CHIMICA/ La Cina è gelosa delle sue terre, soprattutto di quelle “rare”

Gli elementi isolati dalle cosiddette “terre rare” sono fondamentali per la vita quotidiana, spiega EMANUELE ORTOLEVA dagli accendini alle automobili, anche quelle del futuro

23.11.2010 - Emanuele Ortoleva
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Ossidi di terre rare

Chi ha in tasca un accendino, a meno che non sia elettronico, ha in tasca una piccola quantità di “terra rara”. Infatti, la cosiddetta pietrina che sfregata accende il gas è fatta, in gran parte, di cerio che appartiene al gruppo delle terre rare. Con il termine “terre rare” si indicano una serie di metalli, e quindi si dovrebbe dire di elementi delle terre rare, che sono stati isolati, in forma di ossidi, in alcuni minerali distribuiti in diverse parti del pianeta.

In realtà sono elementi abbastanza diffusi nella crosta terrestre: la loro abbondanza è molto più alta di quella di elementi considerati rari come l’oro o il palladio, ma anche di metalli non considerati rari come il cadmio o il mercurio, paragonabile a quella di rame, zinco (l’ottone è una lega di zinco e rame), stagno (il bronzo è una lega di stagno e rame), nichel, cromo o cobalto. Il nome forse deriva dal fatto che i minerali in cui sono stati individuati la prima volta erano ossidi metallici, ovvero terre, piuttosto inconsueti.

Si comprendono nel termine metalli delle terre rare lo scandio, l’ittrio, il lantanio e il gruppo di metalli che seguono il lantanio nella tavola periodica e che per questo motivo sono detti lantanidi. Per chi ha ancora un qualche ricordo scolastico di chimica i lantanidi sono quegli elementi elencati in una riga a parte della tavola periodica e che generalmente non vengono mai neanche nominati. Chi ha mai sentito parlare di Lantanio (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Promezio (Pm); Samario (Sm), Europio (Eu), Gadolinio (Gd), Terbio (Tb), Disprosio (Dy), Olmio (Ho), Erbio (Er), Tulio (Tm), Itterbio (Yb), Lutezio (Lu)? Anche in un esame universitario molti studenti sarebbero in difficoltà se interrogati su questi elementi.

Le terre rare sono note da tempo, alcuni elementi fin dalla prima metà dell’800; ma, data la somiglianza di molte loro proprietà chimiche, si è riusciti ad ottenerli puri solo dopo gli anni ’50 del secolo scorso con lo sviluppo di nuove tecniche di separazione. Le applicazioni, in genere in piccole quantità, sono molto vaste e, come si può vedere nella tabella, sono essenziali in molte tecnologie avanzate.

Tra tutte queste applicazioni occorre sottolineare i magneti permanenti: i più noti sono le comuni calamite. Le terre rare sono essenziali per i materiali di cui sono fatte le calamite, allo scopo di  avere magneti ad alta efficienza e quindi motori elettrici leggeri e potenti. Il lantanio, in lega con nickel e stagno, viene usato in batterie ad alta efficienza e lunga durata. Queste due applicazioni sono essenziali per le macchine ibride, elettriche e a combustione, e per le future macchine elettriche. Ma anche l’industria petrolifera è un grosso consumatore di terre rare, quindi senza terre rare non si fanno andare neanche le vecchie automobili a benzina. Il terzo settore che ne fa un grande uso è quello dei metalli speciali.

 

La recente decisione della Cina di limitare le esportazioni di terre rare, di cui è il principale fornitore mondiale, ha giustamente creato preoccupazione nei mercati. Come si può vedere nel  primo grafico, la Cina effettivamente risponde all’87% della richiesta mondiale, che è andata crescendo esponenzialmente negli ultimi sessant’anni; tuttavia, come si può notare il peso della produzione cinese è cresciuto soprattutto per la grande diminuzione della produzione di tutti gli altri paesi, Stati Uniti in testa.

Per quel che riguarda gli Stati Uniti va sottolineato che il tipo di minerale che si trova nel giacimento di Mountain Pass è analogo a quello sfruttato in Cina, per cui le motivazioni della decrescita sembrerebbero dettate da problemi strettamente tecnici di difficoltà di lavorazione. In realtà non ci si trova davanti ad un’effettiva penuria di minerale, né a un monopolio delle riserve mondiali da parte della Cina.

La natura del problema è forse meglio indicata dal secondo grafico – la domanda confrontata con la produzione – da cui si vede che per il 2012 si prevede che la domanda cinese, che negli anni passati è stata molto al di sotto della produzione, uguaglierà la produzione.

Tabelle e grafici

Terre Rare (Nome e utilizzo)

Cerio: Catalizzatori, Materiali ceramici, Vetri, materiali piroforici: pietrine per accendini, Fosfori, Polveri per lucidare.
Disprosio: Materiali ceramici, Fosfori, Applicazioni nucleari
Erbio: Materiali ceramici, Colorazione del vetro, Fibre ottiche, Laser, Applicazioni nucleari
Europio: Fosfori
Gadolinio: Materiali ceramici, Vetri, Fibre ottiche, Rivelatori di campo magnetico, Mezzo di contrasto per immagini per uso medico
Olmio: Materiali ceramici, Laser, Applicazioni nucleari
Lantanio: Catalizzatori per automobili, Materiali ceramici, Vetri, Fosfori, Pigmenti
Lutezio: Cristalli scintillatori per rivelazione di radiazioni
Neodimio: Catalizzatori, filtri per infrarosso, Laser, Magneti permanenti, Pigmenti
Praseodimio: Materiali ceramici, Vetri e fibre ottiche, Pigmenti
Promezio: Fosfori, Batterie nucleari miniaturizzate per satelliti e pace-maker, Strumenti di misura
Samario: Filtri per microonde, Applicazioni nucleari, Magneti permanenti
Scandio: Materiali aerospaziali e mazze da baseball, telai di bicicletta (in lega con l’alluminio), Applicazioni nucleari, Lampade ad alta intensità, Semiconduttori
Terbio: Fosfori
Tulio: Tubi catodici, Visualizzazione immagini per uso medico
Itterbio: Industria chimica e metallurgica
Ittrio: Condensatori elettrici, Fosfori (tubi catodici, lampade), Radar, Semiconduttori

Andamento della produzione mondiale di terre rare (in migliaia di tonnellate) (fonte U.S. Geological Survey)

Previsioni domanda/produzione (fonte Roskill)

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