????? ??? ?????? ? ?????


عناصر خاکی نادر؛ ارزشمندتر از طلا!

 

در دنیای امروز، فناوری‌های پیشرفته به‌شدت نیازمند ذخایر استراتژیک، مانند عناصر نادر خاکی هستند. دکتر منصور قربانی ابعاد این موضوع را تشریح می کند


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 به میزان کمی‌ یافت می‌شوند و به همین دلیل، این عناصر را کمیاب یا نادر می‌نامند.
 این عناصر به دو گروه سبک یا گروه 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 پوسته‌ی قاره‌ای یافت می‌شوند.
از میان این عناصر کدام یک در پوسته زمین فراوان‌تر و کدام کمیاب‌تر است؟
بیشتر عناصر خاکی نادر، برخلاف نامشان، چندان هم کم‌یاب نیستند. مثلاً، می‌توان به عنصر سریم به‌عنوان فراوان‌ترین عنصر نادر خاکی اشاره کرد که فراوانی آن در پوسته زمین، در حدود 60 گرم در هر تن است که این میزان، از محتوای سرب و مس در پوسته بیشتر است و به دلیل این‌که کانی خاصی تشکیل نمی‌دهد، تمرکز به صورت مواد معدنی ندارد. درمیان این عناصر، تنها عنصر پرومتیم در طبیعت یافت نشده‌است که به طور مصنوعی ساخته می‌شود.

این عناصر نادر خاکی از چه ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی برخوردارهستند؟

عناصر نادر خاکی به دلیل داشتن یون‌های پایدار سه ظرفیتی با اندازه‌های مشابه، خواص فیزیکی و شیمیایی مشابهی دارند. اصولاً عناصر نادر خاکی، کمتر از بقیه عناصر، قابلیت حل‌شدن دارند و طی تأثیر فرآیندهای دگرگونی درجه‌ی 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 همه‌ی این عناصر، به صورت ترکیبات سه‌ظرفیتی، زمانی که گرم می‌شوند، با عناصر غیرفلزی بسیار قوی واکنش داده 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 باقیمانده‌ی حاصل از فرآوری آن‌ها، به‌دلیل همراهی آن‌ها با بعضی عناصر رادیواکتیو، مانند توریم و اورانیوم، ممکن است به‌طور طبیعی، قبل از فرآوری در برخی از ذخایر خاصیت رادیو اکتیوی داشته باشند.

البته براساس استانداردهای بین‌المللی میزان سمی‌بودن و خطرناکیِ آن‌ها در حد بالایی نیست و در زمان حمل و نقل، بارگیری، انبار و عرضه‌ی آن‌ها، مراقبت‌های نه‌چندان شدیدی مورد نیاز است.

 

آیا تاکنون میزان سمی بودن عناصر نادر خاکی روی انسان گزارش شده است؟

هنوز میزان سمی‌بودن عناصر نادر خاکی روی انسان گزارش نشده‌است؛ ولی با آزمایش‌هایی که روی حیوان‌ها انجام گرفته، نتیجه‌گیری شده که چگونگی تماس یا ورود این مواد به درون بدن این جانداران، نقش بسیاری در 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 سمی‌بودن افزایش می‌یابد. در این حالت نیز، این مواد در ریه‌ها تجمع می‌یابند، سپس، به‌تدریج 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 دارد.

 

در حال حاضر، مصارف عمده‌ی عناصر خاکی نادر چیست و بیشتر در چه صنایعی کاربرد دارد؟

مقدار به‌کارگیری این عناصر، از دهه 90 تاکنون رو به افزایش است؛ به‌طوری که مصرف سالانه‌ی آن‌ها، بیش از صد هزار تن است. اخیراً نیز، این عناصر، کاربرد وسیعی در صنایع جدید یافته‌اند و از اهمیت زیادی برخوردار هستند و از این رو، تحت عنوان «عناصر استراتژیک» شناخته می‌شوند.

با وجود تنوع موارد مصرف این عناصر، به عنوان بیشترین جنبه‌های کاربردی آن‌ها، می‌توان به چهار گروه اصلی «کاربردهای الکترونیکی، مغناطیسی، کاربردهای شیشه و سرامیک، کاربردهای فلزکاری و کاربردهای کاتالیستی و شیمیایی» اشاره کرد.

به‌عنوان مثال، عنصر سریم برای مبدل کاتالیزوری اگزوز خودروها، استفاده در صنعت شیمی نفت، تهیه‌ی بلورهای تولیدکننده‌ی اشعه‌ی ماوراء بنفش و ساخت شیشه‌های رنگی استفاده می‌شود. هم‌چنین، از عنصر نئودیمیم به‌عنوان آهن‌ربای دائمی، کاربرد در موتور جت، ژنراتوربادی و سانتریفیوژ غنی‌سازی 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، ذخیره‌ی اطلاعات، مصارف هسته‌ای و جذب حرارتی نوترون استفاده می‌شود.

در حال حاضر، کدام کشورها تولیدکننده‌های اصلی این عناصر محسوب می‌شوند؟

این عناصر، همان طور که از نامشان پیداست، عناصر کمیابی هستند که به دلیل شرایط خاص زمین‌شناسی‌شان در همه کشورها یافت نمی‌شوند؛ امّا، به‌طور کلی، می‌توان گفت که کشورهای روسیه، چین و آمریکا، 90 درصد تولید جهانی عناصر نادر خاکی را به خود اختصاص داده‌اند که کشور چین، با در اختیار داشتن بزرگ‌ترین ذخایر جهانی این عناصر از نظر کمیت و کیفیت، فرآوری و پالایش در رتبه نخست جهانی قرار گرفته است. کشور چین با داشتن 43 میلیون تن عنصر، 43 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده‌است.

در ادامه، به‌ترتیب می‌توان کشورهای مشترک‌المنافع، آمریکا، افغانستان، استرالیا، هند، کانادا و آفریقای جنوبی را نام برد.

 

وضعیت عناصر نادر خاکی در ایران به چه صورت است،آیا تا به حال منطقه غنی از این عناصر در ایران شناسایی شده است؟

متاسفانه، در ایران هیچ گونه کار اصولی روی این ذخایر انجام نشده‌است و تاکنون، درباره‌ی نیاز و میزان مصرف یا واردات کانی‌های این عناصر در ایران، اطلاعات چندانی در دسترس نیست؛ امّا، با توجه به ویژگی‌های زمین‌شناسی و خاستگاه این عناصر، یعنی همراهی با سنگ‌های کربناتیت و کانسرهای آپاتیت با منشأ آذرین، مگنتیت‌های آپاتیت‌دار و سنگ‌های قلیایی قوی، وجود منابعی از این گونه عناصر در ایران محتمل است و کانسنگ‌های بزرگ آهن ناحیه بافق یزد، چغارت و چادرملو از جمله‌ی آن‌هاست. به‌عنوان مثال، در ناحیه‌ی بافق، یک‌سری کانسرهای متشکل از آهن و فسفات وجود دارد که به آن‌ها کانسرآپاتیت مگنتیت می‌گویند که اسفوردی، نمونه‌ی بارز آن است و به‌دلیل این‌که بافق، آپاتیت فراوانی دارد، می توان گفت که منبع اصلی عناصر نادر کمیاب را می‌توان در این ناحیه یافت.

البته استخراج این عناصر، به تنهایی انجام نمی‌شود؛ یعنی باید این عناصر را به‌عنوان محصول جنبی استخراج و تولید نمود. مثلاً،  زمانی که سنگ آهن استخراج می‌شود، کانی آپاتیت، به‌عنوان محصول جنبی این سنگ آهن فرآوری می‌شود. پس از آن، می‌توانیم به این عناصر خاکی به‌عنوان 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 شده‌است؛ اما استخراج آن اقتصادی نیست. در ضمن، طبق مطالعاتی که به انجام رسیده است، بیشتر عناصر خاکی ایران، از عناصر خاکی سبک تشکل یافته‌اند.

 

با توجه به این‌که ایران نیز، دارای این عناصر استراتژیک است، آیا به نظر شما نیاز به تولید و استخراج این عناصر در کشور احساس نمی‌شود؟

با وجود این‌که تنها 50 سال از عمر فلزات خاکی نادر می‌گذرد، اما مصارف آن‌ها با رشد فزاینده‌ی صنایع خودرو، الکترونیک، مخابرات، کامپیوتر و تجهیزات قابل حمل و کاربرد این عناصر، به‌ویژه در زمینه‌های ساخت کاتالیست‌های آلایندگی اتومبیل‌ها، آهن‌رباهای دائمی و باتری‌های قابل شارژ و هم‌چنین سوددهی کلان این صنعت، چنین تصور می‌شود که کشورهای نوپای صنعتی، ناگزیر به استفاده‌ی هرچه بیشتر از این عناصر خواهند بود؛ به‌طوری که میزان مصرف این عناصر را می‌توان به‌عنوان شاخص رشد صنعتی کشورها در نظر داشت. 
بنابراین؛ با توجه به این مسائل، پیشنهاد می‌شود که یک پی‌جویی و بررسی دقیق اکتشافی برای این عناصر در کشور ما نیز، به‌طور سیستماتیک آغاز شود. به‌نظر می‌رسد که طبق شواهد و مطالعاتی که در این زمینه، مبنی بر وجود ذخایراین عناصر خاکی در ناحیه بافق انجام شده است، بتوانیم نیاز داخلی کشور را برآورده و حتی اقدام به صادرات این عناصر کنیم.

منبع:.hitna.ir




:: برچسب‌ها: عناصر خاکی نادر, عناصر ارزشمند, ارزشمندتر از طلا
نویسنده : پوریا عصمتی
تاریخ : پنجشنبه ٥ امرداد ۱۳٩۱
نقل قول ()