پیشرفت تکنولوژی بشر در گروعناصر نادر خاکی

عناصر کمیاب خاکی کدامند؟
یک گروه از عناصر جدول مندلیف به دلیل شرايط ساختاري عناصر و مسایل خاص زمين شناسي شان، در طبيعت كم يافت مي شوند به همین دلیل این گروه 15 عنصری به نام لانتانیدها که از عدد اتمي 57 تا 71 را شامل مي شود را عناصر خاکی کمیاب یا نادر لقب داده اند.اين عناصر ليتوفيل (يعني سنگ دوست)نام دارند،به همين دليل بيشتر در پوسته قاره اي يافت مي شوند.در علم زمین شناسی اين عناصر به دو گروه سبك يا گروه سريم (شامل7 عنصر از عدد اتمي 57 تا 63 ) و سنگين يا گروه ايتريم(شامل 8 عنصر از عدد اتمي 64 تا 71 به اضافه ايتريم)تقسيم مي شوند.دو عضو ايتريم با عدد اتمي 39 و اسكانديم با عدد اتمي 21 نيز به دليل همساني شيميايي در اين گروه ها جاي دارند. ايتريم با اينكه سبك ترين عنصر خاكي است اما از نظر خواص شيميايي و فيزيكي در گروه سنگين جاي مي گيرد.

فراوان ترین و نادرترین آنها
بيشترعناصر خاكي نادر،برخلاف نامشان چندان هم كمياب نيستند.مثلا عنصر سريم به عنوان فراوان ترين عنصر نادر خاكي شناخته شده كه فراواني آن در پوسته زمين حدود 60 گرم در هر تن است؛اين ميزان عنصر سریم از محتواي سرب و مس پوسته زمین بيشتر است اما به دليل اينكه كاني خاصي تشكيل نمي دهد، تمركز به صورت مواد معدني ندارد.درميان اين عناصر،تنها عنصر پرومتيم در طبيعت يافت نشده است كه به طور مصنوعي ساخته مي شود.

خاصیت رادیو اکتیوی برخی از این عناصر
كاني ها و فرآورده هاي عناصر خاكي نادر،در كنارمحصولات جانبي و مواد باقيمانده حاصل از فرآوري آنها به دليل همراهي آنها با بعضي عناصر راديواكتيومانند توريم و اورانيوم، ممكن است به طور طبيعي قبل از فراوري در برخي از ذخاير خاصيت راديوا كتيوي داشته باشند.البته براساس استانداردهاي بين المللي ميزان سمي بودن و خطرناكي آنها در حد بالايي نيست و در زمان حمل و نقل، بارگيري، انبار و عرضه آنها، مراقبت هاي نه چندان شديدي مورد نياز است.

ويژگي هاي شيميايي وفيزيكي 
عناصر نادر خاكي به دليل داشتن يون هاي پايدار سه ظرفيتي با اندازه هاي مشابه،خواص فيزيكي و شيميايي مشابهي دارند. اصولا عناصر نادر خاكي كمتر از بقيه عناصر، قابليت حل شدن دارند و طي تاثير فرآيندهاي دگرگوني درجه پايين، فرسايش، دگرساني و گرمابي،جابه جا نمي شوند. حلاليت شيميايي اين عناصر نيز شبيه هم است و فقط كمي در سري لانتانيدها تغيير مي كند و به خاطر اين تشابه،مشكل مي توان اين عناصر را از هم جدا كرد؛اگرچه اين عناصر را به صورت اكسيدي به راحتي مي توان از نظر شيميايي جدا كرد.همچنين همه اين عناصر به صورت تركيبات سه ظرفيتي زماني كه گرم مي شوند، با عناصر غير فلزي بسيار قوي واكنش و تركيبات محكمي را تشكيل مي دهند.از ديگر خاصيت هاي آنها اين است كه هرگز به صورت يك فلز آزاد در خاك يافت نمي شوند و تغييرات شعاع يوني در اين عناصر،ناچيز است.

مصارف این عناصر  
با وجود تنوع موارد مصرف اين عناصر، بيشترين جنبه هاي كاربردي آنها را مي توان به چهار گروه اصلي، كاربردهاي اكترونيكي، مغناطيسي، كاربردهاي شيشه و سراميك،كاربردهاي فلزكاري و كاربردهاي كاتاليستي و شيميايي اشاره كرد.به عنوان مثال عنصر سريم براي مبدل كاتاليزوري اگزوز خودروها،استفاده در صنعت شيمي نفت، تهيه بلورهاي توليدكننده اشعه ماورا بنفش و ساخت شيشه هاي رنگي استفاده مي شود.همچنين از عنصر نئوديميم به عنوان آهن رباي دايمي، كاربرد در موتور جت، ژنراتوربادي و سانتريفيوژغني سازي از اورانيوم و از عنصر اربيم براي تقويت فيبرنوري استفاده مي شود. از عنصر گادولينيم نيز در صنايع الكترونيك، توليد آلياژهاي ويژه، توليد مواد مغناطيسي خاص، ذخيره اطلاعات، مصارف هسته اي، جذب حرارتي نوترون استفاده مي شود.

سهم کشورها از این عنصر استراتژیک
اين عناصر همان طور كه از نامشان پيداست،عناصركميابي هستند كه به دليل شرايط خاص زمين شناسي شان در همه كشورها يافت نمي شود اما به طور كلي مي توان گفت كشورهاي روسيه، چين و آمريكا، 90 درصد توليد جهاني عناصر نادر خاكي را به خود اختصاص داده اند .در این میان كشور چين با داشتن 43 ميليون تن عنصر، 43 درصد از توليد جهاني را به خود اختصاص داده است.پس از آن به ترتيب كشورهاي مشترك المنافع، آمريكا،افغانستان،استراليا،هند، كانادا و آفريقاي جنوبي بیشترین تولید این عناصر را از آن خود کرده اند.

وضعیت عناصر کمیاب خاکی ایران
با توجه به ويژگي هاي زمين شناسي و خاستگاه اين عناصر(يعني همراهي با سنگ هاي كربناتيت و كانسرهاي آپاتيت با منشا آذرين،مگنتيت هاي آپاتيت دار و سنگ هاي قليايي قوي)،وجود منابعي از اين گونه عناصر در ايران محتمل است.كانسنگ هاي بزرگ آهن ناحيه بافق يزد، چغارت و چادرملو از جمله آنهاست.همچنين در مناطق ديگري از كشورمان مانند ناحيه مروست نیز وجود اين عناصر گزارش شده است.طبق مطالعاتي كه به انجام رسيده،بيشترعناصر خاكي ايران از عناصر خاكي سبك تشكل يافته اند اما متاسفانه در ايران هيچ گونه كار اصولي روي اين ذخاير انجام نشده است و تاكنون درباره نياز و ميزان مصرف يا وارداتي از كاني هاي اين عناصر درايران اطلاعات چنداني در دسترس نيست. /پایان پیام

دکتر منصور قربانی
عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی
مدیر مرکز پژوهشی زمین شناسی پارس(آریان زمین)