampia varietà di applicazioni industriali e high-tech. Le leghe a base di neodimio e samario producono le massime resistenze magnetiche di qualsiasi materiale a magnete permanente noto. Questa proprietà consente la miniaturizzazione dei componenti magnetici e quindi dei dispositivi che contengono tali componenti, come telefoni cellulari e unità disco fisso. La capacità di questi materiali di resistere alla smagnetizzazione da parte del calore e di altri fattori significa che possono essere utilizzati in condizioni operative difficili, il che è particolarmente importante nei motori elettrici e nei generatori.

• Materiali fosforici, che emettono luce dopo l'esposizione a elettroni o radiazioni ultraviolette. I fosfori contenenti europio, terbio e ittrio sono particolarmente efficaci nel produrre lunghezze d'onda della luce molto specifiche utilizzando in modo efficiente l'elettricità. I materiali fosforici sono ampiamente utilizzati in schermi di computer a schermo piatto e televisori, telefoni cellulari, tablet e altri dispositivi elettronici. Si trovano anche nelle luci fluorescenti compatte, che stanno gradualmente sostituendo le lampadine a incandescenza meno efficienti.

I materiali magnetici e fosforici stanno trovando una domanda crescente a causa del loro uso in componenti e dispositivi relativi all'energia "verde" o sostenibile. Gli Stati Uniti e altri paesi hanno ritenuto prioritario garantire l'accesso ai REE utilizzati in qualsiasi futura produzione e utilizzo su larga scala di veicoli elettrici, turbine eoliche di nuova generazione e dispositivi ad alta efficienza energetica.

Risorse minerarie.

Sebbene ogni REE abbia le sue proprietà, come gruppo gli elementi sono chimicamente simili. Di conseguenza, tendono a trovarsi insieme in natura, legati all'interno di determinati minerali specifici che si verificano in una varietà limitata di tipi di roccia. Le somiglianze chimiche del gruppo significano che una volta che sono stati trovati e scavati da terra, è una sfida significativa per i produttori separare i singoli REE l'uno dall'altro. Nel corso degli anni sono stati sviluppati numerosi processi per superare questa sfida. L'estrazione con solvente è diventata il processo di scelta, in quanto consente ai produttori di produrre singoli prodotti in terre rare con livelli di purezza relativamente elevati.

Minerali di rilievo REE che si trovano nei giacimenti di minerale sono bastnaesite, monazite, loparite, xenotime e argille di laterite. Tra gli elementi ci sono raggruppamenti che diventano importanti quando si considera la loro presenza geologica, elaborazione e sfruttamento commerciale. I REE leggeri (LREE; lantanio attraverso il neodimio) possono essere trovati in maggiore abbondanza rispetto ai REE medi (MREE; samario attraverso il gadolinio) e ai REE pesanti (HREE; ittrio e terbio attraverso il lutezio), sebbene quasi tutti i REE si trovino tipicamente in quantità variabili in qualsiasi deposito di minerali. Le eccezioni sono lo scandio, che in genere si trova separato dagli altri REE, e il prometio, un elemento radioattivo instabile prodotto solo dalla fissione di altri elementi e quindi non presente in natura.

Il dominio cinese sulla produzione di REE iniziò negli anni '80 e negli anni '90 quasi tutta la produzione in altre parti del mondo era cessata. La Cina potrebbe produrre REE a basso costo a causa di manodopera a basso costo e scarsa preoccupazione per il controllo e la mitigazione dell'inquinamento. Inoltre, i produttori della Cina settentrionale potrebbero estrarre LREE come sottoprodotto dell'estrazione del minerale di ferro, riducendo ulteriormente i costi di produzione. Infine, MREE e HREE (M / HREE) sono stati scoperti nella Cina meridionale sotto forma di argille di laterite o argille di adsorbimento ionico, un tipo di formazione geologica che potrebbe essere unica al mondo. La natura di queste argille ha permesso la facile produzione di M / HREE nonostante il loro verificarsi in concentrazioni relativamente basse e i mezzi un po 'primitivi inizialmente utilizzati per sfruttarli.