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I METALLI DELLA TECNOLOGIA:LE TERRE RARE

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12 Marzo, 2024

Dal punto di vista chimico gli elementi classificati come terre rare sono tutti metalli e per le loro particolari caratteristiche vengono anche denominati «i metalli della tecnologia» in quanto hanno avuto un ruolo centrale nella rivoluzione tecnologica degli ultimi 20 anni. Questi metalli sono essenziali per l'industria tecnologica ed elettronica, infatti essi trovano crescente applicazione in numerosi settori: troviamo questi elementi nei televisori, nei chip e nell’hard-disk del computer, nei touchscreen, nei circuiti elettronici, nei magneti permanenti dei computer e delle turbine eoliche, nei pannelli fotovoltaici di ultima generazione, nelle lampade a basso consumo, nelle batterie delle automobili, nei catalizzatori di combustione, nei coloranti per vetri e prodotti ceramici e nei componenti per laser. Inoltre, grazie alle proprietà magnetiche, questi metalli sono ulitzzati nelle calamite permanenti come quelle di tipo Neodimio-Ferro-Boro, le più potenti oggi conosciute, che trovano applicazione nei motori delle auto elettriche e nei generatori associati a pale eoliche di elevata potenza.

Cosa sono LE terre RARE?

La IUPAC ha deciso che con il termine terre rare (in inglese Rare Earth Elements - REE) si indica il gruppo di 17 elementi costituiti da scandio (Sc), ittrio (Y), lantanio e da tutti gli elementi che costituiscono la famiglia dei lantanidi. L’organismo internazionale che ha il compito di stabilire le norme relative alla chimica è stato fondato nel 1930 a Liegi in Belgio. Nel 1947 ha assunto il nome attuale, IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry).

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Essendo i loro ossidi inseriti in altri minerali in piccole percentuali (da qui il termine «terra rara») è stato difficile individuarli (la radice etimologica, lantha- nein, significa «star nascosto»). Nonostante il nome, le terre rare non sono così introvabili. Con l’eccezione del promezio, elemento radioattivo artificiale, questi elementi si trovano in concentrazioni relativamente elevate nella crosta terrestre; per esempio, lantanio, cerio, neodimio e ittrio sono più abbondanti di piombo o argento e perfino i due meno abbondanti, tulio e lutezio, sono circa 200 volte più comuni dell’oro. La loro ra- rità discende dal fatto che, pur presenti in diversi tipi di minerali, sono sparsi nel mondo. Una manciata di terriccio raccolta nel cortile di casa probabilmente ne contiene un po’, magari poche parti per milione. Sono invece rari i giacimenti abbastanza grandi e concentrati tali da rendere conveniente l’attività estrattiva.

Terminologia e quando sono state scoperte

Il termine “terre rare” venne assegnato a questi speciali elementi chimici presenti nei minerali non per la loro scarsa presenza sul Pianeta, ma per via della loro difficile identificazione oltreché per la complessità del processo di estrazione e lavorazione del minerale puro. Oltre al sopracitato acronimo REE, le terre rare vengono abbreviate anche con la sigla RE (Rare Earths). La prima scoperta risale al 1787, quando il tenente dell’esercito svedese Carl Axel Arrhenius rilevò un minerale che in realtà aveva al suo interno un mix di terre rare, dal quale 16 anni più tardi, nel 1803, venne isolato il Cerio. Un altro svedese, il chimico e mineralista Carl Gustav Mosander, nel 1839 asserì che le terre rare erano miscele di ossidi elementari. Mosander rilevò ,proprio da un’analisi sul Cerio, il Lantasio, e successivamente l’Erbio, il Terbio e il Sidimio, che si scoprì essere una miscela tra due degli attuali 17 elementi, Praseodimio e Neodimio, come spiegò il chimico Carl Auer von Welsbach qualche anno più tardi, nel 1885. La quasi totalità delle terre rare vennero scoperte proprio dal 1839 al 1900.Il Promezio, l’ultima, venne invece creata in modo artificiale nel 1947.

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Secondo il portale Statista e un report del governo Canadese, le terre rare in ambito industriale vengono usate principalmente in questi settori:

Per cosa sono utilizzate?

Le terre rare, per questo motivo, rientrano nei cosiddetti “metalli tecnologici”, cioè quei metalli richiesti e utilizzati in ambito tecnologico: altri esempi famosi in questo campo sono l’oro e l’argento (ottimi conduttori, perfetti per i dispositivi elettronici), il palladio (alla base di armature ad alta tecnologia) e l’osmio (molto resistente, usato nell’industria chimica), ma ci sono anche il platino, l’iridio, il rutenio e il rodio. Purtroppo senza terre rare un Paese difficilmente può sperare di competere a livello tecnologico, energetico e militare: già nel 2013 l’Unione Europea aveva inserito questi elementi tra l’elenco dei “materiali grezzi critici per la strategia”. Dunque, esse sono tanto fondamentali per la vita quotidiana quanto necessarie per lo sviluppo.

• 38% magneti permanenti;
• 23% cracking petrolifero;
• 13% industria del vetro;
• 9% leghe per le batterie;
• 8% metallurgia;
• 5% industria ceramica;
• 7% altro.

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QUALI SONO I GIACIMENTI DI REE?

Le terre rare non si trovano mai in natura in forma “pura” come i cosiddetti metalli nativi come oro e argento, ma si trovano sempre all’interno di altri minerali, mescolati quindi con altri elementi. Secondo un report dell'USGS del 2017, sono stati attualmente identificati 245 minerali contenenti terre rare, dei quali il principale è un fluorocarbonato chiamato bastnäsite (riportata anche come bastnaesite): due delle più importanti miniere al mondo di REE – cioè Mountain Pass (USA) e Bayan Obo (Cina) – si occupano proprio della sua estrazione. Altri minerali di grande importanza per l'estrazione delle REE sono la monazite e lo xenotimo, entrambi dei fosfati. I giacimenti di terre rare possono formarsi grazie a molteplici processi anche se, per semplicità, possiamo sintetizzarli in "giacimenti primari" e "giacimenti secondari". I giacimenti primari sono quelli che hanno i minerali contenenti terre rare che si sono cristalizzati dal magma. Per formare questi tipi di minerali è necessario avre un magma "carbonatitico"poichè caraterizzati da numerosi valori elevati di carbonati al suo interno e da basse percentuali di silice. Questi minerali cristalizzati direttamente dal magma si possono osservare nel giacimento più importante REE al mondo, quello di Mountain Pass (USA). Tuttavia, in termine di produzione, esso è stato notevolmente superato da quelllo di Bayan Obo, in Cina. A differenza di quelli primari, i giacimenti secondari si originano a partire dall'alterazione di magma già solidificato. Questa alterazione è legata alla presenza di fuidi idrotermali, cioè fluidi caldi e ricchi di ioni in soluzione che trasformano i minerali presenti in nuovi contenenti terre rare. Il giacimento più famoso di questo tipo è sempre quello di Bayan Obo, in Cina, in cui vengono prodotte come sottoprodotto grandi quantità di bastnaesite e, quindi, di terre rare anche se è principalmente si tratta di un giacimento di ferro.

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Ma quali sono i rischi ambientali?

Lavorare le terre rare può avere un grosso impatto sull’ambiente: per separarle dagli altri minerali devono essere disciolte a più riprese in acidi, filtrate, ripulite, con un processo decisamente poco "verde". Inoltre, la loro lavorazione emette prodotti tossici e anche radioattivi. I problemi maggiori sono legati ai due metodi di estrazione primaria.Il primo prevede la rimozione del terriccio, il trasporto in uno stagno di lisciviazione e l’aggiunta di sostanze chimiche (come il solfato di ammonio e il cloruro di ammonio) per separare i metalli. Le sostanze chimiche utilizzate in questo processo di separazione possono creare inquinamento atmosferico, causare l’erosione del terreno e filtrare nelle acque sotterranee. Il secondo metodo, invece, prevede la perforazione di fori nel terreno, l’inserimento di tubi in PVC e in gomma e il pompaggio di sostanze chimiche per eliminare la terra. Il liquame risultante viene quindi pompato instagni di lisciviazione. Tutti questi materiali rimangono disseminati nelle miniere che, restando abbandonate, creano dei rischi ambientali. Inoltre, le sostanze chimiche rimanenti possono continuare a filtrare nelle acque sotterranee.

In Cina, per esempio, l’inquinamento derivante dall’estrazione di terre rare ha creato un suolo incapace di sostenere le colture, e le risorse idriche sono state contaminate.I funzionari cinesi hanno tentato di contrastare queste minacce chiudendo un gran numero di miniere, specialmente quelle più piccole e illegali, ma ci sono ancora minacce gravi e su larga scala che rimangono irrisolte. La Cina sta lottando per ripulire l’ambiente inquinato dalle miniere, ma il processo di pulizia è costoso e richiede tempo; potrebbero essere necessari anche cent’anni per ilripristino dell’ambiente.

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MA QUALI SONO I PAESI CHE DETENGONO IL MONOPOLIO DELLE TERRE RARE?

Le REE sono abbastanza diffuse, ma non per questo sono “comode” da estrarre: sono infatti poco concentrate. Le riserve di terre rare mondiali sono stimate tra 120 e 150 milioni di tonnellate e si trovano principalmente in Cina, Russia, Stati Uniti, Australia, Brasile, India, Malesia, Tailandia, Vietnam, Canada e Sudafrica. Nella prima metà del Novecento la maggior parte delle terre rare proveniva da siti di estrazione indiani e brasiliani. Negli anni Cinquanta il primo produttore mondiale divenne il Sudafrica, per poi cedere lo scettro agli Stati Uniti attraverso la produzione nella miniera di Mountain Pass in California. Tuttavia negli anni Novanta, la produzione cinese, guidata principalmente da costi di produzione bassi e investimenti sostenuti dallo Stato in infrastrutture e tecnologia, aveva già iniziato a raggiungere livelli in grado di soddisfare la domanda globale a un prezzo molto più basso, con cui gli Stati Uniti non sono stati in grado di competere. Negli anni Duemila, la Cina aveva quasi il completo dominio della produzione di terre rare. Si parla di un autentico "monopolio cinese" e le ragioni sono varie. Oltre ad avere circa il 37 per cento delle riserve globali (che è di per sé una quantità enorme), la Cina ha costruito le fabbriche di produzione e raffinazione nei pressi delle miniere, in modo tale che la materia prima estratta potesse rapidamente raggiungerle. Una mossa astuta che ha permesso, insieme ai bassissimi costi della manodopera, di ridurre i costi globali della produzione di terre rare. Gli altri Paesi, e in primis gli Stati Uniti, non sono riusciti a seguirli, rimanendo così fuori dalla competizione. Fregati.Ma i cinesi non si sono fermati qui. Negli ultimi quindici anni hanno voluto espandere la produzione all’estero, acquisendo i diritti esclusivi di estrazione in Africa in cambio di grandi promesse per lo sviluppo e la costruzione di infrastrutture: sono stati siglati dei grossi accordi nella Repubblica Democratica del Congo e in Kenya, dove la Cina si è impegnata a fornire quasi 700 milioni di dollari per la costruzione di un datacenter e di un’autostrada. In termini generali, detenere il monopolio di una risorsa significa rendere gli altri Paesi dipendenti e, in questo modo, anche più deboli. Il governo degli Stati Uniti lo sa bene e sta ovviamente cercando di trovare una soluzione per sopperire a un eventuale blocco cinese delle esportazioni di questi minerali fondamentali.

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