Τα σπάνια γήινα στοιχεία που βρέθηκαν στις τσέπες μας

Ακριβώς παρακάτω στον περιοδικό πίνακα, υπάρχουν ορισμένα στοιχεία που συνήθως θεωρούνται ως εργαστηριακά αξιοπερίεργα. Ωστόσο, σε αυτόν τον νέο αιώνα, τα στοιχεία της πρώτης σειράς, η ομάδα λανθανιδών (η οποία περιλαμβάνει από το λανθάνιο (ατομικός αριθμός=57) έως το λουτέτιο (71)), ενώνονται με δύο μεταβατικά στοιχεία (ύττριο (39) και σκάνδιο (21)) σχηματίστε τα Στοιχεία Σπάνιας Γης (REE) που αρχίζουν να έχουν εξέχοντα ρόλο στην καθημερινότητά μας.

Εάν βάλετε το χέρι σας στην τσέπη σας ίσως μπορείτε να βρείτε το smartphone σας, αν όχι, είναι πιθανό να διαβάζετε αυτό το άρθρο ή να είστε ένα άτομο της παλιάς μόδας που εξακολουθεί να επιβιώνει χωρίς να παραδώσει τις νέες τεχνολογίες. Σε κάθε περίπτωση, για να έχουμε μια ιδέα για το πώς αυτά τα REE αποτελούν μέρος της ζωής μας θα πρέπει να ξέρετε ότι μέχρι το 12 (από τα 17) μπορείτε να βρείτε σε ένα smartphone όπως το ευρώπιο (Eu) και το ύττριο (Y) στην οθόνη, το πρασεοδύμιο (Pr) και το γαδολίνιο (Gd) στα ηχεία ή το νεοδύμιο (Nd) και τερβίου (Tb) στα ηλεκτρικά εξαρτήματα. Εάν είστε ένας από αυτούς τους λίγους χωρίς κινητά, μην ανησυχείτε γιατί υπάρχουν επίσης σε υπολογιστές, τηλεοράσεις, κάμερες, οχήματα, CD και πολλά κ.λπ. κυρίως ως μέρος του εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας .

Γιατί είναι «σπάνια» και πού βρίσκονται

Ονομάστηκαν σπάνιες γαίες στα τέλη του δέκατου όγδοου αιώνα, και σε αντίθεση με αυτό που νομίζετε, δεν είναι τόσο σπάνιες. Στην πραγματικότητα, όσον αφορά τη συνολική τους αφθονία, οι REE είναι φυσικά παρόντες στο περιβάλλον, σε συγκεντρώσεις ακόμη πιο άφθονες από άλλα μέταλλα που τόσο εκτιμώνται όπως ο χρυσός. Αποτελούν μια χημικά ομοιόμορφη ομάδα και εμφανίζονται συνήθως μαζί. Όμως, αν και είναι σχετικά συχνά στον φλοιό της γης, εμφανίστηκαν συχνά σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Εμφανίζονται πιο συγκεντρωμένα σε συγκεκριμένες γεωλογικές συνθήκες και λίγες τοποθεσίες με περιεχόμενο σε βραχώδη υλικά αρκετά εμπλουτισμένα σε REE (συνήθως ανθρακικά και αλκαλικά πετρώματα) που είναι εκμεταλλεύσιμα έχουν βρεθεί μέχρι σήμερα.

Κινεζικό μονοπώλιο

Στις αρχές της δεκαετίας του '90, οι κινεζικές εταιρείες άρχισαν να κυριαρχούν ξεκάθαρα στην παγκόσμια αγορά REE. Τόσο (ίσως), για το χαμηλότερο κόστος εργασίας, τους λιγότερο αυστηρούς περιβαλλοντικούς κανονισμούς ή απευθείας μέσω του παιχνιδιού της αγοράς, εξάγουν REE σε χαμηλές τιμές, εμποδίζοντας τον ανταγωνισμό στην παραγωγή και κλείνοντας ακόμη και ορισμένες εκμεταλλεύσεις. Για να σας δώσω μια ιδέα, το 2016, η Κίνα κάλυψε το 83% της συνολικής παραγωγής, ακολουθούμενη με διαφορά για την Αυστραλία (11%). Ωστόσο, εκτός από τον παραγωγό, η Κίνα είναι και ο μεγαλύτερος καταναλωτής σπάνιων γαιών, με κατανάλωση 98 kt το 2015 (79% της συνολικής παραγωγής). Με το τρέχον πρότυπο κατανάλωσης θα μπορούσε να αναμένεται ότι μόνο η Κίνα θα χρησιμοποιήσει όλη την παγκόσμια παραγωγή τα επόμενα χρόνια. Επομένως, στις μέρες μας, το κύριο ζήτημα είναι ότι η έκρηξη της κατανάλωσης δεν αυξάνεται παράλληλα με την τρέχουσα παγκόσμια παραγωγή. Υπολογίζεται ότι τα παγκόσμια αποθέματα είναι περίπου 130 μεγατόνων REE και, λόγω της αναμενόμενης επικείμενης κατανάλωσης, αναζητούνται και ανοίγονται νέες πιθανές περιοχές εκμετάλλευσης σε όλο τον πλανήτη.

Τι γνωρίζουμε σήμερα

Με την αύξηση της παραγωγής και της κατανάλωσης, υπάρχει επίσης διεθνής ανησυχία για την ασφάλεια της υγείας αυτών των στοιχείων, το περιβαλλοντικό κόστος τους και τις επιπτώσεις που μπορεί να έχει η χρήση τους. Ανωμαλίες REE έχουν ανιχνευθεί στις ανεπτυγμένες χώρες από τα μέσα της δεκαετίας του 1990, απαραίτητες λόγω της χρήσης στην ιατρική (π.χ. Gd για απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού). Αυτές οι ανθρωπογενείς εισροές έχουν αναφερθεί από τότε ευρέως σε φυσικά συστήματα νερού, όπως το La, το Gd και το Sm στο Ρήνο (Γερμανία), το Gd και το Ce στον ποταμό Alzette (Λουξεμβούργο) ή το Ce στη Μαύρη Θάλασσα.Η αύξηση αυτή. στην παραγωγή και κατανάλωση REE θα οδηγούν στην απελευθέρωσή τους στο περιβάλλον και αρκετοί επιστημονικοί ερευνητές διαπίστωσαν ότι η υπερβολική έκθεση σε REE θα μπορούσε να είναι επιζήμια για το περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία . Ωστόσο, δεν υπάρχει καθορισμένο νομοθετικό πλαίσιο για αυτά τα στοιχεία και μέχρι τα δεδομένα, μόνο οι Κάτω Χώρες έχουν δημοσιεύσει ορισμένα μέγιστα επιτρεπτά επίπεδα (έκθεση RIVM 601501 011).

Νέες Εκμεταλλεύσεις =Νέες Επιστημονικές Προκλήσεις

Για να κατανοήσουμε καλύτερα το παρόν και το μέλλον των εκμεταλλεύσεων REE, η επιστημονική εργασία της ομάδας μας επικεντρώνεται στην να κατανοήσουν από την αρχή τον πιθανό κίνδυνο που μπορεί να έχουν οι εκμεταλλεύσεις εξόρυξης REE στη φύση. Για να συνοψίσουμε γρήγορα, ένας κύκλος διαχωρισμού των REE μόλις βρεθούν μεταλλεύματα θα μπορούσε να ακολουθήσει την εξής σειρά:1) εκμετάλλευση μεταλλεύματος με εξόρυξη. 2) Απελευθέρωση REE από το μετάλλευμα με σύνθλιψη, επίπλευση και/ή μαγνητισμό. 3) υδρομεταλλουργία με χρήση αντιδραστηρίων (συνήθως όξινες ενώσεις) για την έκπλυση και την καθίζηση των REE. και τέλος, 4) μια πραγματικά κουραστική εργασία διυλιστηρίου για να χωριστεί το ένα από το άλλο.

Σε όλα τα βήματα, πιθανή απελευθέρωση REE στο περιβάλλον είναι γεγονός, στα δύο πρώτα βήματα, διότι, μετά την εξόρυξη REE, το μετάλλευμα που γίνεται εκμετάλλευση και οι απορρίψεις θα αποτίθενται συνήθως ξανά στο περιβάλλον. λαμβάνοντας υπόψη ότι, στα δύο τελευταία στάδια μπορεί να προκύψουν διαρροές λυμάτων λόγω κακής περιβαλλοντικής διαχείρισης.

Περιβαλλοντικές επιπτώσεις

Έχουν αναφερθεί πιθανές επικίνδυνες επιπτώσεις που σχετίζονται με τα REE, τόσο για φυτά και ζώα, όσο και για τον άνθρωπο. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται επίσης για να ευνοήσουν την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα των φυτών, κυρίως στην κινεζική γεωργία, αν και δεν είναι απαραίτητα στοιχεία για τα φυτά. Μέχρι σήμερα, ο ρόλος των REE στους φυσιολογικούς μηχανισμούς δεν είναι ακόμη καλά κατανοητός, και παρόλο που, ίσως, σε μικρές ποσότητες, δεν θα μπορούσαν να είναι επιζήμιες για τους οργανισμούς ή ακόμη και να παρουσιάσουν κάποια θετικά αποτελέσματα, οι υψηλότερες συγκεντρώσεις λέγεται ότι είναι επικίνδυνες.

Διάφορες εργασίες που έγιναν στην ομάδα μας έχουν αποκαλύψει ότι μπορούν να προκαλέσουν πιθανές τοξικές επιδράσεις στις ρίζες των φυτών και στους υδρόβιους οργανισμούς ανήκουν στην κατώτερη τροφική αλυσίδα, τόσο για τη δική τους τοξικότητα ή λόγω αλληλεπίδρασης με άλλα θρεπτικά συστατικά . Σε μια μελέτη που έγινε σε ιζήματα ποταμών που ρέουν πάνω από πετρώματα εμπλουτισμένα σε REE, παρατηρήσαμε ότι αν και τα πετρώματα περιέχουν έως και 12.000 ppm REE, η περιεκτικότητα σε γειτονικά ιζήματα-υδατικά σώματα δεν ταιριάζει απαραίτητα, γεγονός που συνεπάγεται την δυνητική μεταφορά τους . Ωστόσο, η διαθεσιμότητα REE σε ιζήματα, ακόμη και αν αναφέρθηκε πολύ χαμηλή, έδειξε πιθανές βλάβες σε ζωντανούς οργανισμούς. Παρατηρήσαμε επίσης, προσομοιώνοντας τη βροχόπτωση σε διαφορετικούς βράχους εμπλουτισμένους σε REE, ότι το περιεχόμενο στις εκλούσεις που προκύπτουν μπορεί να μειωθεί με τις καιρικές συνθήκες, αλλά, ακόμη και έτσι, παρατηρήθηκαν αντίθετα αποτελέσματα τοξικότητας για διαφορετικούς υδρόβιους οργανισμούς.

Το μέλλον

Η τάση προς μεγαλύτερη περιβαλλοντική εισροή REE υποδηλώνει την επιτακτική ανάγκη αξιολόγησης του πιθανού κινδύνου που ενέχουν. Μελλοντικές μελέτες τοξικότητας, για τον καθορισμό των επιπέδων οικολογικής ασφάλειας, που θα πραγματοποιηθούν από κυβερνήσεις, ερευνητές και εταιρείες εξόρυξης, θα πρέπει να εξετάσουν την επίδραση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των υδάτων, των ιζημάτων και των εδαφών για την καλύτερη κατανόηση της διαθεσιμότητας των REE. κατανοούν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους και με άλλες ενώσεις που υπάρχουν στη φύση· και να αξιολογήσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξόρυξης REE. Με τελικό στόχο την εκτίμηση των μέγιστων συγκεντρώσεων REE χωρίς επιπτώσεις για το περιβάλλον και οι άνθρωποι.

Σήμερα, η γνώση που έχουμε για τις πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους είναι απλώς η κορυφή του παγόβουνου, επειδή δεν είχαν προκαλέσει κανένα ενδιαφέρον τους τελευταίους αιώνες. Η επικείμενη αύξηση της χρήσης τους θα πρέπει να μας βρει έτοιμους για να μην κάνουμε τα λάθη του παρελθόντος. Οι κυβερνήσεις, οι επιχειρήσεις και οι επιστήμονες πρέπει να συνεργαστούν για να φροντίσουν το περιβάλλον μας και τη δική μας ασφάλεια τώρα και για το μέλλον.

Αναφορές

• Αριθμητικά δεδομένα που ελήφθησαν από Γεωλογική έρευνα των ΗΠΑ, έκθεση του 2016.

Περισσότερες πληροφορίες για το έργο μπορείτε να βρείτε εδώ και για τον συγγραφέα εδώ και εδώ.

Αυτή η μελέτη, Αξιολόγηση της βασικής οικοτοξικότητας των ιζημάτων από μια πιθανή περιοχή εξόρυξης εμπλουτισμένη σε ελαφριά στοιχεία σπάνιων γαιών είναι μια συλλογή των ερευνών που έγιναν από την Ana Romero-Freire, μεταξύ άλλων και δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science of The Total Environment .