Prvky vzácnych zemín (REE): definícia, vlastnosti a výskyt

Tu sa nachádza tabuľka so zoznamom sedemnástich prvkov vzácnych zemín, ich atómovým číslom a symbolom, pôvodom ich názvov a niektorými spôsobmi ich použitia. Niektoré vzácne zeminy sú pomenované podľa vedcov, ktorí ich objavili, a niektoré sú pomenované podľa miesta ich objavenia.

Prvky vzácnych zemín sú ťažšie ako železo. Vznikajú v supernovách (vybuchujúcich hviezdach). V prírode pri štiepení uránu 238 vzniká veľmi malé množstvo rádioaktívneho prometia. Väčšina prométia sa vytvára synteticky v jadrových reaktoroch.

Prvky vzácnych zemín sa v čase menia v malých množstvách (ppm, parts per million). Ich podiel možno použiť na geologické datovanie a datovanie fosílií.

Prvky vzácnych zemín sa často vyskytujú spoločne. Najdlhšie žijúci izotop prométia má polčas rozpadu 17,7 roka. Z tohto dôvodu sa tento prvok v prírode vyskytuje len vo veľmi malých množstvách. Prométium je jedným z dvoch prvkov, ktoré nemajú stabilné (nerádioaktívne) izotopy a sú nasledované stabilnými prvkami (druhým je technécium).

Keďže všetky lantanoidy majú blízku veľkosť, prvky vzácnych zemín sa vždy ťažko oddeľovali. Dokonca aj po eónoch geologického času sa separácia lantanoidov v prírode len zriedkavo dostala ďalej ako separácia ľahkých a ťažkých lantanoidov, inak známych ako zeminy céru a ytria. Táto geochemická separácia sa prejavuje v prvých dvoch objavených vzácnych zeminách. Boli to ytrium v roku 1794 a cer v roku 1803. Pri prvom náleze bol každý z nich zmesou všetkých vzácnych zemín. Veľké rudné ložiská céru sa nachádzajú po celom svete a využívajú sa. Rudné ložiská ytria sú zriedkavejšie. Tiež sú zvyčajne menšie a menej koncentrované.

Do roku 1948 pochádzala väčšina vzácnych zemín na svete z pieskových ložísk v Indii a Brazílii. V 50. rokoch 20. storočia ťažila väčšinu vzácnych zemín na svete Južná Afrika. Stalo sa tak po tom, ako sa tam našli veľké žily minerálu obsahujúceho vzácne zeminy. V 60. až 80. rokoch 20. storočia bola hlavným producentom baňa v Kalifornii. V súčasnosti sa z indických a juhoafrických ložísk stále vyrába určité množstvo koncentrátov vzácnych zemín, ale v porovnaní s množstvom, ktoré sa vyrába v Číne, je veľmi malé. Čína produkovala viac ako 95 % svetových zásob vzácnych zemín. Väčšina z toho sa uskutočnila vo Vnútornom Mongolsku, hoci malo len 37 % preukázaných zásob. Hoci sa odvtedy hovorí, že tieto čísla sa do roku 2012 znížili na 90 % a 23 %. Všetky ťažké vzácne zeminy na svete (napríklad dysprózium) pochádzajú z čínskych zdrojov vzácnych zemín, ako je polymetalické ložisko Bayan Obo. V roku 2010 zverejnil Geologický úrad Spojených štátov (USGS) štúdiu, podľa ktorej majú Spojené štáty 13 miliónov metrických ton prvkov vzácnych zemín.

Nový dopyt po týchto prvkoch je vyšší ako ich ponuka. Svet môže čoskoro čeliť nedostatku vzácnych zemín. Očakáva sa, že v priebehu niekoľkých rokov od roku 2009 bude celosvetový dopyt po prvkoch vzácnych zemín každoročne o 40 000 ton vyšší ako ponuka, ak sa nevyvinú nové zdroje.

Čína

Tieto obavy sa zväčšili v dôsledku krokov Číny. Čína vyhlásila, že zavedie reguláciu vývozu a bude sa snažiť zastaviť pašovanie. Čína 1. septembra 2009 uviedla, že v rokoch 2010 - 2015 zníži svoj vývoz na 35 000 ton ročne. Čína uviedla, že sa tak stalo v záujme zachovania vzácnych zdrojov a ochrany životného prostredia. Dňa 19. októbra 2010 denník China Daily informoval, že Čína "v budúcom roku ešte zníži kvóty na vývoz vzácnych zemín najviac o 30 %, aby ochránila vzácne kovy pred nadmerným využívaním". Koncom roka 2010 Čína uviedla, že prvé kolo vývozu vzácnych zemín v roku 2011 bude predstavovať 14 446 ton. V porovnaní s prvým kolom vývozu v roku 2010 to bol pokles o 35 %. V septembri 2011 Čína oznámila, že zastavuje výrobu v troch zo svojich ôsmich baní na vzácne zeminy. Tieto bane produkovali takmer 40 % celkovej produkcie vzácnych zemín v Číne. V auguste 2012 Čína oznámila, že produkcia sa zníži o ďalších 20 %.

Mimo Číny

Vzhľadom na zvýšený dopyt a obmedzenia vývozu kovov z Číny si niektoré krajiny vytvárajú zásoby vzácnych zemín. Hľadajú sa nové zdroje v Austrálii, Brazílii, Kanade, Južnej Afrike, Tanzánii, Grónsku a Spojených štátoch. Bane v týchto krajinách boli zatvorené, keď Čína v 90. rokoch 20. storočia znížila svetové ceny. Obnovenie ťažby potrvá niekoľko rokov.

Európska únia vyzvala dánsky protektorát Grónsko, aby obmedzilo čínsky rozvoj projektov v oblasti vzácnych zemín, keďže Čína predstavuje 95 % súčasných svetových zásob. Od začiatku roka 2013 vláda Grónska uviedla, že neplánuje zaviesť takéto obmedzenia.

Ďalším možným zdrojom vzácnych zemín alebo iných prvkov je opätovné spracovanie jadrových materiálov. Jadrovým štiepením uránu alebo plutónia vzniká mnoho prvkov, ako aj všetky ich izotopy. Nie je však pravdepodobné, že by sa ich vytváranie dalo uskutočniť bezpečne a ekonomicky kvôli rádioaktivite mnohých z týchto izotopov.

Recyklácia

Ďalším zdrojom vzácnych zemín je elektronický odpad a iné odpady, ktoré obsahujú veľké množstvo zložiek vzácnych zemín. Nový pokrok v recyklačných technológiách uľahčil získavanie vzácnych zemín z týchto materiálov. Recyklačné závody v súčasnosti fungujú v Japonsku, kde sa v nepoužívanej elektronike nachádza približne 300 000 ton vzácnych zemín. Vo Francúzsku skupina Rhodia zriaďuje dve továrne v La Rochelle a Saint-Fons. Tieto továrne budú vyrábať 200 ton vzácnych zemín ročne z použitých žiariviek, magnetov a batérií.

Geopolitické aspekty

Čína uviedla, že vyčerpanie zdrojov a obavy o životné prostredie sú dôvodom zvýšenej celoštátnej kontroly produkcie minerálov vzácnych zemín. Na vysvetlenie čínskej politiky v oblasti vzácnych zemín sa uvádzajú aj dôvody, ktoré nie sú environmentálne. Podľa časopisu The Economist "znižovanie vývozu kovov vzácnych zemín... má za cieľ posunúť čínskych výrobcov na vyššiu úroveň dodávateľského reťazca, aby mohli svetu predávať hodnotný hotový tovar, a nie podradné suroviny".

Ministerstvo energetiky Spojených štátov vo svojej správe o stratégii pre kritické materiály z roku 2010 označilo dysprózium za prvok, ktorý je najkritickejší z hľadiska závislosti od dovozu.

Správa "Čínsky priemysel vzácnych zemín", ktorú v roku 2011 vydali Geologický prieskum USA a Ministerstvo vnútra USA, sa zaoberá trendmi v tomto odvetví v Číne. Venuje sa národným politikám, ktoré môžu usmerňovať budúcnosť výroby v krajine. V správe sa uvádza, že vedúce postavenie Číny vo výrobe nerastov vzácnych zemín sa za posledné dve desaťročia zvýšilo. V roku 1990 Čína vyrábala len 27 % týchto nerastov. V roku 2009 predstavovala svetová produkcia 132 000 metrických ton. Čína vyprodukovala 129 000 z týchto ton. Podľa správy nedávne modely naznačujú, že Čína spomalí vývoz týchto materiálov do sveta: "Vzhľadom na nárast domáceho dopytu vláda v posledných rokoch postupne znižovala vývozné kvóty." V roku 2006 Čína povolila vývoz 47 domácim výrobcom a obchodníkom so vzácnymi zeminami a 12 čínsko-zahraničným výrobcom vzácnych zemín. V roku 2011 to bolo už len 22 domácich výrobcov a obchodníkov so vzácnymi zeminami a 9 čínsko-zahraničných výrobcov vzácnych zemín. Budúce vládne politiky pravdepodobne zachovajú prísne kontroly: "Podľa návrhu čínskeho plánu rozvoja vzácnych zemín môže byť ročná výroba vzácnych zemín v období rokov 2009 až 2015 obmedzená na 130 000 až 140 000 [metrických ton]. Vývozná kvóta pre výrobky zo vzácnych zemín môže byť približne 35 000 [metrických ton] a vláda môže povoliť 20 domácim výrobcom a obchodníkom so vzácnymi zeminami vyvážať vzácne zeminy."

Geologický prieskum Spojených štátov hľadá v južnom Afganistane ložiská vzácnych zemín pod ochranou vojenských síl Spojených štátov. Od roku 2009 USGS vykonáva diaľkový prieskum, ako aj prácu v teréne s cieľom overiť sovietske tvrdenia, že v provincii Helmand neďaleko dediny Khanneshin sa nachádzajú vulkanické horniny obsahujúce kovy vzácnych zemín. USGS našla oblasť hornín v centre vyhasnutej sopky s ľahkými prvkami vzácnych zemín vrátane céru a neodýmu. Zmapovala 1,3 milióna ton užitočných hornín. Pri súčasnej úrovni dopytu to predstavuje zásoby na približne 10 rokov. Pentagón odhadol jej hodnotu na približne 7,4 miliardy dolárov.

Ceny vzácnych zemín

Prvky vzácnych zemín nie sú obchodované na burze rovnakým spôsobom ako drahé (napríklad zlato a striebro) alebo farebné kovy (ako nikel, cín, meď a hliník). Namiesto toho sa predávajú na súkromnom trhu. To sťažuje monitorovanie a sledovanie ich cien. Ceny sa však pravidelne zverejňujú na webových stránkach, ako je mineralprices.com. Sedemnásť prvkov sa zvyčajne nepredáva v čistej forme. Zvyčajne sa distribuujú v zmesiach rôznej čistoty, napr. "kovový neodým ≥ 99,5 %". z tohto dôvodu sa ceny môžu líšiť v závislosti od množstva a kvality, ktorú požaduje koncový používateľ.