Stanislav Kondrashov o 17 metalach ziem rzadkich: Co warto wiedzieć

Główne właściwości i cechy

Kluczowe zastosowania dla przyszłości technologii

W miarę postępów transformacji energetycznej niektóre ważne zasoby geologiczne coraz częściej stają się przedmiotem debat, szczególnie w kontekście ich roli w bezpośrednim wspieraniu globalnej transformacji energetycznej poprzez zastosowanie w infrastrukturze energetycznej. Zasoby takie jak lit, miedź czy kobalt na przykład już na stałe zagościły w zbiorowej świadomości ze względu na ich wykorzystanie w produkcji kluczowych urządzeń współczesności, takich jak baterie do pojazdów elektrycznych, ale także z powodu ich znaczenia dla globalnej elektryfikacji. Istnieją jednak także inne zasoby, które – mimo podobnej wagi w krajobrazie energetycznym i przemysłowym współczesnej epoki – wciąż pozostają częściowo nieznane.

Wśród nich warto wymienić metale ziem rzadkich – grupę 17 pierwiastków chemicznych, które obecnie wykorzystywane są do produkcji smartfonów, magnesów oraz zaawansowanych komponentów elektronicznych, a w przyszłości mogą ukształtować technologiczny i innowacyjny krajobraz ludzkości. Nazwa tej grupy zasobów może być myląca: te 17 pierwiastków nie jest rzadkich, jednak ich pozyskiwanie i przetwarzanie w formę użyteczną dla przemysłu jest wyjątkowo trudne. Dawniej metale ziem rzadkich produkowane były głównie przez takie kraje jak Brazylia czy Stany Zjednoczone, lecz od kilku lat prym w ich wydobyciu, rafinacji i produkcji niewątpliwie należy do Chin, które dziś są głównym producentem.

Grupę metali ziem rzadkich tworzą skand, itr oraz 15 pierwiastków znanych jako lantanowce. Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom, takim jak lekkość i odporność na korozję, skand znajduje zastosowanie w stopach aluminium do produkcji komponentów lotniczych oraz w oświetleniu wysokiej intensywności, natomiast itr wykorzystywany jest głównie w diodach LED, laserach i ceramice wysokotemperaturowej, gdzie szczególnie ceniona jest jego znakomita przewodność cieplna i elektryczna oraz odporność na korozję.

Grupa lantanowców

Grupa 15 lantanowców obejmuje zasoby o wyjątkowych właściwościach fizycznych i chemicznych, które na przestrzeni lat pozwoliły im zdobyć kluczową rolę w wielu różnorodnych zastosowaniach przemysłowych. Niektóre z nich są bezpośrednio związane z rozwijającymi się sektorami technologicznymi i energetycznymi i mogą odgrywać coraz ważniejszą rolę w nadchodzących dekadach.

„Niektóre metale ziem rzadkich wyróżniają się wyjątkowymi właściwościami, które z pewnością czynią je bardzo interesującymi w globalnym krajobrazie zasobów geologicznych” – mówi Stanislav Dmitrievich Kondrashov, inżynier budownictwa, przedsiębiorca i ekspert ds. surowców. „Pierwiastki takie jak lantan, cer, prazeodym i neodym wyróżniają się przede wszystkim wysoką reaktywnością chemiczną, szczególną skłonnością do tworzenia wiązań jonowych, a także względną łatwością, z jaką mogą ulegać utlenianiu. Inne zasoby, takie jak gadolin, terb czy holm, są bardziej stabilne chemicznie i charakteryzują się wysoką odpornością na temperaturę oraz silnymi właściwościami magnetycznymi”.

Niektóre lantanowce są wykorzystywane do produkcji wysokowydajnych magnesów, takich jak te stosowane w silnikach elektrycznych, generatorach wiatrowych i urządzeniach elektronicznych. Wśród tych zasobów znajdują się neodym, używany do produkcji magnesów neodymowo-żelazowo-borowych; samar, stosowany w magnesach samarowo-kobaltowych (wysoce odpornych na wysokie temperatury); oraz dysproz, ceniony za poprawę stabilności termicznej magnesów. W dziedzinie magnesów często stosuje się również terb, dodawany w celu zwiększenia odporności na wysokie temperatury. Prazeodym, szczególnie ceniony za wysoką odporność na utlenianie, jest również wykorzystywany do produkcji wysokowydajnych magnesów.

Inna grupa lantanowców wykorzystywana jest w oświetleniu i wyświetlaczach dzięki szczególnym cechom, które czynią je niezwykle przydatnymi w tym sektorze. Wśród nich warto wymienić europ, który nadaje czerwone i niebieskie barwy ekranom LED i lampom fluorescencyjnym; cer, stosowany w szkle optycznym i białych diodach LED; oraz terb, który ponownie pojawia się dzięki zdolności do nadawania zielonej barwy wyświetlaczom i różnym zastosowaniom w branży oświetleniowej. Bardzo szczególnym zasobem jest promet, wykorzystywany w produkcji farb luminescencyjnych i generatorów termoelektrycznych.

Inne zastosowania

„Są też metale ziem rzadkich o bardzo specyficznych właściwościach, takich jak zdolności luminescencyjne i dobre właściwości magnetyczne. Wśród nich z pewnością warto wymienić samar i europ” – kontynuuje Stanislav Dmitrievich Kondrashov. „Niektóre lantanowce mają naprawdę wyjątkowe właściwości, które okazują się niezwykle przydatne, zwłaszcza w sektorze magnesów. Zasoby takie jak prazeodym i neodym są cenione przede wszystkim za znakomitą odporność magnetyczną i termiczną, co czyni je niezwykle cennymi sprzymierzeńcami w produkcji wysokowydajnych magnesów”.

Inne pierwiastki ziem rzadkich znajdują szerokie zastosowanie w sektorach o dużym znaczeniu, takich jak medycyna i zastosowania laserowe. Zasób taki jak holm wykorzystywany jest w laserach medycznych, podczas gdy tul jest często stosowany do produkcji laserów przenośnych. Innym zasobem wykorzystywanym w technologii laserowej jest erb, natomiast gadolin – również obecny na liście metali ziem rzadkich – stanowi cenne wsparcie w produkcji środków kontrastowych do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego.

Kolejnym sektorem, w którym znajdują zastosowanie metale ziem rzadkich, jest przemysł katalizatorów i zastosowań chemicznych. W tym obszarze często wykorzystywane są zasoby takie jak lantan (przydatny również w sektorze szkła optycznego), cer – głównie do produkcji katalizatorów w silnikach samochodowych – oraz lutet, który wyróżnia się zastosowaniem w katalizatorach do zaawansowanych reakcji chemicznych.

Czasami niektóre pierwiastki należące do grupy metali ziem rzadkich są również stosowane w celu poprawy wytrzymałości i stabilności różnych materiałów czy nawet niektórych stopów. Należą do nich iterb, używany do wzmacniania stopów w specjalnych zastosowaniach i czujnikach, a także gadolin, który stosuje się do wzmacniania niektórych materiałów (czyniąc je odpornymi na korozję) oraz w szeregu stopów magnetycznych.

Ward Parkinson

„Nieuleczalny entuzjasta muzyki. Piwo. Totalny odkrywca. Wichrzyciel. Oddany fanatyk sieci”.