ما هي المعادن النادرة؟
تمثل مجموعة المعادن النادرة أو ما يعرف بمعادن الأرض النادرة مجموعة من العناصر الكيميائية التي تشترك في عدد من الخصائص المتماثلة، وغالبًا ما توجد معًا في الرواسب الجيولوجية. تُعرف هذه المعادن أيضًا باسم “أكاسيد الأرض النادرة”، نظرًا لأن العديد منها يتم تسويقه كمركبات أكسيد. تشمل هذه المجموعة 17 معدنًا، جميعها تعد من المعادن الثقيلة والناعمة بلون أبيض فضي.
يشار إلى هذه المعادن بمصطلح “المعادن النادرة”، وهو تعبير قد يكون مضللاً، حيث أنها متواجدة بكثرة في قشرة الأرض، ولكنها تتواجد بصفة عامة إلى جانب العديد من العناصر الأخرى. إن عثورها منفردة يعد أمرًا نادر الحدوث، إلا في بعض الرواسب الكبيرة المركزة. من بين هذه المعادن، يُعتبر الثوليوم واللوتيتيوم الأقل وفرة، حيث يوجدان في القشرة الأرضية بكميات تفوق الذهب بمقدار 200 مرة.
تتسم عملية استخراج الثوليوم واللوتيتيوم بتحديات كبيرة نتيجة عدم توافرها بتركيزات كافية تتيح الاستخراج الاقتصادي. بالمقابل، تتواجد معادن أخرى مثل السيريوم، والنيوديميوم، والإيتريوم واللانثانوم بنسب أعلى، لكنها لا تتوفر أيضًا بتركيزات عالية تسمح بالاستخراج الاقتصادي كما هو الحال في المعادن الصناعية الأخرى مثل النيكل والكروم والزنك والرصاص.
عناصر مجموعة المعادن النادرة
تتكون مجموعة المعادن النادرة من 17 عنصرًا كيميائيًا متواجدين في الجدول الدوري، ومن بين هذه العناصر: الإيتريوم (Y)، سكانديوم (Sc)، اللوتيتيوم (Lu)، الإيتربيوم (Yb)، الثوليوم (Tm)، الإربيوم (Er)، الهولميوم (Ho)، الديسبروسيوم (Dy)، التيربيوم (Tb)، الجادولينيوم (Gd)، اليوروبيوم (Eu)، السماريوم (Sm)، البروميثيوم (Pm)، النيوديميوم (Nd)، البراسيوديوم (Pr)، السيريوم (Ce)، اللانثانم (La).
الخصائص الكيميائية للمعادن النادرة
تتميز المعادن النادرة بقوى اختزال قوية، وتكون مركباتها بشكل عام أيونية. تمتاز بارتفاع درجات انصهارها وغليانها، كما أن المعادن النادرة عادةً ما تكون لينة في حالتها المعدنية، في حين أن المعادن ذات العدد الذري الأعلى تكون أكثر صلابة. تتفاعل هذه المعادن مع العناصر المعدنية وغير المعدنية الأخرى، وغالبًا ما تُظهر توهجات تحت الضوء فوق البنفسجي. كما تتفاعل أيضًا مع الماء والحمض المخفف مما ينتج غاز الهيدروجين.
تصنيف المعادن النادرة
يمكن تصنيف المعادن النادرة إلى الفئات التالية:
- المعادن الأرضية النادرة الخفيفة
تُنتَج هذه المعادن بكميات وفيرة في جميع أنحاء العالم، وتشمل العناصر التالية: سكانديوم، الجادولينيوم، الأوروبيوم، السماريوم، البروميثيوم، النيوديميوم، البراسيوديوم، اللانثانم، والسيريوم.
- المعادن الأرضية النادرة الثقيلة
تتواجد هذه المعادن بشكل رئيسي في الصين وتعاني من قيود في العرض، وتشمل العناصر التالية: الإيتريوم، اللوتيتيوم، الإيتربيوم، الثوليوم، الإربيوم، الهولميوم، والتيربيوم، والديسبروسيوم.
التطبيقات العملية للمعادن النادرة
تعتبر المعادن النادرة مواد أساسية لمجموعة كبيرة من التطبيقات، تشمل علم المعادن، وتلوين الزجاج والسيراميك، وتحفيز التفاعلات الكيميائية في صناعة السيارات والبتروكيماويات، بالإضافة إلى استخدامها في الفوسفور المستخدم في إنارة المصابيح والشاشات المسطحة، وبطاريات الحالة الصلبة القابلة لإعادة الشحن (Ni-MH)، والليزر، والألياف البصرية.
علاوة على ذلك، تلعب المعادن النادرة دورًا محوريًا في التقنيات الحديثة، مثل التبريد المغناطيسي، خلايا الوقود الصلبة، تخزين الهيدروجين، والمغناطيس الدائم عالي الأداء، الذي يُستخدم في تطبيقات عالية التقنية مثل توربينات الرياح، ومكبرات الصوت للهواتف المحمولة والميكروفونات.