稀土元素具有许多有用的特性,使其受到科技和能源行业的高度追捧。这 17 种金属的集合包括元素周期表底部的 15 种金属元素,以及元素钇和钪。
其中最有价值的是钕、镨、铽和镝,它们是超强微型磁铁,是智能手机、电动汽车电池和风力涡轮机等电子产品的重要组成部分。然而,它们有限的全球供应是政府和企业的一大担忧,198彩票平台开了几年,
198彩带玩团队如何登陆,因为它们需要这些金属来继续制造各种现代必需品。
但为什么稀土元素如此稀有呢?
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事实证明,它们并没有那么罕见。美国地质调查局对不同元素的“晶体丰度”进行的一项研究(也就是说,如果将地壳平均化,可以得到多少晶体丰度)发现,大多数稀土“与铜和锌等常见金属的数量级相同, ”弗吉尼亚理工大学采矿和矿物工程系教授兼系主任亚伦·诺布尔 (Aaron Noble)告诉《生活科学》。“它们当然不像银、金和铂等金属那么稀有。”
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稀土元素丰度,信息图表。
世界各地可开采稀土元素的位置和相对丰度。2020 年美国地质勘探局的数据。(图片来源:视觉资本主义/科学图片库,来自盖蒂图片社)
尽管这些元素相当常见,但从天然来源中提取却非常困难。
“‘麻烦的地球’本来是一个更好的名字,”西弗吉尼亚水研究所所长保罗·齐姆凯维奇(Paul Ziemkiewicz)告诉《生活科学》杂志。“问题是,它们并没有那么集中在一个地方。美国所有页岩中大约含有 300 毫克/千克(0.005 盎司/磅)稀土。这就是如果你挖掘的话你会得到的东西你后院的一个洞。”
通常,由于熔岩流、热液活动和山脉形成等不同的地质过程,金属会集中在地壳内。然而,稀土元素的不寻常化学性质意味着这些金属通常不会在这些特殊条件下聚集在一起。因此,这些元素的痕迹遍布全球,使得这些材料的开采效率特别低。
有时,地下的极端酸性条件会略微增加某些地区稀土元素的含量。但找到这些难以捉摸的富集位点只是第一个挑战。
在自然界中,金属以称为矿石的化合物存在,其中含有通过强离子键与其他非金属物质(称为抗衡离子)连接的金属颗粒。为了获得纯金属,必须破坏这些键并去除抗衡离子,但这种分离的难度取决于所涉及的金属和抗衡离子。
矿石中可以存在各种金属,而不仅仅是稀土元素。例如,198客户端APP
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“铜矿石通常以硫化物形式存在。将矿石加热到一定程度,硫化物以气体形式排出,纯铜就会从反应容器的底部掉落。这是一种非常容易的提取,”Ziemkiewicz 解释道。“其他材料,如氧化铁,需要添加剂才能释放金属。但稀土的分离要复杂得多。”
稀土金属天然具有三个正电荷,并与磷酸盐抗衡离子形成极其牢固的离子键,每个磷酸盐抗衡离子具有三个负电荷。因此,提取过程必须克服正极金属和负极磷酸盐之间非常强的吸引力——这不是一件容易的事。
“纯金属的供应链非常长且复杂,”诺贝尔说。“稀土矿石是化学性质非常稳定的矿物——你必须投入大量的能量和化学强度才能将它们分解。通常,这个过程会使用非常低的 pH 值、非常恶劣的条件和非常高的温度,因为这些键将矿石凝聚在一起的力量是如此之强。”
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正是由于提取纯元素的困难,198彩票平台开了几年,
198彩带玩团队如何登陆,稀土元素才得名。一些研究人员正在研究新方法,从旧电子产品和工业废物中回收和提取这些有价值的金属,以减轻当前供应的压力;其他人正试图在新化合物中重现不寻常的磁性和电子特性,以提供这些难以捉摸的金属的替代品,并且可以培育出更容易获得的人造化合物,其行为类似于稀土元素。
不过,就目前而言,尽管需求猛增,但麻烦的稀土还没有替代品。