خاکی ارزشمندتر از طلا

از سوی دیگر، افزایش قیمت این فناوری‌ها آغاز چالشی است که کشورها را به مبارزه طلبیده است. در این میان، کشوری صاحب قدرت است که دارای این عناصر باشد.

رصد این تحولات جدید در ایران و گوشه و کنار جهان بهانه‌ای شد که گفت‌وگویی با دکتر منصور قربانی، دکتری زمین‌شناسی، عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی و مدیر مرکز پژوهشی زمین‌شناسی آریان زمین داشته باشیم تا بیشتر درباره این موضوع به بحث بپردازیم.

در حال حاضر چند عنصر کمیاب خاکی در جهان یافت شده است؟ علت نامگذاری این عناصر به عنوان عناصر نادر خاکی چیست؟

در حال حاضر یک گروه 15 عنصری از عناصر جدول مندلیف به نام لانتانیدها که از عدد اتمی 57 تا 71 را شامل می‌شود به خاطر شرایط ساختاری خود عناصر و مسائل خاص زمین‌شناسی‌شان، در طبیعت کم یافت می‌شوند به همین دلیل این عناصر را کمیاب یا نادر می‌نامند.

این عناصر به دو گروه سبک یاگروه سریم (شامل 7 عنصر از عدد اتمی 57 تا 63) و سنگین یا گروه ایتریم (شامل 8 عنصر از عدد اتمی 64 تا 71 به اضافه ایتریم) تقسیم می‌شوند؛ به طور معمول دو عضو ایتریم با عدد اتمی 39 و اسکاندیم با عدد اتمی 21 نیز به دلیل همسانی شیمیایی در این گروه‌ها جای دارند. ایتریم با این‌که سبک‌ترین عنصر خاکی است، از نظر خواص شیمیایی و فیزیکی در گروه سنگین جای می‌گیرد.

در ضمن این عناصر لیتوفیل (یعنی سنگ‌دوست) نام دارند، به همین دلیل بیشتر در پوسته قاره‌ای یافت می‌شوند.

عناصر نادر خاکی به دلیل داشتن یون‌های پایدار سه ظرفیتی با اندازه‌های مشابه، خواص فیزیکی و شیمیایی مشابهی دارند. اصولا عناصر نادر خاکی کمتر از بقیه عناصر، قابلیت حل شدن دارند و طی تاثیر فرآیندهای دگرگونی درجه پایین، فرسایش، دگرسانی و گرمابی، جابه‌جا نمی‌شوند. حلالیت شیمیایی این عناصر نیز شبیه هم است و فقط کمی در سری لانتانیدها تغییر می‌کند و به خاطر این تشابه، مشکل می‌توان این عناصر را از هم جدا کرد؛ اگرچه این عناصر را به صورت اکسیدی براحتی می‌توان از نظر شیمیایی جدا کرد.

همچنین همه این عناصر به صورت ترکیبات سه ظرفیتی زمانی که گرم می‌شوند، با عناصر غیرفلزی بسیار قوی واکنش و ترکیبات محکمی را تشکیل می‌دهند. از دیگر خاصیت‌های آنها این است که هرگز به صورت یک فلز آزاد در خاک یافت نمی‌شوند و تغییرات شعاع یونی در این عناصر، ناچیز است.

با وجود شباهت‌های این عناصر از لحاظ خواص شیمیایی، باعواملی همچون شرایط اکسیداسیون، احیا و تغییرات کوچک مانند تغییر در ظرفیت یونی عناصر، اختلاف در شعاع و پتانسیل یونی (عامل مهم در مراحل مختلف کانی‌زایی) و تفاوت در کمپلکس‌های حاصل، وجود بخش‌های آلی در برخی سنگ‌ها مانند شیل (که باعث تمرکز برخی از این عناصرمی شود) قابل تفکیک خواهند بود.

کانی‌ها و فرآورده‌های عناصر خاکی نادر، در کنار محصولات جانبی و مواد باقیمانده حاصل از فرآوری آنها به دلیل همراهی آنها با بعضی عناصر رادیواکتیو مانند توریم و اورانیوم، ممکن است به طور طبیعی قبل از فراوری در برخی از ذخایر خاصیت رادیو اکتیوی داشته باشند.

البته براساس استانداردهای بین‌المللی میزان سمی بودن و خطرناکی آنها در حد بالایی نیست و در زمان حمل و نقل، بارگیری، انبار و عرضه آنها، مراقبت‌های نه‌چندان شدیدی مورد نیاز است.

هنوز میزان سمی بودن عناصر نادر خاکی روی انسان گزارش نشده است ولی با آزمایش‌هایی که روی حیوان‌ها انجام گرفته، نتیجه‌گیری شده که چگونگی تماس یا ورود این مواد به درون بدن این جانداران تاثیر بسیاری بر میزان اثر‌گذاری آنها دارد.

به این ترتیب که خوردن این مواد، اثرهای سمی کمی از خود به جای می‌گذارد؛ در حالی که بر اثر تنفس بخار آنها، میزان سمی بودن افزایش می‌یابد.

در این حالت نیز این مواد در ریه‌ها تجمع می‌یابند، سپس بتدریج جذب می‌شوند. در صورت تزریق زیرپوستی نیز اکثر مواد تزریقی در جای خود باقی می‌ماند و میزانی که جذب می‌شود، تمایل به تجمع در کبد، طحال و کلیه دارند.

مقدار بکارگیری این عناصر از دهه 90 تاکنون رو به افزایش است؛ به طوری که مصرف سالانه آنها بیش از صد هزار تن است.

اخیرا نیز در صنایع جدید این عناصر کاربرد وسیعی یافته‌اند و از اهمیت زیادی برخوردار هستند که تحت عنوان عناصر استراتژیک شناخته می‌شوند. با وجود تنوع موارد مصرف این عناصر، بیشترین جنبه‌های کاربردی آنها را می‌توان به چهار گروه اصلی، کاربردهای اکترونیکی، مغناطیسی، کاربردهای شیشه و سرامیک، کاربردهای فلزکاری و کاربردهای کاتالیستی و شیمیایی اشاره کرد.

به عنوان مثال عنصر سریم برای مبدل کاتالیزوری اگزوز خودروها، استفاده در صنعت شیمی نفت، تهیه بلورهای تولیدکننده اشعه ماورا بنفش و ساخت شیشه‌های رنگی استفاده می‌شود.

همچنین از عنصر نئودیمیم به عنوان آهن‌ربای دایمی، کاربرد در موتور جت، ژنراتوربادی و سانتریفیوژ غنی‌سازی از اورانیوم و از عنصر اربیم برای تقویت فیبر نوری استفاده می‌شود. از عنصر گادولینیم نیز در صنایع الکترونیک، تولید آلیاژهای ویژه، تولید مواد مغناطیسی خاص، ذخیره اطلاعات، مصارف هسته‌ای، جذب حرارتی نوترون استفاده می‌شود.

متاسفانه در ایران هیچ گونه کار اصولی روی این ذخایر انجام نشده است و تاکنون درباره نیاز و میزان مصرف یا وارداتی از کانی‌های این عناصر در ایران اطلاعات چندانی در دسترس نیست اما با توجه به ویژگی‌های زمین‌شناسی و خاستگاه این عناصر یعنی همراهی با سنگ‌های کربناتیت و کانسرهای آپاتیت با منشا آذرین، مگنتیت‌های آپاتیت‌دار و سنگ‌های قلیایی قوی وجود منابعی از این گونه عناصر در ایران محتمل است.

کانسنگ‌های بزرگ آهن ناحیه بافق یزد، چغارت و چادرملو از جمله آنهاست. به عنوان مثال در ناحیه بافق یک سری کانسرهای متشکل از آهن و فسفات وجود دارد که به آنها کانسرآپاتیت مگنتیت می‌گویند که اسفوردی نمونه بارز آن است و به دلیل این‌که بافق آپاتیت فراوانی دارد،می توان گفت منبع اصلی عناصر نادر کمیاب را می‌توان در این ناحیه یافت. البته استخراج این عناصر به تنهایی انجام نمی‌شود یعنی باید این عناصر را به عنوان محصول جنبی استخراج و تولید کنیم. مثلا زمانی که سنگ آهن استخراج می‌شود، کانی آپاتیت به عنوان محصول جنبی این سنگ آهن فرآوری می‌شود. پس از آن می‌توانیم به این عناصر خاکی به عنوان محصول جنبی آپاتیت دست یابیم. همچنین در معادن چادرملو و چغارت هم سالانه حدود 15 میلیون تن سنگ آهن استخراج می‌شود.

همچنین در مناطق دیگری از کشورمان مانند ناحیه مروست، وجود این عناصر گزارش شده است اما استخراج آن اقتصادی نیست. در ضمن طبق مطالعاتی که به انجام رسیده، بیشتر عناصر خاکی ایران از عناصر خاکی سبک تشکل یافته‌اند.

فرزانه صدقی - جام​جم