Terre rare

Elenco degli elementi delle terre rare

Una tabella che elenca i diciassette elementi delle terre rare, il loro numero atomico e simbolo, l'origine dei loro nomi, e alcuni dei loro usi è fornita qui. Alcune delle terre rare prendono il nome dagli scienziati che le hanno scoperte, e alcune sono nominate in base a dove sono state scoperte.

Z	Simbolo	Nome	Nome Origine	Applicazioni selezionate
21	Sc	Scandio	dalla Scandinavia, dove è stato scoperto il primo minerale di terre rare.	La lega leggera di alluminio e scandio è usata per i componenti aerospaziali. È anche un additivo in alcune lampade.
39	Y	Ittrio	dopo il villaggio di Ytterby, Svezia, dove è stato scoperto.	L'ittrio si trova in alcuni laser e fosfori televisivi. Ha anche applicazioni nei superconduttori ad alta temperatura e nei filtri a microonde.
57	La	Lantanio	dal greco "lanthanein", che significa essere nascosto.	Vetro ad alto indice di rifrazione, pietra focaia, stoccaggio di idrogeno, elettrodi per batterie, lenti per macchine fotografiche, catalizzatore di cracking catalitico fluido per raffinerie di petrolio
58	Ce	Cerio	dopo il pianeta nano Cerere, che prende il nome dalla dea romana dell'agricoltura.	Ossidante chimico, polvere lucidante, colori gialli in vetro e ceramica, catalizzatore per forni autopulenti, catalizzatore di cracking catalitico fluido per raffinerie di petrolio, selci per accendini
59	Pr	Praseodimio	Dal greco "prasios", che significa porro-verde, e "didymos", che significa gemello.	Magneti di terre rare, laser, materiale del nucleo per l'illuminazione ad arco di carbonio, colorante, additivo nel vetro usato negli occhiali da saldatura,
60	Nd	Neodimio	dal greco "neos", che significa nuovo, e "didymos", che significa gemello.	Magneti di terre rare, laser, colori violetti in vetro e ceramica, condensatori in ceramica
61	Pm	Prometeo	dal Titano Prometeo, che portò il fuoco ai mortali.	Batterie nucleari
62	Sm	Samario	dopo Vasili Samarsky-Bykhovets, che ha scoperto il minerale di terre rare samarskite.	Magneti di terre rare, laser,
63	Eu	Europium	dopo il continente europeo.	Fosfori rossi e blu, laser, lampade a vapori di mercurio,
64	Gd	Gadolinio	dopo Johan Gadolin (1760-1852), per onorare la sua indagine sulle terre rare.	Magneti di terre rare, vetro ad alto indice di rifrazione o granati, laser, tubi a raggi X, memorie per computer, cattura di neutroni, agenti di contrasto per la risonanza magnetica |-
65	Tb	Terbio	dopo il villaggio di Ytterby, in Svezia.	Fosfori verdi, laser, lampade fluorescenti
66	Dy	Disprosio	dal greco "dysprositos", che significa difficile da ottenere.	Magneti di terre rare, laser
67	Ho	Olmio	dopo Stoccolma (in latino, "Holmia"), città natale di uno dei suoi scopritori.	Laser
68	Er	Erbium	dopo il villaggio di Ytterby, in Svezia.	Laser, acciaio al vanadio
69	Tm	Tulio	dopo la mitologica terra settentrionale di Thule.	Macchine a raggi X portatili
70	Yb	Itterbio	dopo il villaggio di Ytterby, in Svezia.	Laser a infrarossi, agente riducente chimico
71	Lu	Lutezio	dopo Lutetia, la città che divenne poi Parigi.	Dispositivi medici, vetro ad alto indice di rifrazione

Origine

Gli elementi terrestri rari sono più pesanti del ferro. Sono prodotti dalle supernovae (stelle che esplodono). In natura, la fissione dell'uranio-238 crea quantità molto piccole di promezio radioattivo. La maggior parte del promezio è creato sinteticamente nei reattori nucleari.

Gli elementi terrestri rari cambiano nel tempo in piccole quantità (ppm, parti per milione). La loro proporzione può essere usata per la datazione geologica e la datazione dei fossili.

Distribuzione geologica

Gli elementi delle terre rare si trovano spesso insieme. L'isotopo più longevo del promezio ha un tempo di dimezzamento di 17,7 anni. A causa di questo, l'elemento esiste in natura solo in quantità molto piccole. Il promezio è uno dei due elementi che non hanno isotopi stabili (non radioattivi) e sono seguiti da elementi stabili (l'altro è il tecnezio).

Poiché tutti i lantanidi hanno dimensioni simili, gli elementi delle terre rare sono sempre stati difficili da separare. Anche con eoni di tempo geologico, la separazione dei lantanidi in natura è andata solo raramente oltre la separazione tra lantanidi leggeri e pesanti, altrimenti noti come le terre di cerio e ittrio. Questa separazione geochimica è mostrata nelle prime due terre rare che sono state scoperte. Queste erano l'ittrio nel 1794 e la ceria nel 1803. Quando furono scoperte per la prima volta, ciascuna era una miscela di tutte le terre rare. Grandi giacimenti di terre di cerio si trovano in tutto il mondo e vengono sfruttati. I giacimenti di ittrio sono più rari. Inoltre, sono solitamente più piccoli e meno concentrati.

Produzione globale di terre rare

Fino al 1948, la maggior parte delle terre rare del mondo proveniva da depositi di sabbia in India e Brasile. Negli anni '50, il Sudafrica ha estratto la maggior parte delle terre rare del mondo. Questo è successo dopo che sono state trovate grandi vene di un minerale portatore di terre rare. Negli anni '60 fino agli anni '80, una miniera in California era il principale produttore. Oggi, i depositi indiani e sudafricani producono ancora alcuni concentrati di terre rare, ma sono molto piccoli rispetto alla quantità prodotta in Cina. La Cina ha prodotto più del 95% della fornitura mondiale di terre rare. La maggior parte di questo è stato fatto nella Mongolia Interna, anche se aveva solo il 37% delle riserve provate. Anche se si dice che queste cifre sono scese al 90% e al 23% entro il 2012. Tutte le terre rare pesanti del mondo (come il disprosio) provengono da fonti cinesi di terre rare come il deposito polimetallico di Bayan Obo. Nel 2010, lo United States Geological Survey (USGS) ha pubblicato uno studio che ha trovato che gli Stati Uniti hanno 13 milioni di tonnellate di elementi delle terre rare.

La nuova domanda di questi elementi è più alta della loro offerta. Il mondo potrebbe presto affrontare una carenza di terre rare. In diversi anni a partire dal 2009, la domanda mondiale di elementi delle terre rare dovrebbe superare l'offerta di 40.000 tonnellate ogni anno, a meno che non vengano sviluppate nuove fonti.

Cina

Queste preoccupazioni sono diventate più grandi a causa delle azioni della Cina. La Cina ha detto che metterà dei regolamenti sulle esportazioni e lavorerà per fermare il contrabbando. Il 1° settembre 2009, la Cina ha detto che abbasserà le sue esportazioni a 35.000 tonnellate all'anno nel 2010-2015. La Cina ha detto che questo è stato fatto per conservare le risorse rare e proteggere l'ambiente. Il 19 ottobre 2010 il China Daily ha riferito che la Cina "ridurrà ulteriormente le quote per le esportazioni di terre rare del 30% al massimo l'anno prossimo per proteggere i metalli preziosi da uno sfruttamento eccessivo". Alla fine del 2010 la Cina ha detto che la prima tornata di esportazioni nel 2011 per le terre rare sarebbe stata di 14.446 tonnellate. Questo è stato un calo del 35% rispetto al primo ciclo di esportazioni nel 2010. Nel settembre 2011 la Cina ha detto che stava fermando la produzione in tre delle sue otto miniere di terre rare. Queste miniere producevano quasi il 40% della produzione totale di terre rare della Cina. Nell'agosto 2012, la Cina ha detto che ci sarebbe stata un'altra riduzione del 20% della produzione.

Fuori dalla Cina

A causa dell'aumento della domanda e delle restrizioni sulle esportazioni dei metalli dalla Cina, alcuni paesi stanno accumulando risorse di terre rare. Sono in corso ricerche di nuove fonti in Australia, Brasile, Canada, Sudafrica, Tanzania, Groenlandia e Stati Uniti. Le miniere in questi paesi sono state chiuse quando la Cina ha abbassato i prezzi mondiali negli anni '90. Ci vorranno alcuni anni per riavviare la produzione.

L'Unione europea ha esortato il protettorato della Danimarca, la Groenlandia, a limitare lo sviluppo cinese dei progetti sulle terre rare, dato che la Cina rappresenta il 95% dell'attuale fornitura mondiale. Dall'inizio del 2013, il governo della Groenlandia ha detto che non ha intenzione di imporre tali restrizioni.

Il ritrattamento nucleare è un'altra possibile fonte di terre rare o di qualsiasi altro elemento. La fissione nucleare dell'uranio o del plutonio crea molti elementi e tutti i loro isotopi. Tuttavia, non è probabile che la loro creazione possa essere fatta in modo sicuro ed economico a causa della radioattività di molti di questi isotopi.

Riciclaggio

Un'altra fonte di terre rare sono i rifiuti elettronici e altri rifiuti che hanno una grande quantità di componenti di terre rare. I nuovi progressi nella tecnologia di riciclaggio hanno reso più facile ottenere le terre rare da questi materiali. Gli impianti di riciclaggio sono attualmente in funzione in Giappone, dove ci sono circa 300.000 tonnellate di terre rare nell'elettronica inutilizzata. In Francia, il gruppo Rhodia sta installando due fabbriche a La Rochelle e Saint-Fons. Queste fabbriche produrranno 200 tonnellate all'anno di terre rare da lampade fluorescenti usate, magneti e batterie.

Considerazioni geopolitiche

La Cina ha detto che l'esaurimento delle risorse e le preoccupazioni ambientali sono le ragioni per un maggiore controllo a livello nazionale della sua produzione di minerali di terre rare. Sono state suggerite anche ragioni non ambientali per spiegare la politica cinese sulle terre rare. Secondo The Economist, "tagliare le esportazioni di metalli di terre rare ... è tutto per spostare i produttori cinesi verso l'alto della catena di approvvigionamento, in modo che possano vendere al mondo prodotti finiti di valore piuttosto che materie prime di bassa qualità".

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nel suo rapporto del 2010 sulla strategia dei materiali critici ha identificato il disprosio come l'elemento più critico in termini di dipendenza dalle importazioni.

Un rapporto del 2011 pubblicato dall'U.S. Geological Survey e dall'U.S. Department of the Interior, "China's Rare-Earth Industry", si occupa delle tendenze del settore in Cina. Guarda alle politiche nazionali che possono guidare il futuro della produzione del paese. Il rapporto dice che il vantaggio della Cina nella produzione di minerali di terre rare è cresciuto negli ultimi due decenni. Nel 1990, la Cina rappresentava solo il 27% di tali minerali. Nel 2009, la produzione mondiale era di 132.000 tonnellate. La Cina ha prodotto 129.000 di quelle tonnellate. Secondo il rapporto, i recenti modelli suggeriscono che la Cina rallenterà l'esportazione di tali materiali nel mondo: "A causa dell'aumento della domanda interna, il governo ha gradualmente ridotto la quota di esportazione durante gli ultimi anni". Nel 2006, la Cina ha permesso a 47 produttori e commercianti nazionali di terre rare e a 12 produttori sino-esterni di terre rare di esportare. Nel 2011, c'erano solo 22 produttori e commercianti nazionali di terre rare e 9 produttori sino-esterni di terre rare. Le politiche future del governo manterranno probabilmente dei controlli severi: "Secondo la bozza del piano di sviluppo delle terre rare della Cina, la produzione annuale di terre rare può essere limitata a 130.000-140.000 [tonnellate metriche] durante il periodo dal 2009 al 2015. La quota di esportazione per i prodotti di terre rare può essere di circa 35.000 [tonnellate metriche] e il governo può permettere a 20 produttori e commercianti di terre rare nazionali di esportare terre rare".

Lo United States Geological Survey sta cercando nell'Afghanistan meridionale dei depositi di terre rare sotto la protezione delle forze militari degli Stati Uniti. Dal 2009, l'USGS ha fatto indagini a distanza, nonché lavoro sul campo per verificare le affermazioni sovietiche che le rocce vulcaniche contenenti metalli delle terre rare esistono nella provincia di Helmand vicino al villaggio di Khanneshin. L'USGS ha trovato un'area di rocce nel centro di un vulcano estinto con elementi leggeri delle terre rare tra cui cerio e neodimio. Ha mappato 1,3 milioni di tonnellate di roccia utile. Questo è circa 10 anni di fornitura ai livelli attuali della domanda. Il Pentagono ha stimato il suo valore in circa 7,4 miliardi di dollari.

Prezzi delle terre rare

Gli elementi terrestri rari non sono scambiati in borsa nello stesso modo in cui lo sono i metalli preziosi (per esempio, oro e argento) o non ferrosi (come nichel, stagno, rame e alluminio). Invece, sono venduti sul mercato privato. Questo rende i loro prezzi difficili da monitorare e tracciare. Tuttavia, i prezzi sono pubblicati periodicamente su siti web come mineralprices.com. I 17 elementi non sono solitamente venduti nella loro forma pura. Di solito sono distribuiti in miscele di diversa purezza, ad esempio "Neodimio metallo ≥ 99,5%". per questo motivo, i prezzi possono variare in base alla quantità e alla qualità richiesta dall'utente finale.

Produzione globale 1950-2000