لا يوجد بديل للعناصر المعدنية الأرضية النادرة البالغ عددها 17 عنصراً، إذ تتمتع هذه العناصر بعدد من الخصائص المفيدة التي تجعل الطلب عليها مرتفعاً، من قبل صناعات التكنولوجيا والطاقة.
15 عنصراً معدنياً موجودة في أسفل الجدول الدوري، بالإضافة إلى عنصري الإيتريوم والسكانديوم، أكثرها قيمة هي النيوديميوم والبراسيوديميوم والتيربيوم والديسبروسيوم، التي تعمل كمغناطيس مصغر فائق القوة، وهي مكون حيوي للإلكترونيات، بما في ذلك الهواتف الذكية وبطاريات السيارات الكهربائية وتوربينات الرياح.
مصدر قلق
وبالرغم من ذلك، فإن العرض العالمي المحدود لهذه المعادن يشكل مصدر قلق كبير للحكومات والشركات التي تحتاج إلى هذه المعادن لمواصلة تصنيع جميع أنواع الإلكترونيات الحديثة.
تقول دراسة أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية حول “الوفرة البلورية” للعناصر المختلفة – أي الكمية المتاحة إذا قمت بحساب متوسط قشرة الأرض – أن معظم العناصر الأرضية النادرة هي بنفس ترتيب حجم المعادن الشائعة مثل النحاس والزنك.
وقال آرون نوبل الأستاذ ورئيس قسم التعدين والهندسة المعدنية في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا: “إنها بالتأكيد ليست نادرة مثل المعادن كالفضة والذهب والبلاتين”.
صعوبة استخلاص العناصر الأرضية
وعلى الرغم من أن العناصر الأرضية شائعة إلى حد ما، إلا أنه من الصعب جداً استخلاصها من مصادرها الطبيعية. ويقول بول زيمكيويتز، مدير معهد أبحاث المياه في فرجينيا الغربية: “المشكلة هي أن هذه العناصر ليست مركزة في مكان واحد. فهناك حوالي 300 ملليجرام لكل كيلوجرام من الأتربة النادرة في جميع أنحاء الصخر الزيتي في الولايات المتحدة. هذا هو ما ستحصل عليه إذا قمت بالحفر حفرة في الفناء الخلفي الخاص بك”.
وتتركز المعادن داخل القشرة الأرضية بسبب العمليات الجيولوجية المختلفة، مثل تدفق الحمم البركانية والنشاط الحراري المائي وتكوين الجبال. ومع ذلك، فإن الكيمياء غير العادية للعناصر الأرضية النادرة تعني أن هذه المعادن لا تتجمع معاً بشكل عام في ظل هذه الظروف الاستثنائية. ونتيجة لذلك، تنتشر آثار هذه العناصر في جميع أنحاء الكوكب، مما يجعل تعدين هذه المواد غير فعال بشكل خاص.
زيادة طفيفة
وفي بعض الأحيان، يمكن أن تؤدي الظروف الحمضية للغاية تحت الأرض إلى زيادة طفيفة في كمية العناصر الأرضية النادرة الموجودة في مناطق معينة، لكن العثور على هذه المواقع المخصبة بعيدة المنال ليس سوى التحدي الأول.
ويوضح زيمكيويتز: “عادة ما يوجد خام النحاس على شكل كبريتيد. حيث تقوم بتسخين الخام إلى النقطة التي يتم فيها طرد الكبريتيدات كغاز، ويسقط النحاس النقي من قاع وعاء التفاعل الخاص بك. وهذا استخراج سهل للغاية، لكن يحتاج البعض الآخر، مثل أكاسيد الحديد، إلى مادة مضافة لجعلها تطلق المعدن. لكن فصل الأتربة والعناصر الأرضية النادرة أكثر تعقيداً بكثير”.
ما السبب وراء صعوبة استخلاص العناصر النادرة؟
تحتوي المعادن الأرضية النادرة بشكل طبيعي على ثلاث شحنات موجبة وتشكل روابط أيونية قوية بشكل لا يصدق مع عدادات الفوسفات، ولكل منها ثلاث شحنات سالبة. ولذلك يجب أن تتغلب عملية الاستخراج على التجاذب القوي للغاية بين المعدن الموجب والفوسفات السالب، وهي ليست مهمة بسيطة.
ويقول آرون نوبل: “إن الخامات الأرضية النادرة عبارة عن معادن مستقرة كيميائياً للغاية – يجب عليك وضع الكثير من الطاقة والكثافة الكيميائية فيها لتكسيرها. وفي كثير من الأحيان، تستخدم هذه العملية درجة حموضة منخفضة جداً، وظروف شديدة العدوانية ودرجات حرارة عالية جدًا، لأن تلك الروابط إن ربط الخامات معاً قوي جداً”.
اقرأ أيضاً:
ماليزيا تحظر تصدير المعادن الأرضية النادرة لهذه الأسباب
دراسة جديدة تحذر من تناول مكملات الفيتامينات أو المعادن.. لماذا؟
