Czy metale ziem rzadkich naprawdę są takie rzadkie?

Mówie­nie, że metale ziem rzad­kich wystę­pu­ją w sko­ru­pie ziem­skiej w wiel­kiej obfi­to­ści byłoby nad­uży­ciem, jednak fakt faktem, że nie są one aż tak nie­spo­ty­ka­ne, jak suge­ru­je ich popu­lar­na nazwa. Nie­któ­re pier­wiast­ki z tej kate­go­rii okazują się bar­dziej roz­po­wszech­nio­ne w przy­ro­dzie niż choćby ołów, kobalt, cyna czy nawet miedź. 

Które pierwiastki kwalifikujemy, jako metale ziem rzadkich?

Pełna lista REE (pozwo­li­my sobie na sto­so­wa­nie skró­tow­ca, od angiel­skie­go rare-earth ele­ments) zawiera 17 pozycji: lantan, cer, pra­ze­odym, neodym, promet, samar, europ, gadolin, terb, dysproz, holm, erb, tul, iterb, lutet, skand oraz itr. Wszyst­kie wymie­nio­ne pier­wiast­ki, poza dwoma ostat­ni­mi, należą do grupy lan­ta­now­ców i zajmują szósty rząd (okres) układu okre­so­we­go. Itr i skand dopi­su­je się do tego grona niejako “zaocz­nie”, ponie­waż w naturze często towa­rzy­szą pozo­sta­łym REE i są razem z nimi wydobywane.

I rzeczywiście są one tak niespotykane, jak sugeruje nazwa?

Oczy­wi­ście wymie­nio­ne metale nie wystę­pu­ją w sko­ru­pie ziem­skiej w iden­tycz­nym stę­że­niu. Zde­cy­do­wa­nie naj­pow­szech­niej­szy jest cer (Ce), którego ilość wynosi 68 ppm – co oznaczy, że sta­ty­stycz­nie na milion atomów skorupy ziem­skiej, 68 to atomy ceru (pro­cen­to­wo będzie to 0,0068%). Nieco rzadsze są neodym (Nd), lantan (La) i itr (Y) z wyni­ka­mi na pozio­mie 30–40 ppm. 

Jeżeli wydaje wam się, że to tylko śladowe ilości, to pomy­śl­cie o tym, że znana wszyst­kim miedź wystę­pu­je w stę­że­niu wyno­szą­cym 60 ppm. Metal obecny w niemal wszyst­kich insta­la­cjach elek­trycz­nych jest więc rzadszy niż cer i nie­wie­le pospo­lit­szy od neodymu, lantanu czy itru. A jeszcze mniej w sko­ru­pie ziem­skiej znaj­dzie­my atomów kobaltu (25 ppm), litu (20), ołowiu (14), uranu (3) czy cyny (2). Mało tego, nie licząc otrzy­my­wa­ne­go w warun­kach labo­ra­to­ryj­nych pro­mie­nio­twór­cze­go prometu, na dowolny REE można natknąć się na naszej pla­ne­cie czę­ściej niż choćby na kadm, złoto, srebro, platynę, czy rtęć.

Dlaczego więc cer i neodym nazywamy metalami ziem rzadkich, ale już nie miedź czy ołów?

Pojęcie metali ziem rzad­kich poja­wi­ło się dawno temu, bo w roku 1787. Wtedy to szwedz­ki oficer i nauko­wiec-amator Carl Axel Arr­he­nius, usły­szał o odkry­tym przez gór­ni­ków z pobli­skiej kopalni Ytterby tajem­ni­czym ciemnym mine­ra­le – w żar­go­nie zwanym “rzadką ziemią”. Póź­niej­sza analiza skały wyka­za­ła, że 1/3 jej masy sta­no­wił nie­skla­sy­fi­ko­wa­ny wcze­śniej pier­wia­stek, ochrzczo­ny od miejsca odkry­cia itrem. Był to pierw­szy poznany metal ziem rzad­kich, potem poszło już z górki.

Jednak zaszło­ści histo­rycz­ne to nie wszyst­ko. Musimy pamię­tać, że samo stę­że­nie okre­ślo­nej sub­stan­cji w sko­ru­pie ziem­skiej nie mówi nam nic o jej dostęp­no­ści. Nawet jeżeli lan­ta­now­ców zalega w ziemi całkiem sporo, są one zwykle mocno roz­pro­szo­ne w różnych mine­ra­łach, a uzy­ska­nie czy­ste­go metalu wymaga mnóstwo energii, czasu, pie­nię­dzy i jest po prostu upier­dli­we. Między innymi z tego powodu współ­cze­śnie poświę­ca się dużo uwagi recy­klin­go­wi i metodom odzy­ski­wa­nia pier­wiast­ków ziem rzad­kich ze zuży­tych urządzeń.

Sta­ra­nia są warte świecz­ki, ponie­waż mówimy o sub­stan­cjach, które z dekady na dekadę coraz mocniej zyskują na zna­cze­niu. Roz­ło­że­nie elek­tro­nów w atomach neodymu, samaru, gado­li­nu i dys­pro­zu, spra­wia­ją, że sta­no­wią one obo­wiąz­ko­wy element magne­sów o dużej mocy, zaawan­so­wa­nych baterii oraz wielu innych pod­ze­spo­łów dzi­siej­szej elek­tro­ni­ki. Póki co, nie opra­co­wa­li­śmy sztucz­nych mate­ria­łów zdol­nych do sku­tecz­ne­go (i taniego) zastą­pie­nia tych pierwiastków.

Kto wydo­by­wa metale ziem rzad­kich? Jeszcze na począt­ku lat 90. 38% świa­to­wej pro­duk­cji REE przy­pa­da­ło na Chiny, a 33% na Stany Zjed­no­czo­ne. Obecnie Państwo Środka samo­dziel­nie zaspo­ka­ja już ponad 60% glo­bal­ne­go zapo­trze­bo­wa­nia na poszcze­gól­ne pier­wiast­ki ziem rzad­kich. Jako, że sta­no­wią one istotny skład­nik smart­fo­nów, kom­pu­te­rów, samo­cho­dów elek­trycz­nych, a nawet turbin wia­tro­wych – państwa zachodu mają prawo odczu­wać zaniepokojenie.