InfoNu.nl > Wetenschap > Scheikunde > Zeldzame aardmetalen: De elementen

Zeldzame aardmetalen: De elementen

Zeldzame aardmetalen: De elementen Groep van 17 metalen in het periodiek systeem der elementen, die v.n.l. tot de Lanthaniden behoren. Synoniemen van zeldzame aardmetalen zijn: Zeldzame Aarden, Rare Earth Elements (REE) Het betreft 17 elementen met de symbolen: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, en Lu. De zeldzame aardmetalen zijn bijna allemaal in de 19e eeuw ontdekt. Ze komen niet als vrije elementen in de natuur voor, ze oxideren erg gemakkelijk door de zuurstof in de lucht of verbinden zich met andere stoffen.
Bron: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Bron: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Plaats van de zeldzame aardmetalen in het periodiek systeem

De naam Zeldzame Aardmetalen (Zeldzame Aarden) is verwarrend. Het betreft geen Aard(alkali)metalen, maar overgangsmetalen. Omdat men in de 19e eeuw dacht dat deze elementen zeldzaam waren, ontstond de naam Zeldzame Aardmetalen. Zeldzame Aarden die van nature in de aarde voorkomen worden vaak bij elkaar in ertsen gevonden. We weten heden dat de meeste zeldzame aarden niet zeldzaam zijn, de meest voorkomende zeldzame aarde, cerium, is op volgorde van hoeveelheid met 68 ppm het 25e element in de aardkorst, het komt daarmee vaker voor dan lood. De zeldzaamste aardmetaal komt vaker voor dan goud.

Zeldzame Aardmetalen

De belangrijkste mineralen (ertsmineralen) zijn: Monaziet,CePO4, bevat gewoonlijk ook La, Pr, Nd, Y, Th, Smen Eu. Bastnaesiet,(Ce, La)CO3F, Ook Y, Pr, Nd, Sm en Gd. Heden worden veel zeldzame aarden uit bastnaesiet gewonnen. Zeldzame aardmetalen zijn ongelijk verdeeld over de continenten en zullen over 40 jaar zeer schaars zijn. Gaan we versneld over op windturbines en elektrische auto"s dan zitten we binnen 25 jaar met het probleem.

China bezit meer dan 90% van deze grondstoffen en heeft sinds 1999 exportquota voor de metalen ingevoerd. Buiten China is men bezig nieuwe mijnen op oude locaties te heropenen. De Mountain Pass-mijn in Nevada, had in 1990 nog een aandeel van 40% in de wereldproductie. Rond 2000 was het voor de mijn niet meer rendabel en ging hij dicht. Nu heeft de onderneming Molycorp, de eigenaar van de Mountain Pass-mijn, de vergunning gekregen om nieuwe faciliteiten te bouwen voor de winning van 20.000 ton zeldzame aardmetalen per jaar.

Monaziet erts / Bron: Rob Lavinsky   iRocks.com, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Monaziet erts / Bron: Rob Lavinsky iRocks.com, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
Bastnaesiet erts / Bron: Dave Dyet, Wikimedia Commons (Publiek domein)Bastnaesiet erts / Bron: Dave Dyet, Wikimedia Commons (Publiek domein)
 Balangrijke rare-earth oxides: gadolinium · praseodymium, cerium, samarium, lanthanum, neodymium / Bron: Peggy Greb, US department of agriculture, Wikimedia Commons (Publiek domein) Balangrijke rare-earth oxides: gadolinium · praseodymium, cerium, samarium, lanthanum, neodymium / Bron: Peggy Greb, US department of agriculture, Wikimedia Commons (Publiek domein)

De belangrijkste mineralen (ertsmineralen) zijn: Monaziet,CePO4, bevat gewoonlijk ook La, Pr, Nd, Y, Th, Smen Eu. Bastnaesiet,(Ce, La)CO3F, Ook Y, Pr, Nd, Sm en Gd. Heden worden veel zeldzame aarden uit bastnaesiet gewonnen. Zeldzame aardmetalen zijn ongelijk verdeeld over de continenten en zullen over 40 jaar zeer schaars zijn. Gaan we versneld over op windturbines en elektrische auto"s dan zitten we binnen 25 jaar met het probleem.

China bezit meer dan 90% van deze grondstoffen en heeft sinds 1999 exportquota voor de metalen ingevoerd. Buiten China is men bezig nieuwe mijnen op oude locaties te heropenen. De Mountain Pass-mijn in Nevada, had in 1990 nog een aandeel van 40% in de wereldproductie. Rond 2000 was het voor de mijn niet meer rendabel en ging hij dicht. Nu heeft de onderneming Molycorp, de eigenaar van de Mountain Pass-mijn, de vergunning gekregen om nieuwe faciliteiten te bouwen voor de winning van 20.000 ton zeldzame aardmetalen per jaar.

Rare Earth Elements (REE)

In wetenschappelijke teksten worden de volgende Engelse afkortingen gebruikt:
  • REE = Rare Earth Elements (zeldzame aardelementen; zeldzame aarden)
  • LREE = Light Rare Earth Elements (lichte zeldzame aarden: in het periodiek systeem tot en met samarium)
  • HREE = Heavy Rare Earth Elements (zware zeldzame aarden: zeldzame aarden vanaf europium)

The Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) definieert zeldzame aardmetalen als een groep van 17 elementen in het periodiek systeem, namelijk de 15 lanthaniden, plus scandium and yttrium. Scandium en yttrium worden beschouwd als zeldzame aardmetalen omdat ze vaak voorkomen in dezelfde ertsen als de lanthaniden en vergelijkbare chemische eigenschappen hebben.

De volgende afkortingen zijn in gebruik:
  • RE = rare earth
  • REM = rare-earth metals
  • REE = rare-earth elements
  • REO = rare-earth oxides
  • REY = rare-earth elements and yttrium
  • LREE = light rare earth elements (Sc, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, en Gd; bekend als de cerium groep)
  • HREE = heavy rare earth elements (Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, en Lu; ook bekend als de yttrium groep)

De dichtheid van de LREE's (als zuiver element) gaat van 2.989 (scandium) tot 7.9 g/cc (gadolinium), van de HREE's van 8.2 tot 9.8, uitgezonderd yttrium (4.47) en ytterbium (6.9).

Bron: BMacZero, Wikimedia Commons (Publiek domein)Bron: BMacZero, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Het voorkomen van de zeldzame aardmetalen

Buiten China wordt de Mountain Pass-mijn in de Verenigde Staten, een van de belangrijkste producenten van zeldzame aardmetalen. Volgens Molycorp, de eigenaar van de mijn, zijn de bewezen reserves circa 40 miljoen kilogram maar de waarschijnlijke reserves 1.000 miljoen kilogram.

Zeldzame aarden worden gewonnen uit o.a. de mineralen bastnäsiet, monaziet en lopariet. Ze zijn moeilijk te winnen. omdat zeldzame aardmetalen vaak bij elkaar in een erts zitten en omdat ze vergelijkbare chemische eigenschappen hebben zijn ze moeilijk van elkaar te scheiden. In 2008 lag de wereldproductie van zeldzame aardmetalen op circa 120.000 ton, waarvan slechts 5 ton buiten China werd geproduceerd. China heeft in 1999 exportquota voor aardmetalen geïntroduceerd en heeft geleid tot sterke stijging van de prijzen.

Richtprijzen van zeldzame aardmetalen

De onderneming Molycorp heeft op 30-6-2011 richtprijzen gepubliceerd in dollar per kg, volgens onderstaande tabel.

Lantha-
nium
CeriumPraseo-
dymium
NeodymiumSamariumEuropiumGadoliniumTerbiumDyspro-
sium
Yttrium
149150240320130320020529201520172

China heeft de export van zeldzame aardmetalen in de afgelopen paar jaar gedecimeerd. Negentig procent van de wereldvoorraden aan zeldzame aardmetalen bevindt zich in China. Volgens China dreigen in het huidige tempo van winning deze voorraden over twintig jaar uitgeput te raken. Grondstoffen analisten zeggen dat de Chinese voorraden nog lang niet uitgeput dreigen te raken, maar dat China de zeldzame aardmetalen wil behouden voor de eigen elektronica productie. In de Verenigde Staten waar tien procent van de zeldzame aardmetalen wordt geproduceerd, reageert men zeer afkeurend op de exportbeperking van China. Deze zeldzame aardmetalen worden steeds meer van strategisch belang en kunnen in de toekomst tot handelsoorlogen leiden

Toepassing van zeldzame metalen

  • De zeldzame aardmetalen worden gebruikt in o.m. aanstekers en lasers, magneten, windturbines, harde schijven, telefoons, iPODs, elektrische motoren, kernreactoren, supergeleiders, brandstofcellen, spaarlampen, televisieschermen.
  • In elektronica wordt veel gebruikgemaakt van zeldzame aardmetalen, de miniaturisatie is mogelijk door gebruik van zeldzame-aarden magneten.
  • Permanente Magneten: Nd2Fe14B, SmCo5 en Sm2Co17
  • Vaste-stof-lasers en microgolf toepassingen: Y: YAG(Yttrium-Aluminium-Garnet) en YIG (Yttrium-Iron-Garnet), aangevuld met kleine hoeveelheden Nd, Gd, Er, of Ho.
  • Katalysatoren: La, Ce, Pr, Sm, Yb, Lu
  • Optische Filters: La, Ce, Pr, Nd, Sm
  • Pigmenten: Pr(geel), Ho(geel, roze), Er(roze), Yb(wit).
  • Fosforescerende stoffen (beeldschermen): Sm, Gd, Yb
  • Spaarlampen en LED"s: Tb
  • Neutronenvanger in Nucleaire installaties: Sm en Ho.
  • Verstevigingsmiddel in glasfiber: Er.
  • Batterijen en Accu"s: La (La-Ni-Hydride).
  • Medische toepassingen: Eu, Gd en Lu.
  • Legeringen: Ce,Ho,Er en Yb.

Overzicht van zeldzame aardmetalen

AtoomnummernaamSymboolEtymologie
21 ScandiumScLatijn: Scandia =Scandinavië
39YttriumYYtterby in Zweden
57LanthaniumLaGrieks: "lanthanein"= verborgen
58CeriumCeDwergplaneet Ceres.
59PraseodymiumPrGrieks "prasios"= groen en "didymos"= tweeling
60NeodymiumNdGrieks "neos"= nieuw; "didymos" = tweeling
61PromethiumPm Griekse god van het vuur = Prometheus
62Samarium SmVasili Samarsky-Bykhovets
63EuropiumEu Werelddeel Europa
64GadoliniumGdJohan Gadolin (1760-1852)
65TerbiumTbPlaats Ytterby
66DysprosiumDyGrieks: "dysprositos" = moeilijk vangen
67HolmiumHo Stockholm, Latijn = Holmia
68ErbiumErPlaats Ytterby
69ThuliumTmMythische plaats Thule
70YtterbiumYbPlaats Ytterby
71LutetiumLu Lutetia, Latijnse naam voor Parijs
© 2014 - 2019 Custor, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Europium: het elementEuropium: het elementEuropium is een scheikundig element met symbool Eu en atoomnummer 63. Het is een zilverwit lanthanide en behoort tot de…
Zeldzame Coca-Cola spullen verzamelenZeldzame Coca-Cola spullen verzamelenAls een merk veel wordt verzameld dan is het wel van Coca-Cola! Als logisch gevolg daarvan kan je ervoor kiezen om spull…
Lanthanum: Het elementLanthanum: Het elementLanthanum is een zacht, taai, buigbaar, zilverwit metallic element, dat met een mes gesneden kan worden. Het is een zeld…
Scandium: Het elementScandium: Het elementScandium is een scheikundig element met symbool Sc en atoomnummer 21. Het is een zacht, licht, zilverwit (overgangs)meta…
Wat zijn weesgeneesmiddelen?Wat zijn weesgeneesmiddelen?De term weesgeneesmiddelen, ook wel orphan drugs genoemd, zal veel mensen weinig tot niets zeggen. Ze zijn echter voor e…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Publiek Domein, Wikimedia Commons (PD)
  • http://news.nost.jp/2010/12/zeldzame-en-schaarse-metalen/(afbeelding periodiek systeem met aardmetalen)
  • http://www.kennislink.nl/publizeldzame-aardmetalencaties/zeldzame-aardelementen (afbeelding aardmetaal oxiden)
  • http://marketupdate.nl/nieuws/grondstoffen/japan-zoekt-samenwerking-met-india-voor-zeldzame-aardmetalen/(afbeelding elektrische auto)
  • http://www.periodni.com/rare_earth_elements.html (afbeelding zeldzame aardmetalen systeem)
  • Afbeelding bron 1: Kushboy, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 2: Rob Lavinsky iRocks.com, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)
  • Afbeelding bron 3: Dave Dyet, Wikimedia Commons (Publiek domein)
  • Afbeelding bron 4: Peggy Greb, US department of agriculture, Wikimedia Commons (Publiek domein)
  • Afbeelding bron 5: BMacZero, Wikimedia Commons (Publiek domein)

Reageer op het artikel "Zeldzame aardmetalen: De elementen"

Plaats als eerste een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Infoteur: Custor
Laatste update: 30-11-2016
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Scheikunde
Bronnen en referenties: 10
Schrijf mee!