06.04 近在咫尺的稀土元素

在元素週期表的下方,鑭系元素代表第57號元素鑭到71號元素鑥15種元素的統稱,它們因化學性質相似,單獨組成一個系列;鑭系元素(Ln)、鈧(Sc)、釔(Y),共17種元素總稱為稀土元素(REE),它們很特殊、尤其於國防軍工的應用,被公認為關鍵戰略金屬元素。

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到處綻放的節能燈,旋轉的家電......您口袋裡裝著的智能手機,稀土元素於我們的生活息息相關;你應該知道或者想了解,在電視、智能手機、消費電子的顯示幕發光,就需要銪(Eu)、釔(Y)或鋱(Tb)等稀土元素,種類可以達到12個,包括家電旋轉器件中主要應用的鐠(Pr)、釹(Nd)和釓(Gd)、鋱(Tb);別說您沒注意,那電腦、照相機或者交通工具您總在用吧,這些個產品中高科技功能的實現均離不開稀土元素。

為什麼“稀”,他們的“家”又在何處?

他們在十八世紀後期被稱為稀土,稀嗎?按名字理解的話與你所認為的相反,他們並不稀罕;事實上,就其總體丰度而言,稀土元素含量甚至比黃金等其他金屬更為豐富,通常在一起扎堆;但是,它們經常以低濃存在。它們在特定的地質環境中更為集中,直到今天才發現稀土元素(通常是碳酸鹽巖和鹼性岩)在岩石物質的地方很少富含而足以開採。

中國壟斷

90年代初,中國企業開始明顯地支配稀土市場, (可能)由於勞動力成本較低、環保法規不嚴格或直接的市場行為,稀土出口價格低導致其他地區的礦廠關閉;例如根據USGS統計,2016年,中國佔總產量的83%,其次是澳大利亞(11%);此外,中國也是最大的稀土消費國,2015年消費量為9.8噸(佔總產量的79%);目前,以美國為主的發達國家提出保障供應安全,很多稀土開採項目在加速推進。

我們今天所知道的

Ana Romero Freire稱,隨著生產和消費的增加,國際上也擔心這些元素的健康安全、環境成本及其關鍵應用。在20世紀90年代中期,發達國家已經檢測到REE異常,這是由於在醫學應用(例如Gd用於磁共振成像)導致;這些人為的導入已經在德國萊茵河的La、Gd和Sm,盧森堡Alzette河的Gd和Ce以及黑海的Ce等天然水體系中被廣泛報道;稀土元素生產和消費的增加將導致其被釋放到環境中,一些科學研究人員發現過量接觸稀土元素可能會對環境和人類健康造成不利的影響;然而,這些要素沒有明確的立法框架,直到數據出臺只有荷蘭公佈了一些最高允許的水平(RIVM報告601501111)。

新的利用=新的科學挑戰

Ana Romero Freire稱,為了更好地瞭解稀土開採利用的現狀和未來,我們團隊的科學研究工作從一開始就注重瞭解稀土開採利用對自然界可能具有的潛在危害。總之,稀土元素一次礦石的分離週期可以遵循以下順序:1)採礦開採; 2)通過粉碎,浮選和/或磁選將REE從礦石中解放出來;3)通過使用試劑(通常為酸化合物)進行溼法冶金以浸取和沉澱REE;最後,4)一個非常繁瑣的精煉工作將其彼此分開。

在所有的步驟中,REE對環境的潛在釋放是一個事實,在頭兩個階段,因為稀土萃取後,開採和廢棄的礦石通常會再次沉積在環境中;而在最後兩個階段,由於環境管理不善,可能會發生水汙染和洩漏。

對環境造成的影響

有報道指出,存在與植物和動物甚至人類有關的潛在的與REE相關的危險效應。然而,它們也被用來支持植物生長和生產力,主要用於中國農業,儘管它們不是植物的必需元素。到目前為止,稀土元素在生理機制中的作用還沒有得到很好的理解,儘管可能是少量的,但它們不會對生物體產生不利影響,甚至表現出一些積極的作用,高濃度的化合物被認為是危險的。

未來

稀土元素環境投入的趨勢表明迫切需要評估它們構成的潛在危害。政府、研究人員和採礦公司為了確定生態安全水平而進行的未來毒性研究,應考慮水體、沉積物和土壤理化性質的影響,以便更好地瞭解稀土元素的可利用性;瞭解它們之間的相互作用以及與自然界中存在的其他化合物的作用、並評估稀土開採的環境影響。最終目標是估算最大稀土元素濃度,而不會對環境和人類造成影響。

如今,我們對環境影響的認識只是冰山一角,因為他們在上個世紀沒有引起注意。稀土的應用將增加,我們應該準備好不要犯過去的錯誤。政府、企業和科學家們必須共同努力,保護現在和將來的環境和我們自己的安全。(作者Ana Romero Freire,產業前沿補充和修改)


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