Sjældne jordarter (REE) — Definition, egenskaber og forekomst

Her findes en tabel med de sytten sjældne jordarter, deres atomnummer og symbol, oprindelsen af deres navne og nogle af deres anvendelsesmuligheder. Nogle af de sjældne jordarter er opkaldt efter de videnskabsmænd, der opdagede dem, og nogle er opkaldt efter det sted, hvor de blev opdaget.

Sjældne jordarter er tungere end jern. De dannes ved supernovaer (eksploderende stjerner). I naturen danner spaltning af uran-238 meget små mængder radioaktivt promethium. Det meste promethium fremstilles syntetisk i atomreaktorer.

Sjældne jordarter ændrer sig gennem tiden i små mængder (ppm, parts per million). Deres andel kan bruges til geologisk datering og datering af fossiler.

De sjældne jordarter findes ofte sammen. Den længstlevende isotop af promethium har en halveringstid på 17,7 år. Derfor findes grundstoffet kun i meget små mængder i naturen. Promethium er et af de to grundstoffer, der ikke har stabile (ikke-radioaktive) isotoper, og som efterfølges af stabile grundstoffer (det andet er technetium).

Fordi alle lanthanider er tæt på hinanden i størrelse, har de sjældne jordarter altid været svære at adskille. Selv med æoner af geologisk tid er adskillelsen af lanthaniderne i naturen kun sjældent gået længere end adskillelsen mellem lette og tunge lanthanider, også kendt som cerium- og yttriumjordene. Denne geokemiske adskillelse er vist i de to første sjældne jordarter, der blev opdaget. Disse var yttrium i 1794 og cerium i 1803. Da de blev fundet første gang, var de hver især en blanding af alle de sjældne jordarter. Der findes store malmkilder af ceriumjordene rundt om i verden, og de er ved at blive udnyttet. Yttrium er mere sjældent forekommende. De er også normalt mindre og mindre koncentrerede.

Indtil 1948 kom de fleste af verdens sjældne jordarter fra sandforekomster i Indien og Brasilien. I 1950'erne var det Sydafrika, der udvandt de fleste af verdens sjældne jordarter. Det skete, efter at der blev fundet store årer af et mineral, der indeholder sjældne jordarter. I 1960'erne og frem til 1980'erne var en mine i Californien den førende producent. I dag fremstiller de indiske og sydafrikanske forekomster stadig nogle koncentrater af sjældne jordarter, men de er meget små sammenlignet med den mængde, der produceres i Kina. Kina havde produceret over 95 % af verdens forsyning af sjældne jordarter. Det meste af dette er blevet gjort i det indre Mongoliet, selv om det kun havde 37 % af de beviste reserver. Selv om disse tal siden er blevet sagt at være faldet til 90 % og 23 % i 2012. Alle verdens tunge sjældne jordarter (f.eks. dysprosium) kommer fra kinesiske kilder til sjældne jordarter, f.eks. fra den polymetalliske Bayan Obo-fundplads. I 2010 offentliggjorde United States Geological Survey (USGS) en undersøgelse, som viste, at USA havde 13 mio. tons sjældne jordarter.

Den nye efterspørgsel efter disse elementer er større end udbuddet af dem. Verden kan snart komme til at stå over for en mangel på sjældne jordarter. I flere år fra 2009 forventes den globale efterspørgsel efter sjældne jordarter at være 40 000 tons større end udbuddet hvert år, medmindre der udvikles nye kilder.

Kina

Disse bekymringer er blevet større på grund af Kinas handlinger. Kina har sagt, at det vil indføre regler for eksporten og arbejde for at stoppe smugleri. Den 1. september 2009 sagde Kina, at det vil sænke sin eksport til 35.000 tons om året i 2010-2015. Kina sagde, at dette skete for at bevare sjældne ressourcer og beskytte miljøet. Den 19. oktober 2010 rapporterede China Daily, at Kina vil "reducere kvoterne for eksport af sjældne jordarter yderligere med højst 30 procent næste år for at beskytte de ædle metaller mod overudnyttelse". I slutningen af 2010 sagde Kina, at den første eksportrunde i 2011 for sjældne jordarter ville være på 14 446 tons. Dette var et fald på 35 % i forhold til den første eksportrunde i 2010. I september 2011 meddelte Kina, at det indstillede produktionen i tre af sine otte miner med sjældne jordarter. Disse miner producerede næsten 40 % af Kinas samlede produktion af sjældne jordarter. I august 2012 sagde Kina, at der ville ske endnu en reduktion af produktionen med 20 %.

Uden for Kina

På grund af den øgede efterspørgsel og begrænsningerne på eksporten af metaller fra Kina oplagrer nogle lande ressourcer af sjældne jordarter. Der søges efter nye kilder i Australien, Brasilien, Canada, Sydafrika, Tanzania, Grønland og USA. Minerne i disse lande blev lukket, da Kina underbød verdensmarkedspriserne i 1990'erne. Det vil tage et par år at genstarte produktionen.

EU har opfordret det danske protektorat Grønland til at begrænse den kinesiske udvikling af projekter med sjældne jordarter i Grønland, da Kina tegner sig for 95 % af verdens nuværende forsyning af sjældne jordarter. I begyndelsen af 2013 har den grønlandske regering sagt, at den ikke har planer om at indføre sådanne restriktioner.

Genoparbejdning af kernekraft er en anden mulig kilde til sjældne jordarter eller andre grundstoffer. Kernefission af uran eller plutonium skaber mange grundstoffer og alle deres isotoper. Det er dog ikke sandsynligt, at det kan gøres sikkert og økonomisk rentabelt at skabe dem på grund af radioaktiviteten i mange af disse isotoper.

Genbrug

En anden kilde til sjældne jordarter er elektronikaffald og andet affald, der indeholder en stor mængde sjældne jordarters komponenter. Nye fremskridt inden for genbrugsteknologi har gjort det lettere at få de sjældne jordarter ud af disse materialer. Der er i øjeblikket genbrugsanlæg i drift i Japan, hvor der findes ca. 300 000 tons sjældne jordarter i ubrugt elektronik. I Frankrig er Rhodia-koncernen i færd med at oprette to fabrikker i La Rochelle og Saint-Fons. Disse fabrikker vil producere 200 tons sjældne jordarter om året fra brugte lysstofrør, magneter og batterier.

Geopolitiske overvejelser

Kina har sagt, at ressourceudtømning og miljøproblemer er årsagerne til den øgede nationale kontrol med landets produktion af sjældne jordarters mineraler. Der er også blevet foreslået ikke-miljømæssige årsager til at forklare Kinas politik for sjældne jordarter. Ifølge The Economist handler "nedskæringen af deres eksport af sjældne jordarters metaller ... om at flytte de kinesiske producenter op i forsyningskæden, så de kan sælge værdifulde færdigvarer til verden i stedet for lavværdige råmaterialer."

Det amerikanske energiministerium identificerede i sin rapport om strategien for kritiske materialer fra 2010 dysprosium som det element, der var mest kritisk med hensyn til afhængighed af import.

En rapport fra 2011 fra U.S. Geological Survey og U.S. Department of the Interior, "China's Rare-Earth Industry", omhandler tendenserne i industrien i Kina. Den ser på de nationale politikker, der kan være styrende for landets fremtidige produktion. Ifølge rapporten er Kinas førerposition inden for produktion af sjældne jordarters mineraler vokset i løbet af de sidste to årtier. I 1990 tegnede Kina sig kun for 27 % af disse mineraler. I 2009 var verdensproduktionen på 132.000 tons. Kina producerede 129.000 af disse tons. Ifølge rapporten tyder de seneste mønstre på, at Kina vil bremse eksporten af sådanne materialer til verden: "På grund af den stigende indenlandske efterspørgsel har regeringen gradvist reduceret eksportkvoten i løbet af de sidste mange år." I 2006 tillod Kina 47 indenlandske producenter og forhandlere af sjældne jordarter og 12 kinesisk-udenlandske producenter af sjældne jordarter at eksportere. I 2011 var der kun 22 indenlandske producenter og forhandlere af sjældne jordarter og 9 kinesiske og udenlandske producenter af sjældne jordarter. Regeringens fremtidige politikker vil sandsynligvis fortsat være præget af streng kontrol: "Ifølge Kinas udkast til udviklingsplan for sjældne jordarter kan den årlige produktion af sjældne jordarter begrænses til mellem 130.000 og 140.000 [tons] i perioden 2009 til 2015. Eksportkvoten for produkter af sjældne jordarter kan være på omkring 35.000 [tons], og regeringen kan tillade 20 indenlandske producenter og forhandlere af sjældne jordarter at eksportere sjældne jordarter."

United States Geological Survey er i færd med at undersøge det sydlige Afghanistan for forekomster af sjældne jordarter under beskyttelse af amerikanske militærstyrker. Siden 2009 har USGS foretaget fjernundersøgelser og feltarbejde for at verificere sovjetiske påstande om, at der findes vulkanske bjergarter, der indeholder sjældne jordarters metaller, i Helmand-provinsen nær landsbyen Khanneshin. USGS har fundet et område med sten i midten af en uddød vulkan med lette sjældne jordarter, herunder cerium og neodymium. Den har kortlagt 1,3 mio. tons brugbar sten. Det svarer til ca. 10 års forsyning ved den nuværende efterspørgsel. Pentagon har anslået værdien til ca. 7,4 mia. dollars.

Prisfastsættelse for sjældne jordarter

Sjældne jordarter handles ikke på børsen på samme måde som ædelmetaller (f.eks. guld og sølv) eller ikke-jernholdige metaller (f.eks. nikkel, tin, kobber og aluminium). I stedet sælges de på det private marked. Dette gør det vanskeligt at overvåge og følge deres priser. Priserne offentliggøres dog med jævne mellemrum på websteder som mineralprices.com. De 17 grundstoffer sælges normalt ikke i deres rene form. De distribueres normalt i blandinger af varierende renhed, f.eks. "Neodymium metal ≥ 99,5 %". derfor kan prisfastsættelsen variere afhængigt af den mængde og kvalitet, som slutbrugeren har brug for.