17 種類の金属からなる希土類元素は、地球の地殻に比較的豊富に存在しますが、その抽出は極めて困難です。
採掘が極めて難しい希土類元素の一つ、ネオジム。写真: RHJ/ゲッティ
希土類元素には多くの有用な特性があるため、エネルギー業界やテクノロジー業界で非常に求められています。このグループは、周期表の下部にある 15 個の金属元素と、イットリウムとスカンジウムの 2 つの元素を含む 17 個の金属で構成されています。
これらの元素の中で最も価値があるのは、ネオジム、プラセオジム、テルビウム、ジスプロシウムであり、これらは超強力な小型磁石として機能し、スマートフォン、電気自動車のバッテリー、風力タービンなどの電子機器の重要な部品です。しかし、現代の必需品を生産する上で、希土類元素の供給が限られていることは企業や政府にとって大きな懸念事項です。
希土類元素はそれほど珍しいものではありません。米国地質調査所（USGS）によるさまざまな元素の結晶存在度（地殻の平均的な存在量）に関する研究によると、ほとんどの希土類元素は銅や亜鉛などの一般的な金属と同じ量を持っています。 「それらは確かに銀、金、プラチナのような金属ほど希少ではない」とバージニア工科大学のアーロン・ノーブル教授は語った。
しかし、天然資源からそれらを抽出することは非常に困難です。 「問題は、それらが一箇所に集中していないことだ。米国全土の頁岩１キログラムあたり約３００ミリグラムの希土類元素が含まれている」と、ウェストバージニア州水資源研究所所長のポール・ジムキエヴィッチ氏は語った。
通常、金属は溶岩流、熱水活動、山脈の形成など、さまざまな地質学的プロセスにより地殻に集中します。しかし、希土類元素の異常な化学的性質により、通常、これらの特殊な条件下では希土類元素は一緒に濃縮されません。希土類元素の痕跡は地球全体に散らばっており、採掘は非効率的です。
場合によっては、酸性の地下環境により、特定の場所では希土類元素の量がわずかに増加することがあります。しかし、これらの場所を見つけることは最初の課題にすぎません。
自然界では、金属は鉱石と呼ばれる混合物として存在し、強力なイオン結合によって他の非金属（対イオン）と結合した金属分子を含んでいます。純粋な金属を得るには、これらの結合を破壊し、非金属物質を除去する必要があります。作業の難易度は、結合する金属と非金属によって異なります。
「銅鉱石は通常、硫化物（硫黄と他の元素でできた化学物質）の形で存在します。鉱石を加熱すると硫化物がガスとなって放出され、純粋な銅が反応炉の底に落ちます。これがプロセスです。」抽出するのは非常に簡単です。酸化鉄など他の金属は、金属を取り出すために添加物が必要です。しかし、希土類元素の分離ははるかに複雑です」と、ジエムキエヴィッチ氏は説明します。
希土類金属は 3 つの正電荷を持ち、それぞれ 3 つの負電荷を持つリン酸対イオンと非常に強力なイオン結合を形成します。したがって、抽出プロセスでは、正の金属と負のリン酸の間の非常に強い結合を克服する必要があります。
「希土類鉱石は化学的に非常に安定した鉱物であり、それを分解するには多くのエネルギーと化学力が必要です。通常、そのプロセスには、鉱石の結合が非常に強いため、非常に低いpH、厳しい条件、非常に高い温度が必要です。 「ノーブル氏は言った。
純粋な元素を分離することが難しいことから、「希土類元素」という名前が付けられました。一部の専門家は、現在の供給への圧力を軽減するために、産業廃棄物や古い電子機器からこれらの貴重な金属をリサイクルして抽出する新しい方法を研究しています。彼らはまた、希土類元素のユニークな磁気特性と電子特性を新しい化合物で再現しようとしており、これらの新しい化合物がより手頃な代替品となることを期待している。しかし、需要が増加しているにもかかわらず、現在のところ希土類元素に代わる有効な代替品は存在しません。
Thu Thao （ Live Scienceによると）
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