Sällsynta jordartsmetaller (REE) – definition, egenskaper och användning

Här finns en tabell med de sjutton sällsynta jordartsmetallerna, deras atomnummer och symbol, ursprunget till deras namn och några av deras användningsområden. En del av de sällsynta jordartsmetallerna är uppkallade efter de vetenskapsmän som upptäckte dem, och en del är uppkallade efter var de upptäcktes.

Sällsynta jordartsmetaller är tyngre än järn. De bildas av supernovor (exploderande stjärnor). I naturen skapar klyvning av uran-238 mycket små mängder radioaktivt promethium. Det mesta promethium skapas syntetiskt i kärnreaktorer.

Sällsynta jordartsmetaller förändras med tiden i små mängder (ppm, parts per million). Deras proportioner kan användas för geologisk datering och datering av fossiler.

De sällsynta jordartsmetallerna finns ofta tillsammans. Den mest långlivade isotopen av promethium har en halveringstid på 17,7 år. På grund av detta förekommer grundämnet i naturen endast i mycket små mängder. Prometium är ett av de två grundämnen som inte har stabila (icke-radioaktiva) isotoper och som följs av stabila grundämnen (det andra är technetium).

Eftersom alla lantanider är lika stora har de sällsynta jordartsmetallerna alltid varit svåra att separera. Även med eoner av geologisk tid har separationen av lantaniderna i naturen endast sällan gått längre än separationen mellan lätta och tunga lantanider, även känd som cerium- och yttriumjordarna. Denna geokemiska separation visas i de två första sällsynta jordartsmetallerna som upptäcktes. Dessa var yttrium 1794 och cerium 1803. När de först hittades var båda en blandning av alla sällsynta jordartsmetaller. Stora malmförekomster av ceriumjordar finns runt om i världen och exploateras. Malmförekomster av yttrium är mer sällsynta. De är också vanligtvis mindre och mindre koncentrerade.

Fram till 1948 kom de flesta av världens sällsynta jordartsmetaller från sandfyndigheter i Indien och Brasilien. Under 1950-talet bröt Sydafrika de flesta av världens sällsynta jordartsmetaller. Detta skedde efter att stora ådror av ett mineral som innehåller sällsynta jordartsmetaller hade hittats där. Under 1960-talet fram till 1980-talet var en gruva i Kalifornien den ledande producenten. I dag framställs fortfarande en del koncentrat av sällsynta jordartsmetaller från de indiska och sydafrikanska fyndigheterna, men de är mycket små jämfört med den mängd som produceras i Kina. Kina hade producerat över 95 % av världens utbud av sällsynta jordartsmetaller. Det mesta av detta har gjorts i Inre Mongoliet, trots att det bara hade 37 % av de bevisade reserverna. Även om dessa siffror sedan dess har sagts ha sjunkit till 90 % och 23 % till 2012. Alla världens tunga sällsynta jordartsmetaller (t.ex. dysprosium) kommer från kinesiska källor till sällsynta jordartsmetaller, t.ex. den polymetalliska Bayan Obo-fyndigheten. År 2010 publicerade United States Geological Survey (USGS) en studie som visade att USA hade 13 miljoner ton sällsynta jordartsmetaller.

Den nya efterfrågan på dessa ämnen är större än tillgången. Världen kan snart stå inför en brist på sällsynta jordartsmetaller. Under flera år från och med 2009 förväntas den globala efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller överstiga tillgången med 40 000 ton per år om inte nya källor utvecklas.

Kina

Denna oro har ökat på grund av Kinas agerande. Kina har sagt att man kommer att införa regler för exporten och arbeta för att stoppa smuggling. Den 1 september 2009 sade Kina att man kommer att sänka sin export till 35 000 ton per år under 2010-2015. Kina sade att detta gjordes för att bevara sällsynta resurser och skydda miljön. Den 19 oktober 2010 rapporterade China Daily att Kina kommer att "ytterligare minska kvoterna för export av sällsynta jordartsmetaller med högst 30 procent nästa år för att skydda de dyrbara metallerna från överexploatering". I slutet av 2010 sade Kina att den första exportomgången 2011 för sällsynta jordartsmetaller skulle uppgå till 14 446 ton. Detta var en minskning med 35 procent jämfört med den första exportomgången 2010. I september 2011 meddelade Kina att man stoppade produktionen vid tre av sina åtta gruvor för sällsynta jordartsmetaller. Dessa gruvor producerade nästan 40 % av Kinas totala produktion av sällsynta jordartsmetaller. I augusti 2012 meddelade Kina att produktionen skulle minskas med ytterligare 20 %.

Utanför Kina

På grund av den ökade efterfrågan och restriktionerna på exporten av metaller från Kina håller vissa länder på att lagra resurser av sällsynta jordartsmetaller. Man söker efter nya källor i Australien, Brasilien, Kanada, Sydafrika, Tanzania, Grönland och USA. Gruvorna i dessa länder stängdes när Kina underskred världsmarknadspriserna på 1990-talet. Det kommer att ta några år att återuppta produktionen.

Europeiska unionen har uppmanat Danmarks protektorat Grönland att begränsa den kinesiska utvecklingen av projekt för sällsynta jordartsmetaller där, eftersom Kina står för 95 procent av världens nuvarande utbud. I början av 2013 har Grönlands regering sagt att den inte har några planer på att införa sådana restriktioner.

Upparbetning av kärnkraft är en annan möjlig källa till sällsynta jordartsmetaller eller andra grundämnen. Kärnklyvning av uran eller plutonium skapar många grundämnen och alla deras isotoper. Det är dock inte troligt att det går att skapa dem på ett säkert och ekonomiskt sätt på grund av radioaktiviteten hos många av dessa isotoper.

Återvinning

En annan källa till sällsynta jordartsmetaller är elektronikavfall och annat avfall som innehåller en stor mängd komponenter av sällsynta jordartsmetaller. Nya framsteg inom återvinningstekniken har gjort det lättare att få ut sällsynta jordartsmetaller ur dessa material. Återvinningsanläggningar är för närvarande i drift i Japan, där det finns cirka 300 000 ton sällsynta jordartsmetaller i oanvänd elektronik. I Frankrike håller Rhodia-koncernen på att inrätta två fabriker i La Rochelle och Saint-Fons. Dessa fabriker kommer att producera 200 ton sällsynta jordartsmetaller per år från förbrukade lysrör, magneter och batterier.

Geopolitiska överväganden

Kina har sagt att utarmning av resurserna och miljöproblem är skälen till ökad nationell kontroll av produktionen av sällsynta jordartsmetaller. Det har också föreslagits andra skäl än miljöskäl för att förklara Kinas politik för sällsynta jordartsmetaller. Enligt The Economist "handlar det om att minska exporten av sällsynta jordartsmetaller ... om att flytta kinesiska tillverkare uppåt i leveranskedjan, så att de kan sälja värdefulla färdiga varor till världen i stället för låga råvaror".

I sin rapport om strategin för kritiska material från 2010 identifierade Förenta staternas energidepartement dysprosium som det element som var mest kritiskt när det gäller importberoende.

I en rapport från 2011 från U.S. Geological Survey och U.S. Department of the Interior, "China's Rare-Earth Industry", behandlas industritrender i Kina. Den tar upp nationell politik som kan styra den framtida produktionen i landet. Enligt rapporten har Kinas ledande ställning i produktionen av sällsynta jordartsmetaller ökat under de senaste två decennierna. År 1990 stod Kina för endast 27 procent av dessa mineraler. År 2009 var världsproduktionen 132 000 ton. Kina producerade 129 000 av dessa ton. Enligt rapporten tyder de senaste mönstren på att Kina kommer att bromsa exporten av sådana material till världen: "På grund av den ökade inhemska efterfrågan har regeringen gradvis minskat exportkvoten under de senaste åren". År 2006 tillät Kina 47 inhemska producenter och handlare av sällsynta jordartsmetaller och 12 kinesisk-utländska producenter av sällsynta jordartsmetaller att exportera. År 2011 fanns det endast 22 inhemska tillverkare och handlare av sällsynta jordartsmetaller och 9 kinesiska-utländska tillverkare av sällsynta jordartsmetaller. Regeringens framtida politik kommer troligen att fortsätta med strikta kontroller: "Enligt Kinas utkast till utvecklingsplan för sällsynta jordartsmetaller kan den årliga produktionen av sällsynta jordartsmetaller begränsas till mellan 130 000 och 140 000 [ton] under perioden 2009-2015. Exportkvoten för produkter av sällsynta jordartsmetaller kan vara cirka 35 000 [ton] och regeringen kan tillåta 20 inhemska producenter och handlare av sällsynta jordartsmetaller att exportera sällsynta jordartsmetaller."

United States Geological Survey söker i södra Afghanistan efter fyndigheter av sällsynta jordartsmetaller under beskydd av USA:s militära styrkor. Sedan 2009 har USGS utfört undersökningar på distans och fältarbete för att verifiera sovjetiska påståenden om att det finns vulkaniska bergarter som innehåller sällsynta jordartsmetaller i Helmandprovinsen nära byn Khanneshin. USGS har funnit ett område med stenar i mitten av en utdöd vulkan som innehåller lätta sällsynta jordartsmetaller, bland annat cerium och neodym. Man har kartlagt 1,3 miljoner ton användbar sten. Detta motsvarar ungefär 10 års utbud vid nuvarande efterfrågenivåer. Pentagon har uppskattat dess värde till cirka 7,4 miljarder dollar.

Prissättning av sällsynta jordartsmetaller

Sällsynta jordartsmetaller är inte föremål för börshandel på samma sätt som ädelmetaller (t.ex. guld och silver) eller icke-järnmetaller (t.ex. nickel, tenn, koppar och aluminium). I stället säljs de på den privata marknaden. Detta gör det svårt att övervaka och följa deras priser. Priserna publiceras dock regelbundet på webbplatser som mineralprices.com. De 17 grundämnena säljs vanligtvis inte i ren form. De distribueras vanligen i blandningar med varierande renhet, t.ex. "Neodymium metal ≥ 99,5 %". på grund av detta kan prissättningen variera beroende på den kvantitet och kvalitet som slutanvändaren kräver.