ธาตุหายากซึ่งเป็นกลุ่มโลหะ 17 ชนิดมีค่อนข้างมากในเปลือกโลก แต่การสกัดออกมาเป็นเรื่องยากมาก
นีโอไดเมียม เป็นธาตุหายากชนิดหนึ่งที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: RHJ/Getty
ธาตุหายากมีคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากมายและเป็นที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรมพลังงานและเทคโนโลยี กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะ 17 ชนิด รวมถึงธาตุโลหะ 15 ชนิดที่ด้านล่างของตารางธาตุ พร้อมด้วยธาตุสองชนิดคืออิตเทรียมและสแกนเดียม
ธาตุที่มีค่าที่สุด ได้แก่ นีโอดิเมียม เพรซีโอดิเมียม เทอร์เบียม และดิสโพรเซียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และกังหันลม อย่างไรก็ตาม ปริมาณแร่ธาตุหายากที่มีอยู่อย่างจำกัดถือเป็นข้อกังวลสำคัญสำหรับบริษัทและรัฐบาลเมื่อทำการผลิตสินค้าจำเป็นสมัยใหม่
แร่ธาตุหายากไม่ได้หายากขนาดนั้น จากการศึกษาวิจัยของสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา (USGS) เกี่ยวกับความอุดมสมบูรณ์ของผลึกธาตุต่างๆ (ค่าเฉลี่ยความพร้อมใช้ของเปลือกโลก) พบว่าแร่ธาตุหายากส่วนใหญ่มีอยู่ในปริมาณเดียวกับโลหะทั่วไป เช่น ทองแดงและสังกะสี “พวกมันไม่หายากเท่าโลหะอย่างเงิน ทองคำ หรือแพลตตินัมอย่างแน่นอน” แอรอน โนเบิล ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค กล่าว
อย่างไรก็ตามการสกัดสารเหล่านี้จากแหล่งธรรมชาติเป็นเรื่องยากมาก “ปัญหาคือแร่ธาตุหายากไม่ได้กระจุกตัวอยู่ในที่แห่งเดียว มีแร่ธาตุหายากประมาณ 300 มิลลิกรัมในหินดินดาน 1 กิโลกรัมทั่วสหรัฐอเมริกา” พอล ซีมเควิซ ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยน้ำเวสต์เวอร์จิเนียกล่าว
โดยทั่วไป โลหะจะกระจุกตัวอยู่ในเปลือกโลกเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมความร้อนใต้พิภพ และการก่อตัวของภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ไม่ธรรมดาของธาตุหายากหมายความว่าธาตุเหล่านี้มักจะไม่รวมตัวกันภายใต้เงื่อนไขพิเศษเหล่านี้ ร่องรอยของแร่ธาตุหายากกระจายอยู่ทั่วทั้งดาวเคราะห์ ทำให้การขุดแร่ไม่มีประสิทธิภาพ
บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่มีกรดอาจทำให้ปริมาณธาตุหายากในสถานที่บางแห่งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การค้นหาสถานที่เหล่านี้เป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น
ในธรรมชาติ โลหะมีอยู่ในรูปของส่วนผสมที่เรียกว่าแร่ ซึ่งมีโมเลกุลของโลหะที่เชื่อมกับอโลหะชนิดอื่น (ไอออน) ด้วยพันธะไอออนิกที่แข็งแรง ในการที่จะได้โลหะบริสุทธิ์ จะต้องทำลายพันธะเหล่านี้และกำจัดสารที่ไม่ใช่โลหะออกไป ความยากของงานขึ้นอยู่กับโลหะและอโลหะที่เชื่อมติดกัน
“แร่ทองแดงมักมาในรูปของซัลไฟด์ (สารเคมีที่ประกอบด้วยกำมะถันและธาตุอื่นๆ) คุณต้องให้ความร้อนกับแร่จนถึงจุดที่ซัลไฟด์หลุดออกมาเป็นก๊าซและทองแดงบริสุทธิ์จะตกลงสู่ก้นเครื่องปฏิกรณ์ นั่นเป็นกระบวนการสกัดที่ค่อนข้างง่าย แร่ประเภทอื่น เช่น ออกไซด์ของเหล็ก ต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อปลดปล่อยโลหะออกมา แต่การแยกแร่ธาตุหายากนั้นซับซ้อนกว่ามาก” Ziemkiewicz อธิบาย
โลหะหายากมีประจุบวก 3 ประจุและสร้างพันธะไอออนิกที่แข็งแรงมากกับไอออนฟอสเฟตซึ่งแต่ละพันธะมีประจุลบ 3 ประจุ ดังนั้นกระบวนการสกัดจะต้องเอาชนะพันธะที่แข็งแกร่งเป็นอย่างยิ่งระหว่างโลหะบวกและฟอสเฟตลบ
“แร่หายากเป็นแร่ที่มีความเสถียรทางเคมีสูงมาก และต้องใช้พลังงานและพลังงานเคมีจำนวนมากในการย่อยสลาย โดยทั่วไป กระบวนการดังกล่าวต้องใช้ค่า pH ต่ำมาก สภาพแวดล้อมที่รุนแรง และอุณหภูมิที่สูงอย่างมาก เนื่องจากพันธะในแร่มีความแข็งแรงอย่างเหลือเชื่อ” โนเบิลกล่าว
ความยากลำบากในการสกัดธาตุบริสุทธิ์ทำให้เกิดชื่อเรียกว่า “ธาตุหายาก” ผู้เชี่ยวชาญบางรายกำลังค้นคว้าวิธีการใหม่ในการรีไซเคิลและสกัดโลหะมีค่าเหล่านี้จากขยะอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่า เพื่อลดแรงกดดันต่ออุปทานในปัจจุบัน พวกเขายังพยายามสร้างคุณสมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะตัวของธาตุหายากในสารประกอบใหม่ โดยหวังว่าสารประกอบใหม่เหล่านี้จะกลายเป็นทางเลือกที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันยังไม่มีทางเลือกอื่นที่มีประสิทธิผลสำหรับแร่ธาตุหายาก แม้ว่าความต้องการจะเพิ่มขึ้นก็ตาม
ทูเทา (อ้างอิงจาก Live Science )
ลิงค์ที่มา
การแสดงความคิดเห็น (0)