Megújulók

A mindenütt jelenlévő ritkaföldfémek

2012/5. lapszám | Tóbiás Gábor |  15 322 |

Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A ritkaföldfém (RFF) olyan elemek gyűjtőneve, melyek nélkül elképzelhetetlen lenne például, hogy fénycsővel világítsunk, szélerőműveket és elektromos autókat építsünk, de okostelefonjaink és lapos képernyős televízióink sem létezhetnének ezen nyersanyagok nélkül.

Elnevezésük korántsem abból fakad, hogy kevés lenne belőlük a Földön, sőt rengeteg elektronikai termékben találkozhatunk ritkaföldfémmel. Amikor nevet adtak ezeknek az elemeknek, akkor még valóban úgy tűnhetett, hogy ritkák, de már régóta tudjuk, hogy jóval több van belőlük, mint azt korábban feltételezték. A ritkaföldfémeket a 18. század végén fedezték fel ásványi oxidjaik formájában, innen a „földfém” elnevezés.

Annak ellenére nevezzük őket ritkának, hogy a legkülönlegesebb ritkaföldfém is kétszázszor gyakoribb az aranynál. Ennek a magyarázata a ritkaföldfémek geokémiai tulajdonságaiban keresendő, ugyanis elszórtan fordulnak csak elő, és ritkán találhatók meg koncentrált, gazdaságosan kitermelhető ritkaföldfém-ásvány formájában. Ettől függetlenül – egy kicsit ironikus módon ugyan, de – napjainkban is megállja a helyét a ritkaföldfém elnevezés. Ugyanis ezeknek az értékes fémeknek a kitermelésével gyakorlatilag csak egy ország, Kína foglalkozik.

Sokatmondó becslés, hogy a világ ritkaföldfém-igényének körülbelül 95 százalékát a kommunista állam biztosítja. Nemrég pedig az amerikai energiaügyi minisztérium aggodalmát fejezte ki afelől, hogy apadóban vannak azok a ritkaföldfém-készletek, melyek elengedhetetlenek a szélerőművek, elektromos autók, energiatakarékos világítótestek és egyéb zöld technológiák fejlesztéséhez.

Hogyan került Kína monopolhelyzetbe?

A ritkaföldfémek kitermelése a ’60-as évek derekán kezdett jelentőssé válni, ekkoriban kapcsolódott be az USA is ezeknek a bányászatába. „Közel húsz éven át az Egyesült Államok uralta a piacot, ám 1985-ben Kína is megjelent a színen. Ez nagy változást okozott, ugyanis a kínaiak több mint ötven százalékban az úgynevezett nehéz ritkaföldfémeket bányászták, melyek iránt egyre nőtt, és a mai napig növekszik a kereslet. Az USA lelőhelyei 2000-re szinte teljesen beszűkültek, napjainkban Kína látja el a világot ritkaföldfémekkel” – tudtuk meg Szabó Csabától, aki az ELTE Kőzettan-Geokémiai Tanszékén egyetemi docens.

A ritkaföldfémeket övező párbeszéd akkor került be a köztudatba, miután Kína körülbelül két évvel ezelőtt kitermelési kvótacsökkentéssel kezdte zsarolni a világot, és ez bizony jelentős áremelkedést eredményezett a ritkaföldfémek piacán. Nem nehéz belátni, hogy ha drágul az alapanyag, akkor vele együtt drágulnak a belőlük előállított termékek is. Amíg Kína nem kezdett ebbe az agresszív retorikába, addig senki sem törődött különösebben a ritkaföldfémekkel. Mindenki azt gondolta, hogy Kínának kell a pénz, és nyersanyagban nem lesz hiány. Viszont nem érdemes attól tartani, hogy hosszú távon fennmarad a kínai hegemónia és az ebből fakadó magas árak.

Új lelőhelyek

A dán fennhatóság alatt álló Grönlandon olyan kőzetek fordulnak elő – döntő többségben jéggel fedve –, melyeknek nagy a ritkaföldfém-tartalma. Ahogy olvad a jégtakaró, egyre nagyobb mennyiségben kerülnek felszínre ezek a kőzetek. „A ritkaföldfém-készletek kutatása, felmérése már megkezdődött, sőt óriási vita alakult ki azzal kapcsolatban, hogy ki termelje ki azokat. Olyan nagy menynyiségű készletet tártak föl, ami évszázadokra megoldaná Grönland gazdasági kérdéseit.

Ez szakmai körökben már ismert. Felszínen van minden, nem kell bányákat mélyíteni, mert bányászata nagyon hasonló például a magyarországi felszíni bauxitbányászathoz.” A japánok sem tétlenkedtek: legalább egy évtizede szisztematikus tengeraljzati kutatást végeznek, hogy fölmérjék a Csendes óceán aljzatán található ásványi nyersanyagokat. Végigszondázták a tengeraljzatot, és kiderült, hogy nagyobb, mint 1500 ppm (gramm/tonna) koncentrációban találhatók ritkaföldfémek az óceán aljzatában lévő laza üledékben.

Persze több ezer méter mélyről nem egyszerű ezt kitermelni, de ha ilyen óriási mennyiségben van jelen, akkor valószínűleg felhozzák majd. A technika tulajdonképpen létezik hozzá, vita abból lehet, hogy kié az a tengeraljzat. Chile, USA és Mexikó egyaránt érdekelt a térségben, bár kétségtelen, hogy a felfedezést a japánok tették. Régóta ismert az a tény is, hogy a timföldgyártás melléktermékeként létrejövő vörösiszapnak jelentős a ritkaföldfém-tartalma. A kinyeréshez megvan a technológia, körülbelül harminc évvel ezelőtt a németek figyeltek föl erre, és Görögországban végeztek nagyon komoly kutatásokat, ahol addig a vörösiszapot egyszerűen beleengedték a Földközi-tengerbe.

Azóta a vörösiszapban fellelhető szkandium eladása jó bevételi forrást jelent Görögország számára. „Hazánkban jelenleg komoly kutatás folyik azzal kapcsolatban, hogyan tudnánk kinyerni a rendelkezésünkre álló rengeteg vörösiszapból a ritkaföldfémeket” – árulta el Szabó Csaba. „A vörösiszap kétszáz ppm-nyi szkandiumot tartalmaz, a természetben csupán 3-4 ppm az előfordulási aránya az ásványokban. Ráadásul a vörösiszap tartalmazza az összes ritkaföldfémet. Bár a lutéciumnak és a túliumnak kicsi a részaránya, de a többi szépen jelen van” – mondta az ELTE docense, és még egy példával demonstrálta, hogy mekkora potenciál van ebben; a szamárium 4,7 ppm arányban van jelen a természetben, míg a vörös-iszapban ez az érték 37 ppm.

A ritkaföldfémek szerepe

A jelenleg érvényes besorolás szerint ritkaföldfémből összesen tizenhétféle létezik: szkandium, ittrium, lantán, cérium, prazeodímium, neodímium, prométium, szamárium, európium, gadolínium, terbium, diszprózium, holmium, erbium, túlium, itterbium és lutécium. Ami pedig az elektronikai ipart illeti, ebből a tizenhét elemből hat fontos igazán. A szkandium jodidja a higanylámpák fénynövelő adaléka, intenzív fénye miatt roppant hatékony napfénypótló fényforrás. A diszprózium jodidját és bromidját szintén fényforrásokban használják.

Ezzel a ritkaföldfémmel helyettesíthető a hibridautók villanymotorjának mágnesében a neodímium akár 6 százaléka is. Ezt hőkezeléssel kombinálva növelhető a mágnes koercivitása. Csak hogy a felhasználásuk nagyságrendjét érzékeltessük: egy hibridautó nagyjából száz gramm diszpróziumot tartalmaz. Szintén a hibridautókban, azok akkumulátoraiban kerül felhasználásra a lantán, amelyből akár 10 kg-is kerülhet egy-egy gépjárműbe. A fentebb említett neodímium egy áramtermelésre használt nagyobb méretű szélkerék 1000 kg-os mágnesének az egynegyedét is kiteheti.

Az európium oxidját széles körben alkalmazzák vörös fényporként CRT monitorokban és kompakt fénycsövekben, valamint ittrium-alapú fényporok aktivátoraként. Megkülönböztetjük a három- és kétértékű európiumot. Előbbi szolgáltatja a vörös fényport, utóbbi pedig a kéket. Ezt a két színt sárga/zöld terbium fényporral szokták kiegészíteni, így fehér fény állítható elő. A fehér színhőmérséklete már szinte a végtelenségig variálható attól függően, hogy melyik fényporból mennyit használnak éppen. A spirál alakú fénycsövekben gyakran használnak ilyen fényport. A háromszínes televíziók és számítógépmonitorok színeinek megalkotásához ugyanennek a három csoportnak a kombinálása szükséges. Ezen kívül a fluoreszcens üvegek gyártásánál is szóba jöhet, mint adalék. A prazeodímium a vetítőlámpákban használt szénív-világítás alapja. Túliumot pedig egyes magas hőmérsékletű szupravezetők előállításánál használnak.

Megoldást jelent az újrahasznosítás is

„Minden egyes újrahasznosításnál – tehát nem csak a ritkaföldfémek esetében – az a lényeg, hogy ne a primer nyersanyagokat használjuk. Ne legyen újabb seb a földfelszínen, ne legyen bányászati katasztrófa. Az elmúlt háromszáz évben gyakorlatilag alig volt olyan része a földfelszínnek, amit ne bolygattak volna meg. El kell dönteni, hogy mi éri meg jobban?

A tengerek aljzatát fölpiszkálni, vagy újrahasznosítani a vörösiszapot” – vázolta Szabó Csaba az újrahasznosítással kapcsolatos gondolatait. Örömteli, hogy Magyarország is tett már konkrét, gyakorlati lépéseket afelé, hogy újrahasznosítással jussunk ritkaföldfémekhez, még akkor is, ha az út elején járunk – erősítette meg Kovács Béla, az Electro-Coord Magyarország Nonprofit Kft. ügyvezetője.

Gazdaságosan kinyerhető mennyiségben csak a háromsávos fénycsövekben találhatunk ritkaföldfémeket. Az újrahasznosítási folyamatot megnehezíti az, hogy nagyon sokfajta színhőmérséklet fordulhat elő – 2700 kelvintől egészen 6000 kelvinig –, illetve különböző gyártók, különböző összetételben gyártják ezeket a fénycsöveket. De úgy néz ki, hogy a kutatások és a gyártás mai állása szerint ezekből visszanyerhetők bizonyos ritkaföldfémek.

 

A visszadolgozó üzemek által visszanyert fénypornak vannak bizonyos minimumkövetelményei: legalább 10 százalékos súlyarányban tartalmazzon ritkaföldfémeket, illetve az üvegszemcsék súlyaránya ne haladja meg a negyven százalékot. A harmadik kritérium, hogy a higany mennyisége 1000 ppm alatt legyen. Ami a gyakorlati vizsgálatokat illeti, nem jelent problémát 1000 ppm higany alatt maradni, ezt minden újrafeldolgozó teljesíteni tudja.

A kérdés az, hogy a másik két minimumkövetelményt el tudjuk-e érni. Az, hogy melyik fajta földfémből mennyit nyernek vissza, már bizalmas információ, azt már nem fogják megosztani, ilyen adattal nem rendelkezünk. Arról is kevés információ áll rendelkezésre, hogy milyen technológiával nyerik vissza a ritkaföldfémeket, a cégek bizalmasan kezelik és visszatartják ezeket az adatokat.

Német és francia cégek keresték meg a hazai feldolgozót, hogy az általuk kinyert fényport értékesítsék számukra, ahelyett, hogy ártalmatlanítás után lerakóba szállítanák. Persze ez nem ilyen egyszerű, mert ez veszélyes hulladéknak számít: export-, import-transzportengedélyekre van szükség az anyagok szállításához, értékesítéséhez, és ezek nagyon sokba kerülnek. Amit ajánlanak ezért a fényporért, abból kell kitermelni ezeket a költségeket. Annyi viszont már egyértelműen látszik, hogy fizetnek érte az átvevők. Tehát egy többlépcsős folyamatról van szó: először összegyűjtik az elhasznált fénycsöveket, amiből kinyerik a fényport.

Ezt továbbadják olyan üzemeknek, ahol feldolgozzák belőle a ritkaföldfémet, melyet aztán fénycsőgyártók felé értékesítenek. A fénycsövek összanyagának körülbelül két százalékát adja a fénypor, tehát nem beszélhetünk nagy mennyiségről, viszont úgy tűnik, mégis megéri ezzel foglalkozni. Ebből kifolyólag vannak már olyan újrahasznosítással foglalkozó cégek, akik szélesebb spektrumban gondolkodnak, és egyéb termékekből is vissza akarják nyerni ezeket a nélkülözhetetlen anyagokat. Az előrejelzések szerint 2015-ben mintegy 185 ezer tonna ritkaföldfémre lesz szüksége a világnak, ez a jelenleg felhasznált mennyiség másfélszerese, így előfordulhat, hogy a kereslet meghaladja a kínálatot. Nem csoda hát, hogy a világ javában keresi az új forrásokat és az újrahasznosítás lehetőségeit.

---