แร่ธาตุหายากจริงหรือ?

ธาตุหายาก ซึ่งเป็นกลุ่มโลหะ 17 ชนิด มีอยู่ค่อนข้างมากในเปลือกโลก แต่การสกัดออกมานั้นยากมาก

นีโอดิเมียม หนึ่งในธาตุหายากที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: RHJ/Getty — นีโอดิเมียม หนึ่งในธาตุหายากที่ขุดได้ยากมาก ภาพ: *RHJ/Getty*

ธาตุหายากมีคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์มากมายที่ทำให้เป็นที่นิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมพลังงานและเทคโนโลยี กลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะ 17 ชนิด รวมถึงธาตุโลหะ 15 ชนิดที่อยู่ด้านล่างสุดของตารางธาตุ พร้อมด้วยธาตุอีกสองชนิด คือ อิตเทรียมและสแกนเดียม

ธาตุที่มีค่ามากที่สุด ได้แก่ นีโอดิเมียม เพรซีโอดิเมียม เทอร์เบียม และดิสโพรเซียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่ทรงพลัง เป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น สมาร์ทโฟน แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า และกังหันลม อย่างไรก็ตาม ปริมาณแร่ธาตุหายากที่มีอยู่อย่างจำกัดเป็นข้อกังวลสำคัญสำหรับบริษัทและ รัฐบาล ที่ผลิตสิ่งจำเป็นสมัยใหม่เหล่านี้

จริงๆ แล้ว แร่ธาตุหายากไม่ได้หายากขนาดนั้น จากการศึกษาของสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา (USGS) เกี่ยวกับปริมาณผลึกของธาตุต่างๆ (ปริมาณโดยเฉลี่ยของแร่ธาตุเหล่านี้ในเปลือกโลก) พบว่าแร่ธาตุหายากส่วนใหญ่พบในปริมาณใกล้เคียงกับโลหะทั่วไปอย่างทองแดงและสังกะสี “แน่นอนว่าแร่ธาตุหายากไม่ได้เท่าโลหะอย่างเงิน ทองคำ หรือแพลทินัม” แอรอน โนเบิล ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค กล่าว

แต่การสกัดแร่ธาตุเหล่านี้จากแหล่งธรรมชาตินั้นยากมาก “ปัญหาคือแร่ธาตุเหล่านี้ไม่ได้กระจุกตัวอยู่ในที่เดียว มีแร่ธาตุหายากประมาณ 300 มิลลิกรัมในหินดินดานทุก ๆ กิโลกรัมทั่วสหรัฐอเมริกา” พอล ซีเอมคีวิช ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยน้ำเวสต์เวอร์จิเนียกล่าว

โดยปกติแล้ว โลหะจะสะสมตัวอยู่ในเปลือกโลกเนื่องจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่างๆ เช่น การไหลของลาวา กิจกรรมทางความร้อนใต้พิภพ และการสร้างภูเขา อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเคมีที่ผิดปกติของธาตุหายากหมายความว่าโลหะหายากมักจะไม่สะสมตัวกันภายใต้สภาวะพิเศษเหล่านี้ ร่องรอยของธาตุหายากกระจายอยู่ทั่วโลก ทำให้การสกัดโลหะหายากไม่มีประสิทธิภาพ

บางครั้ง สภาพแวดล้อมใต้ดินที่มีกรดอาจทำให้ระดับธาตุหายากในสถานที่บางแห่งเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่การค้นหาสถานที่เหล่านี้เป็นเพียงความท้าทายแรกเท่านั้น

ในธรรมชาติ โลหะมีอยู่เป็นสารผสมที่เรียกว่า แร่ ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลโลหะที่เชื่อมติดกับอโลหะอื่นๆ (counterion) ด้วยพันธะไอออนิกที่แข็งแรง เพื่อให้ได้โลหะบริสุทธิ์ มนุษย์ต้องทำลายพันธะเหล่านี้และกำจัดอโลหะออกไป ความยากของงานนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะและอโลหะที่เชื่อมติดกัน

"แร่ทองแดงมักมาในรูปของซัลไฟด์ (สารเคมีที่ประกอบด้วยกำมะถันและธาตุอื่นๆ) คุณให้ความร้อนแก่แร่จนกระทั่งซัลไฟด์ระเหยออกมาเป็นก๊าซ และทองแดงบริสุทธิ์ตกลงสู่ก้นเครื่องปฏิกรณ์ นั่นเป็นกระบวนการสกัดที่ค่อนข้างง่าย แร่บางชนิด เช่น เหล็กออกไซด์ ต้องใช้สารเติมแต่งเพื่อปลดปล่อยโลหะออกมา แต่การแยกแร่ธาตุหายากนั้นซับซ้อนกว่ามาก" ซีเอมคีวิช อธิบาย

โลหะหายากมีประจุบวกสามประจุ และสร้างพันธะไอออนิกที่แข็งแกร่งมากกับฟอสเฟตไอออน ซึ่งแต่ละพันธะมีประจุลบสามประจุ ดังนั้น กระบวนการสกัดจึงต้องเอาชนะพันธะที่แข็งแกร่งมากระหว่างโลหะบวกและฟอสเฟตไอออนลบ

“แร่หายากเป็นแร่ที่มีความเสถียรทางเคมีสูงมาก และต้องใช้พลังงานและพลังงานเคมีจำนวนมากในการย่อยสลาย โดยทั่วไป กระบวนการนี้ต้องการค่า pH ต่ำมาก สภาพแวดล้อมที่รุนแรง และอุณหภูมิที่สูงมาก เนื่องจากพันธะในแร่มีความแข็งแรงอย่างเหลือเชื่อ” โนเบิลกล่าว

ความยากลำบากในการแยกธาตุบริสุทธิ์เหล่านี้ได้ชื่อว่า “แรร์เอิร์ธ” ผู้เชี่ยวชาญบางคนกำลังพัฒนาวิธีการใหม่ในการรีไซเคิลและสกัดโลหะมีค่าเหล่านี้จากขยะอุตสาหกรรมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เก่า เพื่อลดภาระของแหล่งผลิตที่มีอยู่ พวกเขายังพยายามสร้างคุณสมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ของแรร์เอิร์ธขึ้นมาใหม่ในสารประกอบใหม่ๆ โดยหวังว่าคุณสมบัติเหล่านี้จะกลายเป็นทางเลือกที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังไม่มีทางเลือกอื่นที่ยั่งยืนสำหรับแรร์เอิร์ธ แม้ว่าความต้องการจะเพิ่มขึ้นก็ตาม

ทูเทา (อ้างอิงจาก Live Science )

ลิงค์ที่มา