Zeldzame aarde

Lijst van zeldzame aardmetalen

Hier volgt een tabel met de zeventien zeldzame aardmetalen, hun atoomnummer en symbool, de oorsprong van hun naam en enkele van hun toepassingen. Sommige van de zeldzame aarden zijn genoemd naar de wetenschappers die ze hebben ontdekt, en sommige zijn genoemd naar de plaats waar ze zijn ontdekt.

Z	Symbool	Naam	Naam Oorsprong	Geselecteerde toepassingen
21	Sc	Scandium	uit Scandinavië, waar het eerste zeldzame aarderts werd ontdekt.	Lichte aluminium-scandiumlegering wordt gebruikt voor lucht- en ruimtevaartonderdelen. Het is ook een additief in bepaalde lampen.
39	Y	Yttrium	naar het dorp Ytterby in Zweden, waar het werd ontdekt.	Yttrium wordt aangetroffen in bepaalde lasers en TV-fosfors. Het heeft ook toepassingen in hoge-temperatuur supergeleiders en microgolffilters, energie-efficiënte gloeilampen
57	La	Lanthaan	van het Griekse "lanthanein", wat verborgen zijn betekent.	Glas met hoge brekingsindex, vuursteen, waterstofopslag, batterij-elektroden, cameralenzen, kraakkatalysator voor olieraffinaderijen
58	Ce	Cerium	naar de dwergplaneet Ceres, genoemd naar de Romeinse godin van de landbouw.	Chemisch oxidatiemiddel, polijstpoeder, gele kleuren in glas en keramiek, katalysator voor zelfreinigende ovens, vloeibare katalytische kraakkatalysator voor olieraffinaderijen, vuurstenen voor aanstekers
59	Pr	Praseodymium	van het Griekse "prasios", wat prei-groen betekent, en "didymos", wat tweeling betekent.	Zeldzame-aardmagneten, lasers, kernmateriaal voor koolstofboogverlichting, kleurstof, additief in glas dat wordt gebruikt in lasbrillen,
60	Nd	Neodymium	van het Griekse "neos", wat nieuw betekent, en "didymos", wat tweeling betekent.	Zeldzame-aardmagneten, lasers, violette kleuren in glas en keramiek, keramische condensatoren
61	Pm	Promethium	naar de Titaan Prometheus, die vuur naar de stervelingen bracht.	Nucleaire batterijen
62	Sm	Samarium	naar Vasili Samarsky-Bykhovets, die het zeldzame aarderts samarskiet ontdekte.	Zeldzame aardmagneten, lasers,
63	Eu	Europium	naar het continent Europa.	Rode en blauwe fosforen, lasers, kwikdamplampen,
64	Gd	Gadolinium	naar Johan Gadolin (1760-1852), ter ere van zijn onderzoek naar zeldzame aarden.	Zeldzame aardmagneten, glas of granaten met hoge brekingsindex, lasers, röntgenbuizen, computergeheugens, neutronenvangst, MRI-contrastmiddelen.
65	Tb	Terbium	naar het dorp Ytterby, Zweden.	Groene fosforen, lasers, fluorescentielampen
66	Dy	Dysprosium	van het Griekse "dysprositos", wat moeilijk te krijgen betekent.	Zeldzame aardmagneten, lasers
67	Ho	Holmium	naar Stockholm (in het Latijn, "Holmia"), geboortestad van een van de ontdekkers.	Lasers
68	Er	Erbium	naar het dorp Ytterby, Zweden.	Lasers, vanadium staal
69	Tm	Thulium	naar het mythologische noordelijke land Thule.	Draagbare röntgenapparaten
70	Yb	Ytterbium	naar het dorp Ytterby, Zweden.	Infrarode lasers, chemisch reductiemiddel
71	Lu	Lutetium	naar Lutetia, de stad die later Parijs werd.	Medische hulpmiddelen, glas met hoge brekingsindex

Oorsprong

Zeldzame aardmetalen zijn zwaarder dan ijzer. Ze worden gemaakt door supernovae (ontploffende sterren). In de natuur worden bij de splijting van uranium-238 zeer kleine hoeveelheden radioactief promethium gevormd. Het meeste promethium wordt synthetisch gemaakt in kernreactoren.

Zeldzame aardelementen veranderen in de loop der tijd in kleine hoeveelheden (ppm, parts per million). Hun verhouding kan worden gebruikt voor geologische datering en datering van fossielen.

Geologische verspreiding

De zeldzame aardelementen worden vaak samen gevonden. De langstlevende isotoop van promethium heeft een halfwaardetijd van 17,7 jaar. Daarom komt het element in de natuur slechts in zeer kleine hoeveelheden voor. Promethium is een van de twee elementen die geen stabiele (niet-radioactieve) isotopen hebben en worden gevolgd door stabiele elementen (het andere is technetium).

Omdat alle lanthaniden dicht bij elkaar liggen, zijn de zeldzame aardmetalen altijd moeilijk te scheiden geweest. Zelfs in de eeuwen van geologische tijd is de scheiding van de lanthaniden in de natuur slechts zelden verder gegaan dan de scheiding tussen lichte en zware lanthaniden, ook bekend als de cerium- en yttriumaardmetalen. Deze geochemische scheiding komt tot uiting in de eerste twee zeldzame aardmetalen die werden ontdekt. Dit waren yttrium in 1794 en ceria in 1803. Toen ze voor het eerst werden gevonden, waren ze elk een mengsel van alle zeldzame aarden. Grote ertslagen van de ceriumaarde worden over de hele wereld gevonden en geëxploiteerd. Ertslagen voor yttrium zijn zeldzamer. Bovendien zijn zij gewoonlijk kleiner en minder geconcentreerd.

Wereldwijde productie van zeldzame aardmetalen

Tot 1948 was het grootste deel van de zeldzame aardmetalen in de wereld afkomstig van zandlagen in India en Brazilië. In de jaren 1950 werden in Zuid-Afrika de meeste zeldzame aardmetalen ter wereld gewonnen. Dit gebeurde nadat daar grote aders van een zeldzame aardmetalen houdend mineraal waren gevonden. In de jaren zestig tot de jaren tachtig was een mijn in Californië de grootste producent. Vandaag de dag worden in de Indiase en Zuid-Afrikaanse afzettingen nog steeds enkele concentraten van zeldzame aardmetalen geproduceerd, maar deze zijn zeer klein in vergelijking met de hoeveelheid die in China wordt geproduceerd. China heeft meer dan 95% van de wereldvoorraad zeldzame aardmetalen geproduceerd. Het grootste deel daarvan werd gewonnen in Binnen-Mongolië, ook al beschikte dat land slechts over 37% van de bewezen reserves. Hoewel deze cijfers sindsdien naar verluidt zijn gedaald tot 90% en 23% in 2012. Alle zware zeldzame aardmetalen ter wereld (zoals dysprosium) zijn afkomstig uit Chinese bronnen van zeldzame aardmetalen, zoals de polymetallische Bayan Obo-afzetting. In 2010 heeft de United States Geological Survey (USGS) een studie gepubliceerd waaruit bleek dat de Verenigde Staten 13 miljoen ton zeldzame aardelementen bezitten.

De nieuwe vraag naar deze elementen is groter dan het aanbod ervan. De wereld kan binnenkort te maken krijgen met een tekort aan zeldzame aardmetalen. Verwacht wordt dat de wereldwijde vraag naar zeldzame aardelementen vanaf 2009 elk jaar 40 000 ton groter zal zijn dan het aanbod, tenzij nieuwe bronnen worden ontwikkeld.

China

Deze bezorgdheid is groter geworden door de acties van China. China heeft gezegd dat het de export aan banden zal leggen en smokkel een halt zal toeroepen. Op 1 september 2009 zei China dat het zijn export gaat verlagen tot 35.000 ton per jaar in 2010-2015. China zei dat dit werd gedaan om zeldzame hulpbronnen te behouden en het milieu te beschermen. Op 19 oktober 2010 meldde China Daily dat China "de quota voor de export van zeldzame aardmetalen volgend jaar met maximaal 30 procent verder zal verlagen om de edele metalen te beschermen tegen overexploitatie". Eind 2010 zei China dat de eerste exportronde in 2011 voor zeldzame aardmetalen 14.446 ton zou bedragen. Dit was een daling met 35% ten opzichte van de eerste exportronde in 2010. In september 2011 verklaarde China dat het de productie in drie van zijn acht mijnen voor zeldzame aardmetalen zou stopzetten. Deze mijnen produceerden bijna 40% van China's totale productie van zeldzame aardmetalen. In augustus 2012 zei China dat de productie met nog eens 20% zou worden verminderd.

Buiten China

Vanwege de toegenomen vraag en de beperkingen op de uitvoer van de metalen uit China leggen sommige landen voorraden aan van zeldzame aardmetalen. Er wordt gezocht naar nieuwe bronnen in Australië, Brazilië, Canada, Zuid-Afrika, Tanzania, Groenland en de Verenigde Staten. De mijnen in deze landen werden gesloten toen China in de jaren negentig de wereldprijzen onderbood. Het zal een paar jaar duren voordat de productie weer op gang komt.

De Europese Unie heeft er bij het Deense protectoraat Groenland op aangedrongen de Chinese ontwikkeling van projecten op het gebied van zeldzame aardmetalen aldaar te beperken, aangezien China goed is voor 95 procent van het huidige wereldaanbod. Begin 2013 heeft de regering van Groenland gezegd dat zij geen plannen heeft om dergelijke beperkingen op te leggen.

Nucleaire opwerking is een andere mogelijke bron van zeldzame aardmetalen of andere elementen. Door kernsplijting van uranium of plutonium ontstaan veel elementen en al hun isotopen. Het is echter niet waarschijnlijk dat het creëren daarvan veilig en economisch kan gebeuren vanwege de radioactiviteit van veel van deze isotopen.

Recycling

Een andere bron van zeldzame aardmetalen is elektronisch afval en ander afval dat een grote hoeveelheid zeldzame aardmetalen bevat. Nieuwe ontwikkelingen in de recyclingtechnologie hebben het gemakkelijker gemaakt om de zeldzame aardmetalen uit deze materialen te halen. Recyclagefabrieken zijn momenteel operationeel in Japan, waar zich ongeveer 300.000 ton zeldzame aardmetalen in ongebruikte elektronica bevindt. In Frankrijk is het Rhodia-concern bezig met de oprichting van twee fabrieken in La Rochelle en Saint-Fons. Deze fabrieken zullen 200 ton zeldzame aardmetalen per jaar produceren uit gebruikte fluorescentielampen, magneten en batterijen.

Geo-politieke overwegingen

China heeft verklaard dat de uitputting van de hulpbronnen en de bezorgdheid om het milieu de redenen zijn voor de strengere nationale controle op de produktie van zeldzame aardmetalen. Er zijn ook niet-milieugerelateerde redenen geopperd om China's beleid inzake zeldzame aardmetalen te verklaren. Volgens The Economist gaat het er bij het terugschroeven van de export van zeldzame aardmetalen om dat Chinese fabrikanten hoger in de toeleveringsketen komen, zodat ze waardevolle eindproducten aan de wereld kunnen verkopen in plaats van laaggeprijsde grondstoffen.

Het Amerikaanse ministerie van Energie heeft in zijn verslag van 2010 over de strategie voor kritieke materialen dysprosium aangewezen als het element dat het meest kritiek is wat de afhankelijkheid van invoer betreft.

Een rapport uit 2011 van de U.S. Geological Survey en het U.S. Department of the Interior, "China's Rare-Earth Industry", behandelt de industriële trends in China. Er wordt gekeken naar nationaal beleid dat de toekomst van de Chinese productie kan sturen. Volgens het rapport is China's leidende positie in de productie van zeldzame aardmetalen de afgelopen twee decennia gegroeid. In 1990 was China goed voor slechts 27% van dergelijke mineralen. In 2009 bedroeg de wereldproductie 132.000 ton. China produceerde 129.000 van die ton. Volgens het rapport wijzen recente patronen erop dat China de uitvoer van dergelijke materialen naar de wereld zal vertragen: "Vanwege de toename van de binnenlandse vraag heeft de regering de exportquota de afgelopen jaren geleidelijk verlaagd." In 2006 liet China 47 binnenlandse producenten en handelaren van zeldzame aardmetalen en 12 Chinese en buitenlandse producenten van zeldzame aardmetalen exporteren. In 2011 waren er nog maar 22 binnenlandse producenten van en handelaars in zeldzame aardmetalen en 9 Chinese en buitenlandse producenten van zeldzame aardmetalen. De regering zal in haar toekomstige beleid waarschijnlijk streng blijven controleren: "Volgens China's ontwerpontwikkelingsplan voor zeldzame aardmetalen mag de jaarlijkse productie van zeldzame aardmetalen in de periode 2009-2015 beperkt blijven tot 130.000 à 140.000 [metrische ton]. Het exportquotum voor zeldzame aardmetalen kan ongeveer 35.000 [metrische ton] bedragen en de regering kan 20 binnenlandse producenten van en handelaars in zeldzame aardmetalen toestaan zeldzame aardmetalen uit te voeren."

De United States Geological Survey zoekt in het zuiden van Afghanistan naar afzettingen van zeldzame aardmetalen onder bescherming van de strijdkrachten van de Verenigde Staten. Sinds 2009 heeft het USGS zowel op afstand als ter plaatse onderzoek verricht om de beweringen van de Sovjet-Unie te verifiëren dat er in de provincie Helmand nabij het dorp Khanneshin vulkanisch gesteente voorkomt dat zeldzame aardmetalen bevat. Het USGS heeft in het centrum van een uitgedoofde vulkaan een gebied van gesteenten gevonden met lichte zeldzame aardmetalen, waaronder cerium en neodymium. Het heeft 1,3 miljoen ton bruikbaar gesteente in kaart gebracht. Dit is ongeveer 10 jaar voorraad op het huidige vraagniveau. Het Pentagon heeft de waarde ervan geschat op ongeveer 7,4 miljard dollar.

Prijzen van zeldzame aardmetalen

Zeldzame aardmetalen worden niet op de beurs verhandeld zoals edelmetalen (bijvoorbeeld goud en zilver) of non-ferrometalen (zoals nikkel, tin, koper en aluminium) dat wel worden. In plaats daarvan worden zij op de particuliere markt verkocht. Hierdoor zijn hun prijzen moeilijk te controleren en te volgen. De prijzen worden echter periodiek gepubliceerd op websites zoals mineralprices.com. De 17 elementen worden meestal niet in hun zuivere vorm verkocht. Zij worden meestal gedistribueerd in mengsels van uiteenlopende zuiverheid, b.v. "Neodymiummetaal ≥ 99,5%". Daardoor kan de prijs variëren naar gelang van de hoeveelheid en de kwaliteit die de eindgebruiker nodig heeft.

Wereldproductie 1950-2000