Når vi ser på grundstofferne i det periodiske system, findes mange af dem i bunden og er kendt som sjældne jordarter. På trods af deres navn er de ikke så sjældne, som de ser ud til, men de er essentielle for udviklingen af mange moderne teknologier. De er afgørende for fremstillingen af højteknologiske enheder såsom mobiltelefoner, computere, elektriske køretøjer, kameraer og meget mere. Uden disse sjældne jordarter ville livet, som vi kender det i dag, være meget anderledes.
I denne artikel vil vi udforske i detaljer, hvad sjældne jordarter er, deres egenskaber, anvendelser og den betydning, de har i vores daglige liv, såvel som de udfordringer, som deres udvinding og den tilhørende geopolitiske påvirkning giver.
Hvad er de sjældne lande
den sjældne jordarter De er en gruppe bestående af 17 essentielle kemiske elementer i fremstillingen af forskellige teknologiske produkter og rene energier. Disse elementer omfatter alle 15 elementer af lanthanidfamilien, plus Yttrium og Scandium. På trods af deres navn er nogle af disse grundstoffer relativt rigelige i jordskorpen; Det, der giver dem navnet "sjældne", er vanskeligheden ved at finde dem i høje koncentrationer og udvinde dem effektivt fra de mineraler, hvor de er til stede.
Disse elementer udmærker sig ved deres unikke egenskaber, som f.eks magnetiske, selvlysende og elektrokemiske egenskaber, som er nøglen til fremstilling af højteknologiske produkter. Disse egenskaber gør det muligt for elektroniske enheder at være mere kraftfulde, lettere og mere energieffektive.
Nogle eksempler på deres anvendelse omfatter fremstilling af LCD-skærme, permanente magneter i elektriske motorer, der bruges i hybrid- og elektriske køretøjer, og energilagringssystemer såsom nikkel-metalhydrid-batterier. De bruges også i vedvarende energiteknologier vindmøller og solcellepaneler, der bidrager til udviklingen af mere bæredygtige løsninger.
Vigtigste funktioner
Sjældne jordarters elementer har en række unikke egenskaber afledt af deres elektroniske konfiguration. Arrangementet af deres elektroner giver dem egenskaber, der væsentligt adskiller dem fra andre grundstoffer i det periodiske system. De letteste og tungeste elementer i gruppen udviser visse forskelle med hensyn til deres egenskaber og industrielle anvendelser. Disse grundstoffer findes normalt sammen i mineraler, hvilket gør deres adskillelse til en kompleks og dyr proces. De er opdelt i to store grupper:
- Lette sjældne jordarter: Lanthanum, Cerium, Praseodym, Neodym, Promethium og Samarium.
- Tunge sjældne jordarter: Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium og Lutetium.
En vigtig egenskab ved sjældne jordarter er lanthanid sammentrækning, som refererer til det progressive fald i størrelsen af atomerne fra Lanthanum til Lutetium. Dette påvirker dets anvendelser i industrien, da det tillader, at nogle af disse elementer let kan inkorporeres i krystallinske strukturer af andre materialer, hvilket forbedrer deres fysiske egenskaber.
Derudover er sjældne jordarter anerkendt for deres magnetiske egenskaber. Neodym, jern og bor (NdFeB) legeringer er essentielle i fremstillingen af permanente magneter, brugt i bærbare elektroniske enheder såsom hovedtelefoner og harddiske.
Sjælden jordklassificering
Sjældne jordarters grundstoffer er opdelt i to grupper efter deres atomvægt: lys sjældne jordarter y tunge sjældne jordarter. Denne klassificering er også vigtig fra et industrielt synspunkt, da tungere elementer har tendens til at være sjældnere og derfor mere værdifulde.
lette sjældne jordarter
Inden for denne gruppe er følgende elementer:
- Lanthanum (den)
- Cerium (Ce)
- Praseodym (Pr)
- Neodym (Nd)
- Promethium (Pm)
- Samarium (Sm)
Lanthanum bruges for eksempel til fremstilling af specielle optiske briller og at forbedre formbarheden af stål. Neodym er på sin side blevet essentielt i høj effekt magnet industri og motorer af forskellige elektroniske enheder.
Tunge sjældne jordarter
Denne gruppe omfatter følgende elementer:
- Europium (Eu)
- Gadolinium (Gd)
- Terbium (Tb)
- Dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- Tulio (Tm)
- Ytterbium (Yb)
- Lutetium (Lu)
Disse elementer har mere specialiserede applikationer. Europium er for eksempel essentielt i fremstillingen af high definition-skærme og LED-pærer, mens Dysprosium og Terbium er nødvendige til fremstilling af sjældne jordmagneter som skal fungere stabilt ved høje temperaturer, som dem der bruges i elbilmotorer.
Industrielle og indenlandske anvendelser af sjældne jordarter
Anvendelsen af sjældne jordarter er meget varieret og dækker flere industrier:
- Forbrugerelektronik: Sjældne jordarter er afgørende for fremstilling af mobiltelefoner, computere, tablets, HD-skærme og harddiske. Neodym bruges til fremstilling lette og kraftige magneter, brugt i hovedtelefoner og højttalere.
- Vedvarende energi: Takket være deres magnetiske og energilagringsegenskaber er elementer som Terbium og Dysprosium essentielle i vindturbine og fremstilling af metalhydrid batterier bruges i hybrid- og elbiler.
- Medicinsk sektor: Gadolinium bruges i kontrastmidler til magnetisk resonansbilleddannelse og røntgen, mens Samarium anvendes i strålebehandling til behandling af kræft.
De sjældne jordarters geopolitik
En af de største udfordringer med sjældne jordarter er, at deres produktion er stærkt koncentreret i nogle få lande, med Kina førende verdensudvinding. Det anslås, at Kina producerer cirka 95 % af verdens sjældne jordarter, hvilket giver det stor magt på de globale markeder.
Tidligere har Kina brugt sin dominerende stilling til at indføre restriktioner på eksporten af sjældne jordarter, hvilket har ført til handelsspændinger, især med lande med høj teknologisk efterspørgsel som USA og Japan. Som et resultat af dette investerer USA's regering og EU i forskning og udvikling af former for genbrug allerede brugte materialer at mindske deres afhængighed af disse elementer og diversificere deres forsyningskilder.
I begyndelsen af 2023 annoncerede Sverige opdagelse af den største aflejring af sjældne jordarter i Europa, som er blevet modtaget med optimisme af EU, som søger at mindske sin afhængighed af import fra Kina.
Kontrol over sjældne jordarter er blevet et centralt strategisk element i kommerciel krig mellem USA og Kina, især med hensyn til fremstilling af avancerede militærteknologier såsom kampfly og styrede missiler.
Fremtiden for sjældne jordarter udvikler sig konstant, og efterspørgslen vil fortsætte med at vokse, efterhånden som behovet for mere avancerede og miljøvenlige teknologier stiger.
Sjældne jordarter er på trods af deres navn ikke så sparsomme, men deres udvinding og forarbejdning er komplekse, og i mange tilfælde er de koncentreret i lande som Kina, hvilket komplicerer deres erhvervelse. De er nøgleelementer for at bevæge sig mod en teknologisk og bæredygtig fremtid.