ارزش‌آفرینی در دل خاک

به گزارش می‌متالز،  عناصر نادر خاکی گروهی از فلزات هستند که اجزای حیاتی برای اقتصاد سبز به شمار می‌آیند. از این رو مکان و محل این ذخایر معدنی استراتژیک، از اهمیت و ارزش فزاینده‌ای برخوردار است.  به طور کلی فلزات کمیاب، عناصری هستند که استفاده از آن‌ها در صنعت به دلایل گوناگونی مانند دیر کشف شدن، پیدایش کم در طبیعت،  تقاضای کم در بازار مصرف و همچنین استخراج و استحصال مشکل این عناصر،  تنها در چند دهه اخیر آغاز شده است.

بر پایه نام‌گذاری آیوپاک،  عنصر‌های خاکی کمیاب، از مجموعه ۱۷ فلز نرم سفید نقره‌ای شامل ۱۵ عنصر لانتانید‌ها و دو عنصر اسکاندیوم و ایتریوم تشکیل شده‌اند.  دلیل قراردهی اسکاندیوم و ایتریوم در گروه فلزات کمیاب این است که بیشتر در همان سنگ معدن‌هایی که لانتانید‌ها یافت می‌شوند، وجود دارند و ویژگی‌های شیمیایی مشابهی را از خود نشان می‌دهند.  این عنصر‌ها برخلاف نام خود، به جز پرومتیم و عنصر‌های پرتوزا در زمین فراوان‌اند.  این عناصر به دلیل ویژگی‌های ژئوشیمی در زمین پراکنده بوده و در یک جا به اندازه کافی متمرکز نیستند،  در نتیجه جست‌وجو و بهره‌برداری از آن‌ها بسیار هزینه‌بر است.  رسوب‌هایی از آن‌ها که بهره‌وری اقتصادی داشته باشد را کانی خاک کمیاب می‌نامند.

این عناصر در واقعیت کمیاب نبوده و هر‌کدام در پوسته زمین فراوان‌تر از نقره، طلا و پلاتین هستند. فراوانی سریوم و لانتانیوم بیشتر از سرب و سریم فراوان‌تر از مس است. همچنین عناصر کمیاب سبک، فراوان‌تر از عناصر کمیاب سنگین هستند. جالب است بدانید که این عناصر هیچ‌گاه به صورت فلز آزاد در خاک یافت نمی‌شوند و به ندرت به صورت ذخایر بزرگ و متمرکز به تنهایی دیده شده‌اند. در برخی مواقع کانی‌ها و فرآورده‌های عناصر نادر خاکی به دلیل همراهی آن‌ها با بعضی عناصر رادیواکتیو مانند توریوم و اورانیوم، ممکن است به طور طبیعی در برخی از ذخایر، خاصیت رادیو‌اکتیوی داشته باشند.  تعداد این عناصر به بیش از ۳۰ عنصر می‌رسد که به طور کلی به پنج گروه شامل عناصر کمیاب آلکالن مانند لیتیوم، سدیم و روبیدیوم، عناصر سبک مانند برلیوم، عناصر کمیاب با نقطه ذوب بالا مانند نیوبیوم، تانتالیوم، زیرکونیوم و هافنیوم، عناصر نادر خاکی «REE» مانند خانواده لانتانیدها، ایتریوم و اسکاندیوم و عناصر کمیاب پراکنده در کانی‌های سولفیدی مانند کادمیوم، ایندیوم، ژرمانیوم، گالیوم، تالیوم، رنیوم، سلنیوم و تلوریوم تقسیم‌بندی می‌شود.

کاربرد عناصر نادر خاکی

به دلیل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ویژه برخی از ترکیب‌های عناصر خاکی کمیاب، بسیاری از آن‌ها از اهمیت اقتصادی قابل توجهی برخوردارند. فلزات کمیاب اجزای ضروری بسیاری از صنایع و فرایند‌های تولید به ویژه در حوزه کاتالیست‌های پتروشیمی و پالایشگاه‌ها، هوافضا، شیشه‌سازی و سرامیک هستند. علاوه‌براین، تکنولوژی‌های نوظهوری مانند مغناطیس دائمی و کلکتور‌های خورشیدی و سوپرهادی‌های حرارت بالا، در رشد روزافزون تقاضا برای فلزات کمیاب در آینده نقش بسزایی خواهند داشت.  آلیاژ‌های نئودمیوم و ساماریوم را می‌توان در ساخت آهنربا‌های قوی مقاوم در برابر دما‌های بالا استفاده کرد و این امر آن‌ها را برای طیف گسترده‌ای از کاربرد‌های حیاتی در صنایع الکترونیکی و ساخت آلیاژ‌های خاص در حوزه صنعت دفاعی ایده‌آل می‌کند. قوی‌ترین آهنربای شناخته شده، آلیاژی از نئودمیوم با آهن و شبه فلز بور است و افزودن عناصر دیگر به آن مانند دیسپروزیوم و پرازئودمیوم، می‌تواند عملکرد و خواص آهنربا را تغییر دهد.  سریم، گادولینیوم و نئودمیوم در تولید پلاسما،  فیبر نوری، لیزر، عینک‌ها و همچنین در تصویربرداری پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.  همچنین عناصر نادر خاکی در تولید آلیاژ‌های فلزی خاص و لوازم الکترونیکی با کارایی بالا، صنایع خودرو‌های هیبریدی و الکتریکی، ژنراتور‌ها در توربین‌های بادی، درایو‌های هارد‌دیسک، تلفن‌های همراه، دوربین‌های دیجیتال، رایانه‌ها، چراغ‌های فلورسنت و دیود‌های ساطع‌کننده نور، تلویزیون، میکروفون و بلندگو‌ها کاربرد دارند.

عنصر‌های خاکی کمیاب در کشاورزی برای افزایش رشد گیاه، بهره‌وری و مقاومت در برابر استرس استفاده می‌شوند. علاوه‌براین، عنصر‌های خاکی کمیاب مواد افزودنی خوراکی برای دام هستند که منجر به افزایش تولید‌مثل حیوانات و تولید تخم‌مرغ و فرآورده لبنی می‌شوند.

ذخایر و تولید عناصر نادر خاکی در جهان

همان طور که از نام این عناصر پیداست، به دلیل شرایط خاص زمین‌شناسی در همه کشور‌ها یافت نمی‌شوند. ازجمله کشور‌هایی که دارنده ذخایر ارزشمند در جهان هستند، می‌توان به چین، آمریکا، روسیه، میانمار، استرالیا، برزیل، هند، آفریقای جنوبی، مالزی، تایلند، ویتنام، ژاپن، کانادا، آرژانتین، افغانستان و ... اشاره کرد.  با توجه به اینکه ممکن است جهان به زودی با کمبود عناصر نادر خاکی روبه‌رو شود، افزایش تقاضا عرضه را تحت فشار قرار داده و نگرانی رو به رشدی را به وجود آورده است. همچنین باید در نظر داشت که این عناصر را نمی‌توان با عناصر دیگر جایگزین کرد و همچنین عناصر کمیاب نرخ بازیافت کمی دارند. علاوه‌براین، با توجه به افزایش تقاضا و عرضه پایین، انتظار می‌رود که قیمت‌های آینده افزایش یابد و احتمال دارد کشور‌هایی غیر از چین معادن عناصر نادر خاکی را بازگشایی کنند.

ویتنام در میان برترین دارندگان ذخایر کمیاب خاکی

چین، ویتنام، برزیل و روسیه، چهار کشور برتر دارنده ذخایر خاکی کمیاب هستند. چین با در اختیار داشتن بزرگ‌ترین ذخایر جهانی این عناصر از نظر کمیت و کیفیت، فرآوری و پالایش در رتبه نخست جهانی قرار گرفته است.  ذخایر نادر خاکی چین، ۴۴ میلیون تن برآورد شده است که بالاترین ذخایر فلزات خاکی کمیاب را دارد. منابع اکسید نادر خاکی کانسار بایان اوبو در مغولستان ۴۸ میلیون تن است و بزرگ‌ترین منبع عناصر خاکی نادر جهان محسوب می‌شود. چین به دلیل دارا بودن عناصر نادر با عیار بالا و استحصال آسان‌تر، نرخ تمام‌شده پایین‌تری نسبت به سایر کشور‌های دیگر دارد و به همین جهت از این عناصر به عنوان یک کالای استراتژیک در جهت تامین منافع اقتصادی و سیاسی خود استفاده می‌کند. در صنعت فلزات نادر خاکی، تسلط چین بر این بازار تصادفی نبوده است زبرا سال‌ها تحقیق و سیاست صنعتی به این کشور کمک کرده است تا جایگاه برتری در بازار پیدا کند و اکنون چین توانایی کنترل تولید و دسترسی جهانی به این فلزات ارزشمند را دارد. ویتنام با در اختیار داشتن بزرگ‌ترین ذخایر جهانی این عناصر از نظر کمیت و کیفیت، فرآوری و پالایش در رتبه نخست جهانی قرار گرفته است. ذخایر نادر خاکی چین، ۴۴ میلیون تن برآورد شده که از بالاترین ذخایر فلزات خاکی کمیاب برخوردار است. کانسار بایان اوبو در مغولستان، ۴۸ میلیون تن منابع اکسید نادر خاکی دارد و بزرگ‌ترین منبع عناصر خاکی نادر جهان محسوب می‌شود.

ذخایر خاکی کمیاب ویتنام ۲۲ میلیون تن است. بر اساس گزارش‌ها، این کشور دارای چندین ذخایر باغلظت در مرز شمال غربی خود با چین و در امتداد خط ساحلی شرقی آن است. اکثر خاک‌های کمیاب این کشور را می‌توان در نهشته‌های سنگ اولیه یافت و مقدار کمتری نیز در کانسار‌های ساحلی قرار دارد. همچنین برزیل و روسیه با ۲۱ میلیون تن ذخیره، سومین ذخایر بزرگ عناصر خاکی کمیاب در جهان را دارا هستند.

چین، یکه‌تاز تولید خاک‌های کمیاب در جهان

چین، آمریکا و میانمار، بزرگ‌ترین تولیدکنندگان فلزات نادر خاکی در سطج جهان به شمار می‌آیند.  چین در سال ۲۰۲۱ با تولید ۱۶۸ هزار تن یعنی حدود ۶۰.۶۳ درصد، پیشروترین تولیدکننده خاک‌های کمیاب در جهان بود. ایالات متحده آمریکا در سال ۲۰۲۱، به میزان ۴۳ هزار تن خاکی کمیاب معادل ۱۵.۵۲ درصد تولید کرد که در مقایسه با ۳۹ هزار تن در سال گذشته، ۱۰ درصد افزایش داشت. در حالی که آمریکا دومین تولید عناصر خاکی کمیاب در سال ۲۰۲۱ بود، این کشور رتبه ششم را در ذخایر جهانی خاکی کمیاب به خود اختصاص داده است. معدن مونتین‌پاس در کالیفرنیا، بزرگ‌ترین معدن تولیدکننده عناصر نادر خاکی در این کشور است. میانمار در سال ۲۰۲۱، ۲۶ هزار تن خاک کمیاب معادل ۹.۳۸ درصد استخراج کرد که نسبت به سال قبل از آن، ۳۱ هزار تن کاهش یافته است. اطلاعات کمی در مورد ذخایر معدنی و پروژه‌های معدنی این کشور در دسترس است، اما میانمار رابطه نزدیکی با چین دارد. میانمار ۶۰ درصد از مواد خام متوسط تا سنگین چین را تامین می‌کند. کودتای نظامی میانمار در سال ۲۰۲۱، این نگرانی را ایجاد کرده است که واردات مواد کمیاب ممکن است قطع شود، اما تاکنون اختلالات تجاری بسیار اندک بوده است. قابل ذکر است که چین علاوه بر اینکه بزرگ‌ترین تولید‌کننده عناصر خاکی کمیاب در جهان به شمار می‌آید، مصرف‌کننده غالب نیز است. این کشور از خاک‌های کمیاب عمدتا در تولید محصولات الکترونیکی برای بازار‌های داخلی و صادراتی استفاده می‌کند.

عدم تعادل عرضه و تقاضا همراه با جهش قیمت

تقاضا برای خاک‌های کمیاب به سرعت در حال افزایش است. عدم تطابق بین عرضه و تقاضا، منجر به افزایش قیمت‌های خاک‌های کمیاب شده و ممکن است در سال‌های آینده بحرانی‌تر شود، زیرا میزان عرضه قادر به همگامی با افزایش تقاضا نیست. اقتصاد‌های غربی قرار است تا دهه آینده به شدت به چین برای پالایش عناصر کمیاب خاکی وابسته باشند، اما انتظار می‌رود که اتکای آن‌ها به این کشور برای استخراج فلزات با عملیاتی شدن معادن جدید در سایر نقاط جهان کاهش یابد. تقاضای سالانه برای عناصر نادر خاکی در ۱۵ سال منتهی به ۲۰۲۱، دو برابر شده و به ۱۲۵ هزار تن رسیده است و پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۳۰ به ۳۱۵ هزار تن برسد.

پیشتازی شرق آسیا در واردات فلزات کمیاب خاکی

چین،  بیشترین سهم واردات فلزات خاکی کمیاب را در سال ۲۰۲۰ به میزان ۳۷.۴ درصد به خود اختصاص داده است. ژاپن و ویتنام در رتبه دوم و سوم این بخش قرار گرفته‌اند و به ترتیب سهم ۱۶.۷ درصد و ۷.۸۴ درصدی از واردات فلزات کمیاب خاکی را به خود اختصاص داده‌اند.

جایگاه عناصر نادر خاکی در اقتصاد معدنی ایران

امروزه فناوری‌های پیشرفته به شدت نیازمند ذخایر استراتژیک مانند عناصر نادر خاکی هستند. ایران هم سرزمینی سرشار از معادن مختلف است که متاسفانه هیچ‌گونه کار اصولی روی این ذخایر انجام نشده است و تاکنون درباره نیاز و میزان مصرف یا واردات کانی‌های این عناصر در ایران اطلاعات چندانی در دسترس نیست. بررسی نتایج اکتشافی صورت گرفته در کشور و اطلاعات حاصل از ژئوفیزیک، زمین‌شناسی، ماهواره و تلفیق آن‌ها نشان می‌دهد که زایش این مواد معدنی در کمربند فلززایی ساغند بافق ایران مرکزی بوده است. حضور عناصر نادر در منابع عمده‌ای از کانسار‌های آهن این منطقه تایید شده است. در حال حاضر پنج سازند آهنی در کشور شناخته شده است. ذخایر عمده مگنتیت در ایران در شهر بافق، سمنان و سیرجان قرار دارند. یکی از معادن آهن مهم ایران از جهت حضور عناصر نادر خاکی، معدن سنگ آهن چغارت است. این معدن در ۱۳ کیلومتری شمال شرقی بافق و ۱۲۰ کیلومتری یزد قرار دارد. در ضمن طبق مطالعاتی که به انجام رسیده است، بیشتر عناصر خاکی ایران از عناصر خاکی سبک تشکیل یافته‌اند.

در ایران منابع اولیه عناصر نادر خاکی یعنی باستنازیت، مونازیت و زینوتیوم وجود ندارد، اما مطالعاتی در ذخایر ثانویه این عناصر در کانسار‌های آهن - آپاتیت تیپ کایرونا، پلاسرها، بوکسیت‌ها و زغال‌سنگ‌ها انجام شده است. در ایران مرکزی در کنار ذخایر آپاتیت، عناصر نادر خاکی به وفور یافت می‌شوند و عناصر تشکیل‌دهنده آن‌ها لانتانیوم، سریوم، نئودیمیوم، ساماریوم و... است. این کانسار‌ها در معادن چغارت، کله‌سیاه، زریگان، میشدان، چاه‌گز و اسفوردی یافت شده‌اند و از مزایای این کانسار‌ها در سطح قرار داشتن این عناصر است. مطالعه روی عناصر نادر خاکی در پلاسر مروست نشان داد که این عناصر توجیه اقتصادی نداشته و عیار مونازیت ۱۵۰ گرم در تن است. بررسی کانی‌شناسی کانسار بوکسیت جاجرم، حاکی از حضور این عناصر همراه با آهن و فسفر در این کانسار است. مطالعه روی زغال‌سنگ البرز شامل کارمزد، لوشان، شاهرود و نیز ایران مرکزی نشان داد که عیار عناصر نادر خاکی در زغال‌سنگ‌های ایران مناسب است.

برتری ایران در حوزه عناصر نادر خاکی

ایران مزیت زیادی در رابطه با عناصر همراه مانند نیکل، کبالت، کادمیم و عناصر نادر خاکی دارد که باید به آن‌ها توجه شود. در بحث کروم و کرومیت نیز حتما نیاز است که در بخش فرآوری این دو فلز گام‌های بزرگی برداشته شود. ما در یک دوره شاهد این بودیم که سنگ کرومیت از ایران صادر می‌شد. در حال حاضر به فرآوری مقداری از این سنگ توجه شده است، اما نیازمند توجه بیشتر به این محصول معدنی هستیم. علاوه‌براین، باید در صنایع پایین‌دستی استراتژی حساب‌شده‌ای داشته باشیم. تاکنون در مورد عناصر نادر خاکی فقط شعار داده‌ایم. حال آن‌که می‌توانیم با همکاری دانشگاه‌ها، پژوهشکده‌ها و افرادی که در بخش دانش‌بنیان فعالیت می‌کنند، گام‌های جدیدی را در این بخش برداریم. همچنین می‌توانیم در به دست آوردن عناصر نادر خاکی که عمدتا در باطله‌ها وجود دارد و جزو عناصری است که به تنهایی در طبیعت کمتر دیده می‌شود، بیشتر تلاش کنیم که بتوانیم از این ثروت خدادادی حداکثر استفاده را ببریم.

ضمن اینکه باید توجه داشت این عناصر به‌گونه‌ای نیستند که معدنی مجزا برای خود داشته باشند. در واقع به‌صورت عناصر همراه در طبیعت وجود دارند. به همین دلیل باید در معادن اصلی همچون سرچشمه، مهدی‌آباد و به ویژه پلی‌متال‌های بزرگ کار بیشتری صورت پذیرد. بخشی از مشکلات امروز ما به دلیل عدم اطلاعات کافی است. به عنوان مثال، بسیاری از کارشناسان اکتشاف اطلاعاتی از دستگاه‌های حفاری جدید دنیا ندارند. کار برای آن‌ها در ژئوفیزیک برای سنگ‌آهن آسان است، اما وقتی وارد عناصر نادر می‌شویم، مشاهده می‌کنیم فاصله ما با روش‌های جدید بسیار است.  لازم به ذکر است که عناصر نادر خاکی در بازار جهانی کیلویی فروخته می‌شوند و عناصر نادر خاکی سبک، یک هزارم عناصر نادر خاکی سنگین ارزش دارند.

تحریم و چالش واردات عناصر کمیاب در کشور

در سال‌های اخیر به دلیل داشتن منابع غنی از جمله آهن و مس، به سمت استخراج و فرآوری و فروش آن روی آوردیم و نگاه‌ها تنها به همین حوزه محدود شده است. همچنین کشور ما، جزو کشور‌های صنعتی دارای فناوری پیشرفته‌ای نیست تا نیازمند استفاده وسیع از این عناصر باشد و نیازمندی‌های خود را برای ساخت محصولاتی، چون کاتالیست‌ها و پودر‌های ساینده، با واردات تامین کرده است، اما بعد از اعمال تحریم‌ها و خروج ارز کشور ذهنیت سازمان‌های توسعه‌ای در حوزه معدن به سمت بهره‌گیری از عناصر نادر خاکی کشور گرایش پیدا کرد. با تامین مواد اولیه، خودروسازان می‌توانند باتری‌های هیبریدی تولید کنند و یا کارخانه‌هایی به منظور ساخت کاتالیست در کشور احداث و زمینه گسترش صنایع پایین‌دستی فراهم شود؛ چراکه در کنار آن، امکان اشتغال‌زایی و توسعه صنعت را خواهیم داشت. همچنین به نظر می‌رسد به دلیل ریسک بالا، بخش خصوصی امکان حضور در اجرای طرح‌هایی نظیر عناصر خاکی را ندارد و به همین دلیل نیاز است تا سازمان‌های توسعه‌ای با ورود به این بخش و پذیرفتن ریسک و سپس با انتقال دانش فنی، امکان ورود بخش خصوصی در این حوزه‌ها را فراهم کنند.

منبع: فلزات آنلاین