آشنایی با گروه عناصر نادر خاکی (REE)

فلزات نادر خاکی شامل عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریوم (Y) و عناصر گروه لانتانیدها هستند که می­توان آن­ها را به دو دسته­ی سبک (Light rare earth elements) که شامل عناصر (Nd Pm, Sm, Eu, Sc, La, Ce, Pr,) و سنگین (Heavy rare earth elements) که شامل عناصر (Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu ,Y) می­باشد، تقسیم نمود.

ایتریوم اگرچه عنصری سبک محسوب می­ شود (با عدد اتمی 39) اما به دلیل وابستگی فیزیکی و شیمیایی مشترک با سایر عناصر سنگین کمیاب، در گروه HREE  قرار می­ گیرد.

مشخصات لانتانید-سریوم

اغلب اعضای گروه عناصر نادر خاکی برخلاف نام این گروه، کمیاب نیستند. آن­ها را عناصر نادر خاکی نامیدند زیرا بیش­تر آن­ها در طول قرن­های 18 و 19 میلادی به­ عنوان “خاکی” شناخته می ­شدند به این علت که نمی­ توان به­ وسیله­ ی منابع گرما آن­ها را تغییر داد و همچنین در مقایسه با سایر عناصر خاکی مانند آهک و منیزیا (اکسید منیزیوم) نسبتا کمیاب­تر بودند. این عناصر از نظر فراوانی در پوسته ­ی زمین کمیاب نیستند بلکه کانسارهای متمرکز و اقتصادی آن­ها اندک است. سریوم که فراوان­ترین عنصر نادر خاکی در زمین است، نسبت به مس یا سرب از فراوانی بیشتری در پوسته زمین برخوردار است. به جز پرومتیوم، فراوانی همه­ ی عناصر کمیاب در پوسته­ی زمین، از طلا، نقره و پلاتین بیش­تر است.

بسیاری از ذخایر قابل توجه عناصر کمیاب جهان در کربناتیت­ ها،که سنگ­های آذرین کربناته هستند وجود دارند. این عناصر همچنین ارتباط ژنتیکی قوی­ای با ماگماتیسم آلکالن (قلیایی) دارند. ذخایر اقتصادی یا بالقوه اقتصادی این عناصر غالباً درکربناتیت­ ها، سیستم ­های آذرین پِرآلکالن، توده­ های مگنتیت- هماتیت ماگمایی، کانسارهای آهن اکسیدی- مس –طلا (IOCG)، انباشتگی­ های مونازیت-  زنوتایم در گنایس­های مافیک، رس­ های لاتریتی گسترش­ یافته در بالای توده ­های گرانیتی فرسوده و کانسارهای پلاسری دارای مونازیت- زنوتایم یافت می­ شوند(USGS).

سازمان زمین­شناسی آمریکا در سال 2012، ذخایر معدنی اکسیدهای عناصر کمیاب در جهان را حدود 114 میلیون تن گزارش کرد که چین 3/48% و ایالات متحده 4/11%  از آن­را در اختیار داردکه در جدول شمارة 1 نشان داده شده است . ذخایر معدن بایان اوبو (Bayan obo) که بزرگ­ترین کانسار عناصر نادر خاکی در دنیاست و در ایالت مغولستان داخلی در چین قرار دارد، ازجمله ذخایر و منابع مهم عناصر نادر خاکی در دنیاست که در سال2019، 45% از تولیدات جهانی عناصر کمیاب جهان متعلق به این معدن بوده است.

طبق تحقیقات غالب عناصر خاکی موجود در ایران از نوع سبک می­ باشند و حجم تخمینی آن­ها (تا قبل از سال 1395) حدود سیصد هزار تن بوده که با شناسایی ذخایر جدید به یک میلیون و دویست هزار تن افزایش یافته است و مطابق بررسی­ها، منطق ه­ی گزستان در شرق بافق استان یزد، از  ذخیره­ ی مناسبی از عناصر نادر خاکی برخوردار است . گزارش جامعی از میزان ذخایر عناصر نادر خاکی کشور منتشر نشده است، اما باتوجه به پتانسیل زمین شناسی ایران، لازم است کل پهنه ایران در خصوص پتانسیل عناصر نادر خاکی مورد ارزیابی قرار گیرد.

صنعت کاتالیست و صنعت شیشه، اولین مصرف ­کنند­ه­ی این مواد است که عمدتا به ­منظور ایجاد خواص نوری ویژه، جلادهی و پرداخت در آن استفاده می­ شود. به­عنوان مثال از لانتانیوم (La) به­ طور گسترده در ساخت لنز دوربین، لوتتیوم (Lu) در لیتوگرافی غوطه­ وری (که یک فناوری در حوزه نانو بوده که نیاز به ضریب شکست بالا دارد) و از یوروپیوم (Eu) به­عنوان ماده­ی ناخالصی­ ساز رایج در ساخت فیبرهای نوری استفاده می­ شود (USGS, 2017).

از کاربردهای دیگر این عناصر ارزشمند می­توان به ساخت کاتالیزورهای مبتنی بر لانتانیوم (La) اشاره نمود که در صنعت پالایش نفت استفاده­ شده و به پالایشگاه­ها این امکان را می ­دهد تا به ازای هر بشکه نفت فرآوری شده، محصول بیش­تری به­ دست آورند که این خود کمک شایانی به کاهش خطرات زیست­ محیطی ناشی از انتشار CO₂ در محیط می­ کند.