Harvinaiset maametallit

Luettelo harvinaisista maametalleista

Tässä on taulukko, jossa luetellaan seitsemäntoista harvinaista maametallia, niiden järjestysluku ja symboli, nimien alkuperä ja joitakin niiden käyttötarkoituksia. Osa harvinaisista maametalleista on nimetty niiden löytäneiden tutkijoiden mukaan, ja osa on nimetty niiden löytöpaikan mukaan.

Z	Symboli	Nimi	Nimi Alkuperä	Valitut sovellukset
21	Sc	Scandium	Skandinaviasta, josta löydettiin ensimmäinen harvinaisten maametallien malmi.	Kevyttä alumiini-skandium-seosta käytetään ilmailu- ja avaruusalan komponentteihin. Sitä käytetään myös lisäaineena tietyissä lampuissa.
39	Y	Yttrium	Ruotsin Ytterbyn kylän mukaan, josta se löydettiin.	Yttriumia on tietyissä lasereissa ja TV-fosforissa. Sitä käytetään myös korkean lämpötilan suprajohteissa, mikroaaltosuodattimissa ja energiatehokkaissa hehkulampuissa.
57	La	Lantaani	kreikan sanasta "lanthanein", joka tarkoittaa piilossa olemista.	Korkean taitekerroinluvun lasi, piikivi, vedyn varastointi, akkuelektrodit, kameran linssit, nesteen katalyyttisen krakkauksen katalyytti öljynjalostamoissa.
58	Ce	Cerium	kääpiöplaneetta Cereksen mukaan, joka on nimetty roomalaisen maanviljelyn jumalatar Ceresin mukaan.	Kemiallinen hapetin, kiillotusjauhe, keltaiset värit lasissa ja keramiikassa, katalyytti itsepuhdistuvissa uuneissa, katalyytti nesteen katalyyttiseen krakkaukseen öljynjalostamoissa, sytyttimien sytytinkivi
59	Pr	Praseodymium	kreikan sanoista "prasios", joka tarkoittaa purjonvihreää, ja "didymos", joka tarkoittaa kaksosta.	Harvinaiset magneetit, laserit, hiilikaarivalaisimien ydinmateriaali, väriaine, hitsauslasien lasin lisäaine,
60	Nd	Neodyymi	kreikan sanoista "neos", joka tarkoittaa uutta, ja "didymos", joka tarkoittaa kaksosta.	Harvinaiset maamagneetit, laserit, violetit värit lasissa ja keramiikassa, keraamiset kondensaattorit.
61	Pm	Promethium	titaani Prometheuksen mukaan, joka toi tulen kuolevaisille.	Ydinparistot
62	Sm	Samarium	Vasili Samarsky-Bykhovetsin mukaan, joka löysi harvinaisten maametallien malmin samarskiitin.	Harvinaiset maamagneetit, laserit,
63	Eu	Europium	Euroopan mantereen jälkeen.	Punaiset ja siniset fosforit, laserit, elohopeahöyrylamput,
64	Gd	Gadolinium	Johan Gadolinin (1760-1852) mukaan hänen harvinaisia maametalleja koskevien tutkimustensa kunniaksi.	Harvinaiset maamagneetit, korkean taitekertoimen lasi tai granaatit, laserit, röntgenputket, tietokonemuistit, neutronisieppaus, MRI-kontrastiaineet |-
65	Tb	Terbium	Ruotsin Ytterbyn kylän mukaan.	Vihreät fosforit, laserit, loistelamput
66	Dy	Dysprosium	kreikan sanasta "dysprositos", joka tarkoittaa vaikeasti saatavaa.	Harvinaiset maamagneetit, laserit
67	Ho	Holmium	Tukholman (latinaksi "Holmia") mukaan, joka oli yhden sen löytäjän kotikaupunki.	Laserit
68	Er	Erbium	Ruotsin Ytterbyn kylän mukaan.	Laserit, vanadiiniteräs
69	Tm	Thulium	mytologisen pohjoisen Thulen maan mukaan.	Kannettavat röntgenlaitteet
70	Yb	Ytterbium	Ruotsin Ytterbyn kylän mukaan.	Infrapunalaserit, kemiallinen pelkistysaine
71	Lu	Lutetium	Lutetian mukaan, kaupungin, josta myöhemmin tuli Pariisi.	Lääkinnälliset laitteet, korkean taitekertoimen lasi

Alkuperä

Harvinaiset maametallit ovat rautaa raskaampia. Niitä syntyy supernovissa (räjähtävissä tähdissä). Luonnossa uraani-238:n fissiossa syntyy hyvin pieniä määriä radioaktiivista prometiumia. Suurin osa prometiumista tuotetaan synteettisesti ydinreaktoreissa.

Harvinaiset maametallit muuttuvat ajan myötä pieninä määrinä (ppm, parts per million). Niiden osuutta voidaan käyttää geologisessa ajoituksessa ja fossiilien ajoituksessa.

Geologinen levinneisyys

Harvinaisia maametalleja esiintyy usein yhdessä. Prometiumin pitkäikäisimmän isotoopin puoliintumisaika on 17,7 vuotta. Tämän vuoksi alkuaine esiintyy luonnossa vain hyvin pieniä määriä. Prometium on yksi niistä kahdesta alkuaineesta, joilla ei ole stabiileja (ei-radioaktiivisia) isotooppeja ja joita seuraavat stabiilit alkuaineet (toinen on teknetium).

Koska kaikki lantanidit ovat kooltaan lähellä toisiaan, harvinaisia maametalleja on aina ollut vaikea erottaa toisistaan. Vaikka geologista aikaa on kulunut eonien verran, lantanidien erottelu luonnossa on vain harvoin edennyt pidemmälle kuin kevyiden ja raskaiden lantanidien erottelu, joka tunnetaan myös cerium- ja yttriummaametalleina. Tämä geokemiallinen erottelu näkyy kahdessa ensimmäisessä löydetyssä harvinaisessa maametallissa. Ne olivat yttrium vuonna 1794 ja ceria vuonna 1803. Kun ne löydettiin ensimmäisen kerran, kumpikin oli kaikkien harvinaisten maametallien seos. Ceriummaametallien suuria malmikertymiä löytyy eri puolilta maailmaa, ja niitä hyödynnetään parhaillaan. Yttriumin malmikannat ovat harvinaisempia. Ne ovat yleensä myös pienempiä ja vähemmän rikastuneita.

Maailmanlaajuinen harvinaisten maametallien tuotanto

Vuoteen 1948 asti suurin osa maailman harvinaisista maametalleista saatiin Intian ja Brasilian hiekkakerrostumista. Etelä-Afrikka louhi 1950-luvulla suurimman osan maailman harvinaisista maametalleista. Tämä tapahtui sen jälkeen, kun sieltä löydettiin suuria harvinaisia maametalleja sisältävän mineraalin suonia. Kaliforniassa sijaitseva kaivos oli johtava tuottaja 1960-luvulta 1980-luvulle saakka. Nykyään Intian ja Etelä-Afrikan esiintymistä saadaan edelleen jonkin verran harvinaisten maametallien rikasteita, mutta ne ovat hyvin pieniä verrattuna Kiinassa tuotettuihin määriin. Kiina oli tuottanut yli 95 prosenttia maailman harvinaisten maametallien tarjonnasta. Suurin osa tästä on tehty Sisä-Mongoliassa, vaikka siellä oli vain 37 prosenttia todistetuista varannoista. Tosin näiden lukujen on sittemmin sanottu laskeneen 90 prosenttiin ja 23 prosenttiin vuoteen 2012 mennessä. Kaikki maailman raskaat harvinaiset maametallit (kuten dysprosium) ovat peräisin kiinalaisista harvinaisten maametallien lähteistä, kuten polymetallisesta Bayan Obon esiintymästä. Vuonna 2010 Yhdysvaltain geologinen tutkimuslaitos (USGS) julkaisi tutkimuksen, jonka mukaan Yhdysvalloissa oli 13 miljoonaa tonnia harvinaisia maametalleja.

Näiden elementtien uusi kysyntä on suurempi kuin niiden tarjonta. Harvinaisista maametalleista voi pian tulla pulaa maailmassa. Vuodesta 2009 alkaen harvinaisten maametallien maailmanlaajuisen kysynnän odotetaan olevan vuosittain 40 000 tonnia tarjontaa suurempi, ellei uusia lähteitä kehitetä.

Kiina

Nämä huolenaiheet ovat kasvaneet Kiinan toimien vuoksi. Kiina on sanonut asettavansa vientisäännöksiä ja pyrkivänsä lopettamaan salakuljetuksen. Kiina ilmoitti 1. syyskuuta 2009, että se aikoo vähentää vientiä 35 000 tonniin vuodessa vuosina 2010-2015. Kiina sanoi, että tämä tehtiin harvinaisten luonnonvarojen säästämiseksi ja ympäristön suojelemiseksi. Lokakuun 19. päivänä 2010 China Daily -lehti kertoi, että Kiina "vähentää harvinaisten maametallien vientikiintiöitä edelleen enintään 30 prosenttia ensi vuonna suojellakseen jalometalleja liikakäytöltä". Vuoden 2010 lopussa Kiina ilmoitti, että harvinaisten maametallien ensimmäinen vientikierros vuonna 2011 olisi 14 446 tonnia. Tämä oli 35 prosentin vähennys vuoden 2010 ensimmäiseen vientikierrokseen verrattuna. Syyskuussa 2011 Kiina ilmoitti lopettavansa tuotannon kolmessa harvinaisten maametallien kaivoksessa kahdeksasta. Nämä kaivokset tuottivat lähes 40 prosenttia Kiinan harvinaisten maametallien kokonaistuotannosta. Elokuussa 2012 Kiina ilmoitti, että tuotantoa vähennetään vielä 20 prosenttia.

Kiinan ulkopuolella

Kasvaneen kysynnän ja Kiinasta peräisin olevien metallien vientirajoitusten vuoksi jotkin maat ovat varastoimassa harvinaisten maametallien resursseja. Uusia lähteitä etsitään Australiasta, Brasiliasta, Kanadasta, Etelä-Afrikasta, Tansaniasta, Grönlannista ja Yhdysvalloista. Näiden maiden kaivokset suljettiin, kun Kiina alitti maailmanmarkkinahinnat 1990-luvulla. Tuotannon käynnistäminen uudelleen kestää muutaman vuoden.

Euroopan unioni on kehottanut Tanskan protektoraatti Grönlantia rajoittamaan kiinalaisten harvinaisten maametallien hankkeita siellä, sillä Kiinan osuus maailman nykyisestä tarjonnasta on 95 prosenttia. Grönlannin hallitus on alkuvuodesta 2013 todennut, ettei se aio asettaa tällaisia rajoituksia.

Ydinvoiman jälleenkäsittely on toinen mahdollinen harvinaisten maametallien tai muiden alkuaineiden lähde. Uraanin tai plutoniumin ydinfissiossa syntyy monia alkuaineita ja niiden isotooppeja. On kuitenkin epätodennäköistä, että niiden tuottaminen olisi turvallista ja taloudellista, koska monet näistä isotoopeista ovat radioaktiivisia.

Kierrätys

Toinen harvinaisten maametallien lähde on elektroniikkaromu ja muut jätteet, joissa on paljon harvinaisten maametallien komponentteja. Kierrätysteknologian uudet edistysaskeleet ovat helpottaneet harvinaisten maametallien saamista näistä materiaaleista. Kierrätyslaitoksia toimii tällä hetkellä Japanissa, jossa on noin 300 000 tonnia harvinaisia maametalleja käyttämättömässä elektroniikassa. Ranskassa Rhodia-konserni on perustamassa kahta tehdasta La Rochelleen ja Saint-Fonsiin. Nämä tehtaat tuottavat vuosittain 200 tonnia harvinaisia maametalleja käytetyistä loistelampuista, magneeteista ja paristoista.

Geopoliittiset näkökohdat

Kiina on sanonut, että luonnonvarojen ehtyminen ja ympäristöhuolet ovat syynä harvinaisten maametallien tuotannon lisääntyneeseen valtakunnalliseen valvontaan. Kiinan harvinaisia maametalleja koskevan politiikan selitykseksi on esitetty myös muita kuin ympäristösyitä. The Economist -lehden mukaan "harvinaisten maametallien viennin vähentämisessä... on kyse kiinalaisten valmistajien siirtämisestä toimitusketjussa ylöspäin, jotta ne voivat myydä maailmalle arvokkaita valmiita tuotteita halpojen raaka-aineiden sijasta".

Yhdysvaltain energiaministeriö totesi vuonna 2010 antamassaan Critical Materials Strategy -raportissa, että dysprosium on alkuaine, joka on tuontiriippuvuuden kannalta kaikkein kriittisin.

Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksen ja Yhdysvaltain sisäministeriön vuonna 2011 julkaisemassa raportissa "China's Rare-Earth Industry" käsitellään teollisuuden suuntauksia Kiinassa. Siinä tarkastellaan kansallisia politiikkoja, jotka voivat ohjata maan tuotannon tulevaisuutta. Raportin mukaan Kiinan johtoasema harvinaisten maametallien tuotannossa on kasvanut kahden viime vuosikymmenen aikana. Vuonna 1990 Kiinan osuus tällaisista mineraaleista oli vain 27 prosenttia. Vuonna 2009 maailman tuotanto oli 132 000 tonnia. Kiina tuotti näistä 129 000 tonnia. Raportin mukaan viimeaikaiset mallit viittaavat siihen, että Kiina hidastaa tällaisten materiaalien vientiä maailmalle: "Kotimaisen kysynnän kasvun vuoksi hallitus on vähitellen pienentänyt vientikiintiötä viime vuosien aikana." Vuonna 2006 Kiina salli 47 kotimaisen harvinaisten maametallien tuottajan ja kauppiaan sekä 12 kiinalais-ulkomaalaisen harvinaisten maametallien tuottajan viennin. Vuoteen 2011 mennessä harvinaisten maametallien kotimaisia tuottajia ja kauppiaita oli enää 22 ja kiinalais-ulkomaisia harvinaisten maametallien tuottajia 9. Hallituksen tulevissa politiikoissa säilytetään todennäköisesti tiukka valvonta: "Kiinan harvinaisten maametallien kehittämissuunnitelmaluonnoksen mukaan vuosittainen harvinaisten maametallien tuotanto voidaan rajoittaa 130 000-140 000 [metriseen tonniin] vuosina 2009-2015. Harvinaisten maametallien vientikiintiö voi olla noin 35 000 [metristä tonnia], ja hallitus voi sallia 20 kotimaisen harvinaisten maametallien tuottajan ja kauppiaan viedä harvinaisia maametalleja."

Yhdysvaltain geologinen tutkimuslaitos etsii Etelä-Afganistanista harvinaisten maametallien esiintymiä Yhdysvaltain asevoimien suojeluksessa. Vuodesta 2009 lähtien USGS on tehnyt kaukokartoituksia ja kenttätöitä todentaakseen neuvostoliittolaiset väitteet, joiden mukaan Helmandin maakunnassa lähellä Khanneshinin kylää on harvinaisia maametalleja sisältäviä vulkaanisia kiviä. USGS on löytänyt sammuneen tulivuoren keskeltä kallioalueen, jossa on vaaleita harvinaisia maametalleja, kuten ceriumia ja neodyymiä. Se on kartoittanut 1,3 miljoonaa tonnia käyttökelpoista kiveä. Tämä vastaa noin 10 vuoden tarjontaa nykyisellä kysyntätasolla. Pentagon on arvioinut sen arvoksi noin 7,4 miljardia dollaria.

Harvinaisten maametallien hinnoittelu

Harvinaisia maametalleja ei vaihdeta pörssissä samalla tavalla kuin jalometalleja (esimerkiksi kultaa ja hopeaa) tai värimetalleja (kuten nikkeliä, tinaa, kuparia ja alumiinia). Sen sijaan niitä myydään yksityisillä markkinoilla. Tämän vuoksi niiden hintoja on vaikea valvoa ja seurata. Hintoja julkaistaan kuitenkin säännöllisesti esimerkiksi mineralprices.com-sivustoilla. Näitä 17 alkuaineita ei yleensä myydä puhtaassa muodossaan. Niitä myydään yleensä seoksina, joiden puhtaus vaihtelee, esimerkiksi "Neodyymimetalli ≥ 99,5 %". tämän vuoksi hinnoittelu voi vaihdella loppukäyttäjän tarvitseman määrän ja laadun mukaan.

Maailmanlaajuinen tuotanto 1950-2000