ما مدى ندرة العناصر الأرضية النادرة في الواقع؟

تُعد العناصر الأرضية النادرة، وهي مجموعة من 17 معدنًا، وفيرة نسبيًا في قشرة الأرض، لكن استخراجها صعب للغاية.

النيوديميوم، أحد العناصر الأرضية النادرة التي يصعب استخراجها للغاية. الصورة: RHJ/Getty

تتمتع العناصر الأرضية النادرة بخصائص مفيدة عديدة، مما يجعلها مطلوبة بشدة في قطاعي الطاقة والتكنولوجيا. تضم هذه المجموعة 17 معدنًا، منها 15 معدنًا في نهاية الجدول الدوري، بالإضافة إلى الإيتريوم والسكانديوم.

تُعدّ النيوديميوم والبراسيوديميوم والتيربيوم والديسبروسيوم من أثمن هذه العناصر، إذ تعمل كمغناطيسات مصغرة فائقة القوة، وهي عنصر أساسي في الأجهزة الإلكترونية كالهواتف الذكية وبطاريات السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح. مع ذلك، يُشكّل محدودية إمدادات العناصر الأرضية النادرة مصدر قلق بالغ للشركات والحكومات عند إنتاج هذه الضروريات الحديثة.

ليست العناصر الأرضية النادرة نادرةً كما يُشاع. فبحسب دراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) حول وفرة العناصر المختلفة في بلوراتها (متوسط ​​توافرها في قشرة الأرض)، فإن معظم العناصر الأرضية النادرة موجودة بكميات مماثلة تقريبًا للمعادن الشائعة كالنحاس والزنك. ويقول آرون نوبل، الأستاذ بجامعة فرجينيا بوليتكنيك: "إنها بالتأكيد ليست نادرةً كمعادن كالذهب والفضة والبلاتين".

لكن استخراجها من مصادرها الطبيعية أمر في غاية الصعوبة. يقول بول زيمكيويتش، مدير معهد أبحاث المياه في ولاية فرجينيا الغربية: "تكمن المشكلة في أنها لا تتركز في مكان واحد. يوجد حوالي 300 ملليغرام من العناصر الأرضية النادرة في كل كيلوغرام من الصخر الزيتي في جميع أنحاء الولايات المتحدة".

تتركز المعادن عادةً في قشرة الأرض نتيجةً لعمليات جيولوجية متنوعة، مثل تدفقات الحمم البركانية والنشاط الحراري المائي وتكوّن الجبال. إلا أن الخصائص الكيميائية غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تعني أنها لا تتركز عادةً في مكان واحد في ظل هذه الظروف المحددة. وتنتشر آثار هذه العناصر في أنحاء الكوكب، مما يقلل من كفاءة استخراجها.

في بعض الأحيان، قد تؤدي البيئات الجوفية الحمضية إلى زيادة طفيفة في مستويات العناصر الأرضية النادرة في مواقع معينة. ومع ذلك، فإن العثور على هذه المواقع ليس سوى التحدي الأول.

توجد المعادن في الطبيعة على شكل مخاليط تُسمى الخامات، تحتوي على جزيئات معدنية مرتبطة بعناصر لا فلزية أخرى (أيونات مضادة) بروابط أيونية قوية. وللحصول على معدن نقي، يجب كسر هذه الروابط وإزالة العنصر اللافلزي. وتعتمد صعوبة هذه العملية على نوع المعدن والعنصر اللافلزي المرتبط به.

"يوجد خام النحاس عادةً على شكل كبريتيدات (مركبات كيميائية تحتوي على الكبريت وعناصر أخرى). يتم تسخين الخام حتى تنطلق الكبريتيدات على شكل غاز، ويترسب النحاس النقي في قاع المفاعل. هذه عملية استخلاص سهلة نسبيًا. بعض الخامات الأخرى، مثل أكاسيد الحديد، تتطلب إضافات لتحرير المعدن. لكن فصل العناصر الأرضية النادرة أكثر تعقيدًا بكثير"، يوضح زيمكيويتش.

تحتوي المعادن الأرضية النادرة على ثلاث شحنات موجبة، وتشكل روابط أيونية قوية للغاية مع أيونات الفوسفات السالبة، التي تحمل كل منها ثلاث شحنات سالبة. لذلك، يجب أن تتغلب عملية الاستخلاص على الرابطة القوية للغاية بين المعدن الموجب والفوسفات السالب.

قال نوبل: "خامات العناصر الأرضية النادرة معادن مستقرة كيميائياً للغاية، مما يتطلب قدراً كبيراً من الطاقة والقوة الكيميائية لتفكيكها. وعادةً ما تتطلب هذه العملية مستويات حموضة منخفضة للغاية، وظروفاً قاسية، ودرجات حرارة عالية للغاية لأن الروابط داخل الخام قوية بشكل لا يصدق".

إن صعوبة استخلاص العناصر النقية أكسبتها اسم "العناصر الأرضية النادرة". ويبحث بعض الخبراء عن طرق جديدة لإعادة تدوير هذه المعادن الثمينة واستخلاصها من النفايات الصناعية والأجهزة الإلكترونية القديمة لتخفيف الضغط على الإمدادات الحالية. كما يحاولون إعادة إنتاج الخصائص المغناطيسية والإلكترونية الفريدة للعناصر الأرضية النادرة في مركبات جديدة، على أمل أن تصبح هذه المركبات الجديدة بدائل أكثر سهولة في الحصول عليها. ومع ذلك، لا توجد حاليًا بدائل فعالة للعناصر الأرضية النادرة، على الرغم من تزايد الطلب عليها.

ثو ثاو (بحسب موقع لايف ساينس )

رابط المصدر: https://vnexpress.net/dat-hiem-thuc-chat-hiem-den-muc-nao-4659668.html