Retzemju elementi (REE): definīcija, lantanīdi, skandijs un itrijs

Šeit ir sniegta tabula, kurā uzskaitīti septiņpadsmit retzemju elementi, to atomu skaits un simbols, nosaukuma izcelsme un daži to izmantošanas veidi. Dažu retzemju elementu nosaukumi ir doti to zinātnieku vārdā, kuri tos atklājuši, bet dažu nosaukumu pamatā ir to atklāšanas vieta.

Retzemju elementi ir smagāki par dzelzi. Tos iegūst supernovās (sprāgstošās zvaigznēs). Dabā, daloties urānam-238, rodas ļoti neliels daudzums radioaktīvā prometija. Lielākā daļa prometija tiek radīta sintētiski kodolreaktoros.

Retzemju elementi laika gaitā mainās nelielos daudzumos (ppm, parts per million). To proporciju var izmantot ģeoloģiskajā datēšanā un fosiliju datēšanā.

Retzemju elementi bieži sastopami kopā. Promēcija visilgāk dzīvojošā izotopa pusperiods ir 17,7 gadi. Tāpēc šis elements dabā sastopams tikai ļoti nelielos daudzumos. Prometijs ir viens no diviem elementiem, kam nav stabilu (neradioaktīvu) izotopu un kam seko stabili elementi (otrs ir tehnecijs).

Tā kā visi lantanīdi ir maza izmēra, retzemju elementus vienmēr ir bijis grūti atdalīt. Pat ģeoloģiskā laika eonu laikā lantanīdu atdalīšana dabā tikai retos gadījumos ir tikusi tālāk par vieglo un smago lantanīdu atdalīšanu, kas pazīstami kā cerija un itrija zemes. Šī ģeohīmiskā atdalīšana ir parādīta pirmajos divos atklātajos retzemju metālos. Tie bija itrijs 1794. gadā un cerijs 1803. gadā. Kad tos pirmo reizi atrada, katrs no tiem bija visu retzemju maisījums. Pasaulē ir atrodami un tiek izmantoti lieli cērija metālu rūdu krājumi. Itrija rūdas atradnes ir retākas. Tie parasti ir arī mazāki un mazāk koncentrēti.

Līdz 1948. gadam lielākā daļa retzemju metālu pasaulē tika iegūti no smilšu atradnēm Indijā un Brazīlijā. Pagājušā gadsimta 50. gados Dienvidāfrikā ieguva lielāko daļu pasaules retzemju. Tas notika pēc tam, kad tur tika atrastas lielas retzemju minerālu dzīslas. Sešdesmitajos gados līdz pat astoņdesmitajiem gadiem vadošais ražotājs bija raktuves Kalifornijā. Mūsdienās Indijas un Dienvidāfrikas atradnēs joprojām iegūst retzemju koncentrātus, taču tie ir ļoti nelieli, salīdzinot ar Ķīnā saražoto daudzumu. Ķīna ir saražojusi vairāk nekā 95 % pasaules retzemju krājumu. Lielākā daļa no tā tika veikta Iekšējā Mongolijā, lai gan tai bija tikai 37 % no pierādītajām rezervēm. Lai gan kopš tā laika tiek apgalvots, ka līdz 2012. gadam šie skaitļi ir samazinājušies līdz 90 % un 23 %. Visi pasaules smagie retzemju metāli (piemēram, disprozijs) nāk no Ķīnas retzemju avotiem, piemēram, no polimetāliskā Bayan Obo atradnes. Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģijas dienests (USGS) 2010. gadā publicēja pētījumu, kurā konstatēja, ka ASV ir 13 miljoni metrisko tonnu retzemju elementu.

Jaunais pieprasījums pēc šiem elementiem ir lielāks nekā to piedāvājums. Pasaulē drīzumā var rasties retzemju elementu trūkums. Paredzams, ka pēc vairākiem gadiem, sākot no 2009. gada, pasaules pieprasījums pēc retzemju elementiem katru gadu par 40 000 tonnu pārsniegs piedāvājumu, ja vien netiks izstrādāti jauni avoti.

Ķīna

Šīs bažas ir kļuvušas vēl lielākas Ķīnas rīcības dēļ. Ķīna ir paziņojusi, ka tā ieviesīs eksporta noteikumus un strādās, lai apturētu kontrabandu. Ķīna 2009. gada 1. septembrī paziņoja, ka 2010.-2015. gadā samazinās eksporta apjomu līdz 35 000 tonnām gadā. Ķīna paziņoja, ka tas tiek darīts, lai taupītu retos resursus un aizsargātu vidi. China Daily 2010. gada 19. oktobrī ziņoja, ka Ķīna "nākamajā gadā vēl vairāk samazinās retzemju eksporta kvotas - ne vairāk kā par 30 %, lai aizsargātu dārgmetālus no pārmērīgas izmantošanas". Ķīna 2010. gada beigās paziņoja, ka 2011. gada pirmajā reto metālu eksporta kārtā retzemju metālu eksporta apjoms būs 14 446 tonnas. Tas bija par 35 % mazāk nekā 2010. gada pirmajā eksporta kārtā. Ķīna 2011. gada septembrī paziņoja, ka tā pārtrauc ražošanu trijās no astoņām retzemju metālu raktuvēm. Šajās raktuvēs saražoja gandrīz 40 % no Ķīnas kopējās retzemju produkcijas. Ķīna 2012. gada augustā paziņoja, ka ražošana tiks samazināta vēl par 20 %.

Ārpus Ķīnas

Pieaugošā pieprasījuma un Ķīnas metālu eksporta ierobežojumu dēļ dažas valstis uzkrāj retzemju resursu krājumus. Tiek meklēti jauni avoti Austrālijā, Brazīlijā, Kanādā, Dienvidāfrikā, Tanzānijā, Grenlandē un ASV. Minētajās valstīs tika slēgtas raktuves, kad Ķīna 90. gados samazināja pasaules cenas. Lai atsāktu ražošanu, būs vajadzīgi daži gadi.

Eiropas Savienība ir aicinājusi Dānijas protektorātu Grenlandi ierobežot Ķīnas īstenotos projektus retzemju metālu ieguves jomā, jo Ķīna nodrošina 95 % no pasaules pašreizējā piedāvājuma. Kopš 2013. gada sākuma Grenlandes valdība ir paziņojusi, ka neplāno noteikt šādus ierobežojumus.

Kodolenerģijas pārstrāde ir vēl viens iespējams retzemju vai citu elementu avots. Urāna vai plutonija kodola skaldīšana rada daudzus elementus, kā arī visus to izotopus. Tomēr maz ticams, ka to radīšanu var veikt droši un ekonomiski, jo daudzi no šiem izotopiem ir radioaktīvi.

Pārstrāde

Vēl viens retzemju metālu avots ir elektroniskie atkritumi un citi atkritumi, kuros ir liels daudzums retzemju metālu sastāvdaļu. Jaunie sasniegumi pārstrādes tehnoloģijās ir atvieglojuši retzemju iegūšanu no šiem materiāliem. Šobrīd Japānā darbojas pārstrādes rūpnīcas, kurās ir aptuveni 300 000 tonnu retzemju, kas atrodas neizmantotā elektronikā. Francijā Rhodia grupa veido divas rūpnīcas Larošelā un Senfonā. Šajās rūpnīcās no izlietotajām luminiscences spuldzēm, magnētiem un baterijām gadā saražos 200 tonnas retzemju elementu.

Ģeopolitiskie apsvērumi

Ķīna ir paziņojusi, ka resursu izsīkšana un bažas par vidi ir iemesli, kāpēc valstī pastiprināti kontrolē retzemju minerālu ražošanu. Ķīnas retzemju retzemju politiku var izskaidrot arī ar vidi nesaistītiem iemesliem. Kā raksta The Economist, "samazinot retzemju metālu eksportu... runa ir par to, kā Ķīnas ražotājus virzīt uz augšu piegādes ķēdē, lai tie varētu pārdot pasaulei vērtīgas gatavās preces, nevis zemas kvalitātes izejvielas."

Amerikas Savienoto Valstu Enerģētikas departaments savā 2010. gada ziņojumā par kritisko materiālu stratēģiju norādīja, ka disprozijs ir viskritiskākais elements, kas ir atkarīgs no importa.

ASV Ģeoloģiskā dienesta un ASV Iekšlietu ministrijas 2011. gada ziņojumā "Ķīnas retzemju rūpniecība" (China's Rare-Earth Industry) aplūkotas nozares tendences Ķīnā. Tajā aplūkota valsts politika, kas var noteikt valsts ražošanas nākotni. Ziņojumā teikts, ka pēdējo divdesmit gadu laikā Ķīnas vadošā loma retzemju minerālu ražošanā ir pieaugusi. Ķīna 1990. gadā saražoja tikai 27 % šādu minerālu. Pasaules ražošana 2009. gadā bija 132 000 metrisko tonnu. Ķīna saražoja 129 000 no šīm tonnām. Saskaņā ar ziņojumu jaunākie dati liecina, ka Ķīna palēninās šādu materiālu eksportu uz pasauli: "Ņemot vērā iekšzemes pieprasījuma pieaugumu, valdība pēdējos gados ir pakāpeniski samazinājusi eksporta kvotas." Ķīna 2006. gadā atļāva eksportēt 47 vietējiem retzemju metālu ražotājiem un tirgotājiem un 12 Ķīnas un ārvalstu retzemju metālu ražotājiem. Līdz 2011. gadam bija tikai 22 vietējie retzemju metālu ražotāji un tirgotāji un 9 Ķīnas un ārvalstu retzemju metālu ražotāji. Valdības turpmākā politika, visticamāk, saglabās stingru kontroli: "Saskaņā ar Ķīnas retzemju metālu attīstības plāna projektu retzemju metālu ražošanu gadā laikposmā no 2009. līdz 2015. gadam var ierobežot līdz 130 000-140 000 [metrisko tonnu]. Retzemju produktu eksporta kvota var būt aptuveni 35 000 [metrisko tonnu], un valdība var atļaut 20 vietējiem retzemju ražotājiem un tirgotājiem eksportēt retzemju produktus."

Amerikas Savienoto Valstu Ģeoloģiskais dienests meklē retzemju atradnes Afganistānas dienvidos ASV militāro spēku aizsardzībā. Kopš 2009. gada USGS ir veicis attālinātus pētījumus, kā arī lauka darbus, lai pārbaudītu padomju apgalvojumus, ka Helmandas provincē, netālu no Khanneshin ciemata, ir vulkāniskie ieži, kas satur retzemju metālus. USGS ir atradusi akmeņu apgabalu izmiruša vulkāna centrā, kurā ir viegli retzemju elementi, tostarp cerijs un neodīms. Tā ir kartējusi 1,3 miljonus tonnu derīgo iežu. Pie pašreizējā pieprasījuma līmeņa tas ir aptuveni 10 gadu piedāvājums. Pentagons ir aplēsis, ka tā vērtība ir aptuveni 7,4 miljardi ASV dolāru.

Retzemju elementu cenas

Retzemju elementi netiek tirgoti biržā tāpat kā dārgmetāli (piemēram, zelts un sudrabs) vai krāsainie metāli (piemēram, niķelis, alva, varš un alumīnijs). Tā vietā tos pārdod privātajā tirgū. Tāpēc to cenas ir grūti uzraudzīt un izsekot. Tomēr cenas periodiski tiek publicētas tīmekļa vietnēs, piemēram, mineralprices.com. 17 elementi parasti netiek pārdoti tīrā veidā. Tos parasti izplata dažādas tīrības pakāpes maisījumos, piemēram, "metālisks neodīms ≥ 99,5 %". tāpēc cenas var atšķirties atkarībā no galalietotājam nepieciešamā daudzuma un kvalitātes.