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Che cosa sono le terre rare

Al centro dell’avanzamento tecnologico che sta interessando la nostra epoca ci sono le terre rare, un gruppo di 15 elementi chimici che hanno assunto un ruolo importantissimo nello scacchiere geopolitico internazionale.

Ma che cosa sono le terre rare, che vengono chiamate anche RE o REE? Perché sono importanti per la transizione energetica l’avanzamento tecnologico? Dove vengono estratte le REE?

In questo post cercherò di dare una risposta alle tue domande.

Le terre rare: cosa sono

Le terre rare – come vengono definite dall’Unione internazionale di chimica pura e applicata ( IUPAC) – sono un gruppo di 17 elementi chimici: lo scandio, l’ittrio e i lantanoidi.

I lantanoidi ( che in passato erano conosciuti come lantanidi) sono 15 elementi chimici che sulla tavola periodica si trovano fra il lantanio e l’afnio

Scandio e Ittrio anche – se non fanno parte dei lantanoidi – sono considerati “terre rare” perché in genere si trovano negli stessi depositi minerari dei lantanidi e hanno proprietà chimiche simili.

Terre rare: l’elenco

Ma quali sono questi elementi? Vediamo l’elenco delle terre rare!

  • Scandio;
  • Ittrio;
  • Lantanio;
  • Cerio;
  • Praseodimio;
  • Neodimio;
  • Promezio;
  • Semario;
  • Europio;
  • Gadolinio;
  • Terbio;
  • Disprosio;
  • Olmio;
  • Erbio;
  • Tulio;
  • Itterbio;
  • Lutezio.

Le terre rare nella tavola periodica

Nell’immagine sottostante c’è una tavola periodica nella quale sono incorniciati di blu tutti gli elementi appartenenti alle terre rare .

terre-rare
Tavola periodica degli elementi con evidenziate le REE

Perchè vengono chiamate terre rare?

Ma perché questi elementi vengono chiamati “terre rare” ? Non perchè ce ne siano poche, anzi sono abbondanti nella crosta terrestre.

Questo nome deriva dai minerali dai quali vennero isolati per la prima volta, che erano ossidi non comuni trovati nella gadolinite estratta da una miniera nei pressi di Ytterby, un villaggio svedese.

In realtà, a parte il promezio, gli elementi che fanno parte del gruppo delle terre rare si trovano in concentrazioni relativamente elevate nella crosta terrestre.

Vengono abbreviate in RE ( Rare Earths), REE ( Rare Earth Elements) o REM ( Rare Earth Metals) e di solito vengono suddivise in: terre rare leggere ( LREE, dal lantanio al promezio), terre rare medie ( MREE, dal samario all’olmio) e terre rare pesanti ( HREE, dall’erbio al lutezio).

Ossidi di terre rare.
Di Peggy Greb, US department of agriculture – http://www.ars.usda.gov/is/graphics/photos/jun05/d115-1.htm, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10512749

I giacimenti di REE

Le REE non si trovano tali e quali in natura – come succede ad esempio con gli elementi nativi tipo il rame o l’oro – ma si trovano mescolate con altri elementi chimici all’interno di alcuni minerali. Questi minerali sono quasi 250 minerali dei quali la principale è la bastnaesite. Altri minerali importanti per il contenuto di RE sono la monazite e lo xenotimo.

I geologi hanno classificato i giacimenti di REE come “giacimenti primari” e “giacimenti secondari”.

I giacimenti primari

I giacimenti primari sono quelli che contengono minerali  terre rare che si cristallizzano direttamente dal magma. Per la formazione di questi giacimenti serve un magma “carbonatitico”, un magma che al suo interno ha alte percentuali di carbonati mentre bassi valori di silice.

Il giacimento di Mountain Pass – in California ( USA)- oltre ad essere il giacimento di REE di tipo primario più grande al mondo – è anche l’unico giacimento di REE sul nostro pianeta dove ci sono questi minerali particolari.

I giacimenti secondari

I giacimenti secondari, a differenza di quelli primari, si originano in seguito all’alterazione di magma già solidificato. 

Questa alterazione avviene ad opera di fluidi idrotermali – fluidi caldi e ricchi di elementi chimici – che trasformano i minerali presenti, formandone nuovi ricchi in RE. 

Bayan Obo – in Cina – è il giacimento secondario più famoso. In realtà, si tratta principalmente di un giacimento di ferro dal quale si ricavano come sottoprodotto grandi quantità di bastnaesite e, di conseguenza, REE.

Come vengono estratte le REE?

Esistono diverse tecniche per estrarre le REE dai minerali che le ospitano. Quella maggiormente usata è la tecnica metallurgica, che può essere sintetizzata in tre step:

  1. Dissoluzione – durante questa fase le REE vengono estratte dalla roccia madre usando degli acidi;
  2. Separazione – le differenti REE vengono separate le une dalle altre;
  3. Generazione – con questo processo si ricava il prodotto finale, cioè ciascuna terra rara.

A cosa servono le terre rare?

Tutti noi abbiamo a che fare con le terre nella vita di tutti i giorni. Ad esempio le terre rare si trovano all’interno degli smartphone, nei touchscreen, nelle lampade e negli hard disk dei computer.

Le REE si trovano anche alla base di fibre ottichelaser, di moltissime apparecchiature mediche e nelle batterie delle auto elettriche.

Ecco un elenco più dettagliato sugli impieghi delle terre rare:

  • Magneti permanenti: usati per le automobili elettriche e ibride e per le turbine eoliche [Pr, Nd, Dy, Tb];
  • Batterie ricaricabili: fondamentali per i veicoli ibridi, i dispositivi elettronici e strumenti vari [La, Ce, Nd, Pr];
  • Catalizzatori per auto: (convertitori catalitici [La, Ce]);
  • Catalizzatori Fluid Cracking: vengono utilizzati nella raffinazione del petrolio greggio [La, Ce];
  • Polveri lucidanti: lucidatura di vetri, lenti, chip di silicio, schermi e monitor [Ce];
  • Additivi per il vetro: usati per le diverse proprietà del vetro [Ce, La];
  • Trasporti e veicoli: le terre rare vengono usate nei motori elettrici di automobili ibride e veicoli elettrici, nelle batterie e nei convertitori catalitici);
  • Tecnologia aereospaziale e difesa: le REE vengono ampiamente usate in applicazioni elettroniche, satellitari, ottiche, radar e magnetiche e nei sistemi di precisione missilistica;
  • Medicina: nel settore della medicina le REE sono usate nei magneti permanenti per i dispositivi medici hi-tech, come la risonanza magnetica;
  • Energia pulita: per quanto riguarda il settore dell’energia pulita le RE vengono usate per le turbine eoliche, per le batterie di auto elettriche e per le luci ad alta efficienza energetica;
  • Elettronica: la RE hanno un largo impiego per prodotti elettronici più veloci, più piccoli e più leggeri. Vengono usati come fosfori per LCD e TV a colori display a colori, nei dispositivi di comunicazione e informatici;
  • Petrolchimica: raffinazione di petrolio greggio; leghe metalliche speciali;
  • Vetro e ceramica: produzione, composti lucidanti e additivi per il vetro.

Il rovescio della medaglia è che la loro presenza in apparecchiature complesse come quelle elettriche ed elettroniche si contrappone, invece, alla mancanza di infrastrutture adeguate per la raccolta e il recupero. È per questo che il tasso di riciclo delle terre rare è minore dell’1%. 

Il monopolio della Cina

Il principale produttore al mondo di REE è la Cina. Ma come mai?

Questo predominio è dovuto soprattutto all’enorme disponibilità di forza lavoro e alla scarsissima tutela di lavoratori.

Infatti, quando si lavora una roccia per l’estrarre REE servono cicli d’estrazione molto lunghi e complicati, nei quali vengono usate molte sostanze nocive sia per la salute che per l’ambiente.

Il predominio cinese sulle RE è, e sarà, una pedina molto importante negli equilibri geopolitici mondiali visto l’aumento della richiesta delle REE con l’avanzare del progresso tecnologico.

Un esempio pratico potrebbe essere il caso Huawei. Quando questa grazie aziende cinese ha ricevuto il ban da parte dell’amministrazione Trump, e ad esempio non ha più potuto usufruire dei servizi di Google, non arrivò una replica ufficiale da parte dell’amministrazione della nazione del dragone. Ma è bastata una visita del presidente cinese Xi Jinping ad un’importante fabbrica di super magneti per mandare in subbuglio il mercato internazionale.

Immaginiamoci un po cosa accadrebbe se la Cina decidesse di non esportate più terre rare.

Letture consigliate

Se vuoi approfondire l’argomento trattato in questo post ti consiglio i seguente testo, acquistabile facilmente su Amazon:

  • TERRE RARE, il vero potere nell’era digitale

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