Vzácné zeminy

Seznam prvků vzácných zemin

Zde je uvedena tabulka sedmnácti prvků vzácných zemin, jejich atomové číslo a symbol, původ jejich názvů a některá jejich použití. Některé prvky vzácných zemin jsou pojmenovány podle vědců, kteří je objevili, a některé jsou pojmenovány podle místa, kde byly objeveny.

Z	Symbol	Název	Původ jména	Vybrané aplikace
21	Sc	Skandium	ze Skandinávie, kde byla objevena první ruda vzácných zemin.	Lehká slitina hliníku a skandia se používá pro letecké komponenty. Je také přísadou do některých světelných zdrojů.
39	Y	Yttrium	podle vesnice Ytterby ve Švédsku, kde byl objeven.	Yttrium se nachází v některých laserech a televizních luminoforech. Používá se také ve vysokoteplotních supravodičích a mikrovlnných filtrech., energeticky úsporných žárovkách.
57	La	Lanthan	z řeckého "lanthanein", což znamená být skrytý.	Sklo s vysokým indexem lomu, křemen, skladování vodíku, bateriové elektrody, čočky fotoaparátů, katalyzátor fluidního katalytického krakování pro ropné rafinerie.
58	Ce	Cer	po trpasličí planetě Ceres, pojmenované po římské bohyni zemědělství.	Chemické oxidační činidlo, lešticí prášek, žluté barvy do skla a keramiky, katalyzátor pro samočisticí pece, katalyzátor fluidního katalytického krakování pro ropné rafinerie, křemeny do zapalovačů.
59	Pr	Praseodym	z řeckého "prasios", což znamená zelený pórek, a "didymos", což znamená dvojče.	Magnety ze vzácných zemin, lasery, jádrový materiál pro uhlíkové obloukové osvětlení, barvivo, přísada do skla používaného ve svářečských brýlích,
60	Nd	Neodym	z řeckého "neos", což znamená nový, a "didymos", což znamená dvojče.	Magnety ze vzácných zemin, lasery, fialové barvy ve skle a keramice, keramické kondenzátory.
61	Pm	Promethium	podle Titána Prométhea, který přinesl smrtelníkům oheň.	Jaderné baterie
62	Sm	Samarium	po Vasiliji Samarském-Bychovcovi, který objevil rudu vzácných zemin samarskit.	Magnety ze vzácných zemin, lasery,
63	Eu	Europium	po evropském kontinentu.	Červené a modré luminofory, lasery, rtuťové výbojky,
64	Gd	Gadolinium	po Johanu Gadolinovi (1760-1852) na počest jeho výzkumu vzácných zemin.	Magnety ze vzácných zemin, sklo nebo granáty s vysokým indexem lomu, lasery, rentgenové trubice, počítačové paměti, zachycování neutronů, kontrastní látky pro magnetickou rezonanci |-
65	Tb	Terbium	podle vesnice Ytterby ve Švédsku.	Zelené luminofory, lasery, zářivky
66	Dy	Dysprosium	z řeckého "dysprositos", což znamená těžko dostupný.	Magnety ze vzácných zemin, lasery
67	Ho	Holmium	po Stockholmu (latinsky "Holmia"), rodném městě jednoho z jeho objevitelů.	Lasery
68	Er	Erbium	podle vesnice Ytterby ve Švédsku.	Lasery, vanadová ocel
69	Tm	Thulium	podle mytologické severní země Thule.	Přenosné rentgenové přístroje
70	Yb	Ytterbium	podle vesnice Ytterby ve Švédsku.	Infračervené lasery, chemické redukční činidlo
71	Lu	Lutecium	podle Lutetie, města, které se později stalo Paříží.	Zdravotnické prostředky, sklo s vysokým indexem lomu

Původ

Prvky vzácných zemin jsou těžší než železo. Vznikají v supernovách (vybuchujících hvězdách). V přírodě vzniká štěpením uranu 238 velmi malé množství radioaktivního promethia. Většina promethia vzniká synteticky v jaderných reaktorech.

Prvky vzácných zemin se v čase mění v malých množstvích (ppm, parts per million). Jejich podíl lze využít při geologickém datování a datování fosilií.

Geologické rozložení

Prvky vzácných zemin se často vyskytují společně. Nejdelší poločas rozpadu izotopu promethia je 17,7 roku. Z tohoto důvodu se tento prvek v přírodě vyskytuje jen ve velmi malém množství. Promethium je jedním ze dvou prvků, které nemají stabilní (neradioaktivní) izotopy a jsou následovány stabilními prvky (druhým je technecium).

Vzhledem k tomu, že všechny lanthanoidy jsou si velikostí blízké, bylo vždy obtížné prvky vzácných zemin oddělit. Dokonce i po eonech geologického času se separace lanthanoidů v přírodě jen zřídka dostala dále než separace lehkých a těžkých lanthanoidů, jinak známých jako zeminy ceru a ytria. Tato geochemická separace se projevuje u prvních dvou objevených vzácných zemin. Byly to yttrium v roce 1794 a cer v roce 1803. Při prvním nálezu byl každý z nich směsí všech vzácných zemin. Velká rudní ložiska ceričitanů se nacházejí po celém světě a jsou využívána. Rudní ložiska yttria jsou vzácnější. Také jsou obvykle menší a méně koncentrovaná.

Celosvětová produkce vzácných zemin

Do roku 1948 pocházela většina světových vzácných zemin z pískových ložisek v Indii a Brazílii. V 50. letech 20. století těžila většinu vzácných zemin na světě Jihoafrická republika. Stalo se tak poté, co zde byly nalezeny rozsáhlé žíly minerálu nesoucího vzácné zeminy. V 60. až 80. letech 20. století byl hlavním producentem důl v Kalifornii. Dnes se z indických a jihoafrických ložisek stále vyrábí určité množství koncentrátů vzácných zemin, ale ve srovnání s množstvím, které se těží v Číně, je velmi malé. Čína produkovala více než 95 % světových zásob vzácných zemin. Většina z toho byla vyrobena ve Vnitřním Mongolsku, přestože mělo pouze 37 % prokázaných zásob. I když se od té doby uvádí, že se tato čísla snížila na 90 % a 23 % do roku 2012. Všechny světové zásoby těžkých vzácných zemin (např. dysprosia) pocházejí z čínských zdrojů vzácných zemin, jako je polymetalické ložisko Bayan Obo. V roce 2010 zveřejnila Americká geologická služba (USGS) studii, podle které mají Spojené státy 13 milionů tun prvků vzácných zemin.

Nová poptávka po těchto prvcích je vyšší než jejich nabídka. Svět může brzy čelit nedostatku vzácných zemin. Očekává se, že za několik let od roku 2009 bude celosvětová poptávka po prvcích vzácných zemin o 40 000 tun ročně vyšší než nabídka, pokud nebudou vyvinuty nové zdroje.

Čína

Tyto obavy se v důsledku kroků Číny ještě prohloubily. Čína prohlásila, že zavede regulaci vývozu a bude se snažit zastavit pašování. Dne 1. září 2009 Čína oznámila, že v letech 2010-2015 sníží svůj vývoz na 35 000 tun ročně. Čína uvedla, že tak činí z důvodu zachování vzácných zdrojů a ochrany životního prostředí. Dne 19. října 2010 deník China Daily uvedl, že Čína "v příštím roce dále sníží kvóty na vývoz vzácných zemin maximálně o 30 %, aby ochránila vzácné kovy před nadměrným využíváním". Na konci roku 2010 Čína uvedla, že první kolo vývozu vzácných zemin v roce 2011 bude činit 14 446 tun. To bylo o 35 % méně než v prvním kole vývozu v roce 2010. V září 2011 Čína oznámila, že zastavuje těžbu ve třech ze svých osmi dolů na vzácné zeminy. Tyto doly produkovaly téměř 40 % celkové čínské produkce vzácných zemin. V srpnu 2012 Čína oznámila, že dojde k dalšímu 20% snížení produkce.

Mimo Čínu

Kvůli zvýšené poptávce a omezení vývozu kovů z Číny si některé země vytvářejí zásoby vzácných zemin. Hledají se nové zdroje v Austrálii, Brazílii, Kanadě, Jihoafrické republice, Tanzanii, Grónsku a Spojených státech. Doly v těchto zemích byly uzavřeny, když Čína v 90. letech 20. století snížila světové ceny. Obnovení těžby potrvá několik let.

Evropská unie vyzvala dánský protektorát Grónsko, aby omezilo čínský rozvoj projektů v oblasti vzácných zemin, protože Čína se na současných světových dodávkách podílí 95 procenty. Od začátku roku 2013 grónská vláda prohlašuje, že nemá v plánu taková omezení zavést.

Dalším možným zdrojem vzácných zemin nebo jiných prvků je přepracování jaderných materiálů. Jaderným štěpením uranu nebo plutonia vzniká mnoho prvků a všech jejich izotopů. Není však pravděpodobné, že by jejich vytváření mohlo probíhat bezpečně a ekonomicky kvůli radioaktivitě mnoha těchto izotopů.

Recyklace

Dalším zdrojem vzácných zemin je elektronický odpad a jiné odpady, které obsahují velké množství složek vzácných zemin. Nové pokroky v recyklační technologii usnadnily získávání vzácných zemin z těchto materiálů. Recyklační závody jsou v současné době v provozu v Japonsku, kde se v nepoužívané elektronice nachází přibližně 300 000 tun vzácných zemin. Ve Francii skupina Rhodia zřizuje dvě továrny v La Rochelle a Saint-Fons. Tyto továrny budou vyrábět 200 tun vzácných zemin ročně z použitých zářivek, magnetů a baterií.

Geopolitické aspekty

Čína uvedla, že vyčerpání zdrojů a obavy o životní prostředí jsou důvodem zvýšené celostátní kontroly produkce minerálů vzácných zemin. Jako vysvětlení čínské politiky v oblasti vzácných zemin se objevily i důvody, které se netýkají životního prostředí. Podle časopisu The Economist "snižování vývozu kovů vzácných zemin... je především o tom, aby se čínští výrobci posunuli na vyšší úroveň dodavatelského řetězce, aby mohli do světa prodávat cenné hotové výrobky, a ne podřadné suroviny".

Ministerstvo energetiky Spojených států ve své zprávě o strategii pro kritické materiály z roku 2010 označilo dysprosium za prvek, který je z hlediska závislosti na dovozu nejkritičtější.

Zpráva "China's Rare-Earth Industry" (Čínský průmysl vzácných zemin), kterou v roce 2011 vydaly U.S. Geological Survey a U.S. Department of the Interior, se zabývá průmyslovými trendy v Číně. Zabývá se národními politikami, kterými se může řídit budoucnost výroby v zemi. Ve zprávě se uvádí, že v posledních dvou desetiletích vzrostl náskok Číny ve výrobě nerostů vzácných zemin. V roce 1990 se Čína podílela na produkci těchto nerostů pouze 27 %. V roce 2009 činila světová produkce 132 000 tun. Čína vyprodukovala 129 000 z těchto tun. Podle zprávy nedávné vzorce naznačují, že Čína zpomalí vývoz těchto materiálů do světa: "Vzhledem k nárůstu domácí poptávky vláda v posledních několika letech postupně snižovala vývozní kvótu." V roce 2006 Čína povolila vývoz 47 domácím výrobcům a obchodníkům se vzácnými zeminami a 12 čínsko-zahraničním výrobcům vzácných zemin. V roce 2011 to bylo již jen 22 domácích výrobců a obchodníků se vzácnými zeminami a 9 čínsko-zahraničních výrobců vzácných zemin. Budoucí vládní politika pravděpodobně zachová přísné kontroly: "Podle návrhu čínského plánu rozvoje vzácných zemin může být roční produkce vzácných zemin v letech 2009 až 2015 omezena na 130 000 až 140 000 [metrických tun]. Vývozní kvóta pro výrobky ze vzácných zemin může činit přibližně 35 000 [metrických tun] a vláda může povolit vývoz vzácných zemin 20 domácím výrobcům a obchodníkům."

Geologická služba Spojených států hledá v jižním Afghánistánu pod ochranou vojenských sil Spojených států ložiska vzácných zemin. Od roku 2009 provádí USGS dálkový průzkum i terénní práce s cílem ověřit sovětská tvrzení, že v provincii Helmand poblíž vesnice Channešin existují vulkanické horniny obsahující kovy vzácných zemin. USGS nalezla v centru vyhaslé sopky oblast hornin s lehkými prvky vzácných zemin včetně ceru a neodymu. Zmapovala 1,3 milionu tun užitečných hornin. To je při současné úrovni poptávky zásoba na přibližně 10 let. Pentagon odhadl její hodnotu na přibližně 7,4 miliardy dolarů.

Ceny vzácných zemin

Prvky vzácných zemin nejsou obchodovány na burze stejně jako drahé (např. zlato a stříbro) nebo barevné kovy (např. nikl, cín, měď a hliník). Místo toho se prodávají na soukromém trhu. Proto je obtížné jejich ceny sledovat a monitorovat. Ceny jsou však pravidelně zveřejňovány na internetových stránkách, jako je mineralprices.com. Sedmnáct prvků se obvykle neprodává v čisté formě. Obvykle jsou distribuovány ve směsích různé čistoty, např. "kovový neodym ≥ 99,5 %". z tohoto důvodu se ceny mohou lišit podle množství a kvality požadované koncovým uživatelem.

Celosvětová produkce 1950-2000