Bespreking van de zeldzame aardmetalen

Groep van metalen in het periodiek systeem der elementen, die v.n.l. tot de Lanthaniden behoren. Synoniemen van zeldzame aardmetalen zijn: Zeldzame Aarden, Rare Earth Elements (REE) Het betreft 17 elementen met de symbolen: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, en Lu. De zeldzame aardmetalen zijn bijna allemaal in de 19e eeuw ontdekt. Ze komen niet als vrije elementen in de natuur voor, ze oxideren erg gemakkelijk door de zuurstof in de lucht of verbinden zich met andere stoffen.

Plaats van de zeldzame aardmetalen in het periodiek systeem

De naam Zeldzame Aardmetalen (Zeldzame Aarden) is verwarrend. Het betreft geen Aard(alkali)metalen, maar overgangsmetalen. Omdat men in de 19e eeuw dacht dat deze elementen zeldzaam waren, ontstond de naam Zeldzame Aardmetalen. Zeldzame Aarden die van nature in de aarde voorkomen worden vaak bij elkaar in ertsen gevonden. We weten heden dat de meeste zeldzame aarden niet zeldzaam zijn, de meest voorkomende zeldzame aarde, cerium, is op volgorde van hoeveelheid met 68 ppm het 25e element in de aardkorst, het komt daarmee vaker voor dan lood. De zeldzaamste aardmetaal komt vaker voor dan goud.

Zeldzame Aardmetalen

De belangrijkste mineralen (ertsmineralen) zijn: Monaziet,CePO4, bevat gewoonlijk ook La, Pr, Nd, Y, Th, Sm en Eu. Bastnaesiet,(Ce, La)CO3F, Ook Y, Pr, Nd, Sm en Gd. Heden worden veel zeldzame aarden uit bastnaesiet gewonnen. Zeldzame aardmetalen zijn ongelijk verdeeld over de continenten en zullen over 40 jaar zeer schaars zijn. Gaan we versneld over op windturbines en elektrische auto"s dan zitten we binnen 25 jaar met het probleem.

China bezit meer dan 90% van deze grondstoffen en heeft sinds 1999 exportquota voor de metalen ingevoerd. Buiten China is men bezig nieuwe mijnen op oude locaties te heropenen. De Mountain Pass-mijn in Nevada, had in 1990 nog een aandeel van 40% in de wereldproductie. Rond 2000 was het voor de mijn niet meer rendabel en ging hij dicht. Nu heeft de onderneming Molycorp, de eigenaar van de Mountain Pass-mijn, de vergunning gekregen om nieuwe faciliteiten te bouwen voor de winning van 20.000 ton zeldzame aardmetalen per jaar.

Rare Earth Elements (REE)

In wetenschappelijke teksten worden de volgende Engelse afkortingen gebruikt:

• REE = Rare Earth Elements (zeldzame aardelementen; zeldzame aarden)
• LREE = Light Rare Earth Elements (lichte zeldzame aarden: in het periodiek systeem tot en met samarium)
• HREE = Heavy Rare Earth Elements (zware zeldzame aarden: zeldzame aarden vanaf europium)

The Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) definieert zeldzame aardmetalen als een groep van 17 elementen in het periodiek systeem, namelijk de 15 lanthaniden, plus scandium and yttrium. Scandium en yttrium worden beschouwd als zeldzame aardmetalen omdat ze vaak voorkomen in dezelfde ertsen als de lanthaniden en vergelijkbare chemische eigenschappen hebben. De zeldzame aardmetalen worden onderverdeeld in lichte (Light) zeldzame aardmetalen (LREE) en zware( Heavy) zeldzame aardmetalen (HREE).

Het voorkomen van de zeldzame aardmetalen

Buiten China wordt de Mountain Pass-mijn in de Verenigde Staten, een van de belangrijkste producenten van zeldzame aardmetalen. Volgens Molycorp, de eigenaar van de mijn, zijn de bewezen reserves circa 40 miljoen kilogram maar de waarschijnlijke reserves 1.000 miljoen kilogram.

Zeldzame aarden worden gewonnen uit o.a. de mineralen bastnäsiet, monaziet en lopariet. Ze zijn moeilijk te winnen. omdat zeldzame aardmetalen vaak bij elkaar in een erts zitten en omdat ze vergelijkbare chemische eigenschappen hebben zijn ze moeilijk van elkaar te scheiden. In 2008 lag de wereldproductie van zeldzame aardmetalen op circa 120.000 ton, waarvan slechts 5 ton buiten China werd geproduceerd. China heeft in 1999 exportquota voor aardmetalen geïntroduceerd en heeft geleid tot sterke stijging van de prijzen.

Richtprijzen van zeldzame metalen

De onderneming Molycorp heeft op 30-6-2011 richtprijzen gepubliceerd in dollar per kg, volgens onderstaande tabel.
China heeft de export van zeldzame aardmetalen in de afgelopen paar jaar gedecimeerd. Negentig procent van de wereldvoorraden aan zeldzame aardmetalen bevindt zich in China. Volgens China dreigen in het huidige tempo van winning deze voorraden over twintig jaar uitgeput te raken. Grondstoffen analisten zeggen dat de Chinese voorraden nog lang niet uitgeput dreigen te raken, maar dat China de zeldzame aardmetalen wil behouden voor de eigen elektronica productie. In de Verenigde Staten waar tien procent van de zeldzame aardmetalen wordt geproduceerd, reageert men zeer afkeurend op de exportbeperking van China. Deze zeldzame aardmetalen worden steeds meer van strategisch belang en kunnen in de toekomst tot handelsoorlogen leiden

Toepassing van zeldzame metalen

• De zeldzame aardmetalen worden gebruikt in o.m. aanstekers en lasers, magneten, windturbines, harde schijven, telefoons, iPODs, elektrische motoren, kernreactoren, supergeleiders, brandstofcellen, spaarlampen, televisieschermen.
• In elektronica wordt veel gebruikgemaakt van zeldzame-aardelementen, de miniaturisatie is mogelijk door gebruik van zeldzame-aarden magneten.
• Permanente Magneten: Nd2Fe14B, SmCo5 en Sm2Co17
• Vaste-stof-lasers en microgolf toepassingen: Y: YAG(Yttrium-Aluminium-Garnet) en YIG (Yttrium-Iron-Garnet), aangevuld met kleine hoeveelheden Nd, Gd, Er, of Ho.
• Katalysatoren:La, Ce, Pr, Sm, Yb, Lu
• Optische Filters: La, Ce, Pr, Nd, Sm
• Pigmenten: Pr(geel), Ho(geel, roze), Er(roze), Yb(wit).
• Fosforescerende stoffen (beeldschermen): Sm, Gd, Yb
• Spaarlampen en LED"s: Tb
• Neutronenvanger in Nucleaire installaties: Sm en Ho.
• Verstevigingsmiddel in glasfiber: Er.
• Batterijen en Accu"s: La (La-Ni-Hydride).
• Medische toepassingen: Eu, Gd en Lu.
• Legeringen: Ce,Ho,Er en Yb.

Overzicht van zeldzame aardmetalen