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TERRE RARE. GLI ELEMENTI DEL XXI SECOLO

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Nella parte inferiore della tavola periodica si trovano degli elementi chimici che sono isolati dal resto degli elementi e sembrano quasi non farne parte. Si tratta dei 15 elementi appartenenti ai lantanidi, che vanno dal numero atomico 57 al numero atomico 71 (lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promezio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio e lutezio). Assieme ad ittrio e scandio, questi elementi vengono definiti con l’acronimo inglese REE (“Rare Earth Elements”), ovvero terre rare.

Contrariamente a quanto possa suggerire il loro nome, la loro presenza nella crosta terrestre è significativa (circa 200 volte maggiore rispetto a quella dell’oro); però, molto spesso, si riscontrano quantità economicamente poco sfruttabili.

Le REE sono tutti metalli che presentano caratteristiche chimiche molto simili tra loro, dovute al fatto che questi elementi sono il risultato del riempimento progressivo (parziale o completo) degli orbitali atomici 4f, presentando invece gli orbitali p e d vuoti. Visto lo scarso effetto degli orbitali f più interni sulle caratteristiche chimiche di un elemento, tutte le REE presentano più o meno un comportamento chimico molto simile. Proprio per questo motivo vengono riscontrate quasi sempre associate fra di loro in depositi geologici particolari.

Anche se sono poco conosciuti, questi metalli sono presenti nella vita di ognuno di noi.

Smartphone, computer, tablet, macchine elettriche, turbine eoliche, sono solo alcuni esempi di tecnologie che necessitano di questi preziosi elementi.

Grazie alle loro particolari caratteristiche fisico-chimiche, risultano di fondamentale importanza nella componentistica di materiali di altissima tecnologia.

Elementi come il neodimio, il disprosio o il praseodimio, presentano delle caratteristiche magnetiche elevate, tali da essere utilizzati in grandi quantità nei magneti.

Ad esempio i magneti delle turbine eoliche e dei veicoli elettrici hanno bisogno di leghe metalliche che permettano elevate prestazioni a livello magnetico; una turbina eolica di 5MW contiene circa 800 Kg di Nd e 200 Kg di Dy.

Grazie anche all’estrazione delle terre rare la Cina costituisce oggi una delle potenze principali a livello mondiale, controllando il 95% circa della produzione di terre rare (vedi grafico).

Per capire quali sono le zone della crosta terrestre dove potenzialmente si possono incontrare concentrazioni anomale delle terre rare, risulta di fondamentale importanza conoscere bene i meccanismi naturali di formazione di questi elementi. In questo caso è la figura professionale del geologo di esplorazione che controlla i processi che portano alla formazione di giacimenti minerari economicamente sfruttabili.

Le terre rare sono elementi molto mobili nei fluidi idrotermali; vi è quindi un forte controllo dei processi magmatici nell’origine di questi elementi.

Rocce particolari come le carbonatiti, graniti peralcalini, pegmatiti, rappresentano alcuni reservoir naturali di questi elementi.

Sono circa 70 i minerali che presentano concentrazioni economicamente vantaggiose di terre rare.

I minerali più comuni sono la monazite, lo xenotime, la bastnasite, l’apatite, il pirocloro, tutti contenenti alte concentrazioni di REE.

Uno dei problemi principali legato alle terre rare è la loro estrazione, poiché vengono utilizzati degli acidi forti molto aggressivi che corrodono il materiale radioattivo che spesse volte è associato alla presenza di questi elementi (U e Th); così i prodotti chimici forti dissolvono il materiale radioattivo dando luogo a processi contaminanti che possono interessare acquee sotterranee. Così si sta cercando di estrarre questi elementi mediante tecniche differenti che superano questi problemi di contaminazione potenziale.

La grande rivoluzione tecnologica degli ultimi anni, ha dato quindi origine alla ricerca di questi elementi, con campagne di esplorazione scientifica di giacimenti potenzialmente estraibili.

In un mondo “dipendente” da risorse non rinnovabili come il petrolio, diventa fondamentale trovare delle risorse che possano essere utilizzate in energia rinnovabile. Il problema però è che in generale quasi tutte le forme d’energia rinnovabile come quella eolica, hanno bisogno di una risorsa non rinnovabile (le terre rare). Bisognerebbe quindi cercare di sfruttare il più possibile fonti rinnovabili a nostra disposizione che non dipendano in qualche modo da risorse non rinnovabili.

BIBLIOGRAFIA CONSIGLIATA:

Chakhmouradian A. R., Wall F. (2012) Rare Earth Elements: Minerals, Mines, Magnets (and more). Elements, 8:5 (333-340)

Verplanck P. L. (2017) The role of fluids in the formation of the rare earth element deposits. Earth and Planetary Science, 17 (758-761)

 

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