Sc Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu A zöld technológiák szennyes titkai: a ritkaföldfémláz és erdélyi vonatkozásai Dr. Márton István Genfi Tudományegyetem (Svájc) Babeş-Bolyai Tudományegyetem () 1
A ritkaföldfémek és rokon elemek: Sc, Y és a lantanoidák (± U, Th) Az elemek periódusos rendszere és geokémiai osztályozásuk (White, 2001; Harangi, online geokémiai kurzus-elte) 2/14
Ritkák-e a ritkaföldfémek a földkéregben? Gazdaságilag jelentős fémdúsulás (érctelep) geokémiai tényezői Az elemek gyakorisága a földkéregben : Átlagos kéregbeli gyakoriság Tipikusan kitermelhető koncentráció Koncentrációs faktor Al 8.2% 30% x4 Fe 5.6% 50% x9 Cu 55 ppm 1% x180 Ni 75 ppm 1% x130 Zn 70 ppm 3% x400 Sn 2 ppm 0.50% x2500 REO 10-100 ppm 1-2% x1000 Au 4 ppb 5 ppm x1250 Pt 5 ppb 5 ppm x1000 Elemgyakoriságot befolyásoló tényezők: belső (atomszerkezet, kötés, vegyérték, atom/ion méret) és külső (nyomás, hőmérséklet, redox, ph) tulajdonságok. 3/14
Számos ritkaföldfém tartalmú ásvány, változatos könnyű vs. nehéz RFF tartalommal. Gazdasági jelentőségű: bastnäzit, monacit, xenotim és ion adszorpciós agyagok. 1. A RFF elemek közös tulajdonsága, hogy +3 iontöltésük van, csupán a Ce és Eu szerepelhet más iontöltéssel is (+4, illetve +2) bizonyos oxidációs körülmények között. Az ionos kötés ellenére a RFF elemek kevéssé oldódnak vizes oldatokban, azaz alapvetően immobilisak. 2. Ionsugaruk a lantántól fokozatosan csökken a lutécium felé, aminek következtében a lantán és közelében lévő RFF elemek erősebben inkompatibilisek, mint a nehéz RFF elemek. 3. A RFF elemek között számos radioaktívan bomló izotóp van (pl. 147 Sm/ 143 Nd). Bastnäzit - (Ce, La)CO 3 F Monacit - (Ce,La,Nd,Th)PO 4 Xenotim - YPO 4 Ion adszorpciós agyagok Bastnäzit* Bastnäzit, Pakistan Monacit* La 2 O 3 13.02 16.08 Ce 2 O 3 35.11 32.35 Nd 2 O 3 13.08 10.92 Gd 2 O 3 3.02 1.24 Yb 2 O 3 0.02 0.11 ThO 2 0.01 3.62 Sm 2 O 3 0 1.973 *Tipikus RFF tartalom orotvai bastnäzitban és monacitban. (Hirtopanu et al. 2010) 4/14
Mire használjuk a ritkaföldfémeket? Zöld- & high-technológiák helyetesíthetetlen nyersanyaga! Eszköz Mágnesek NiMH elemek, akumulátorok Kőolajtermékek katalizátora Fluidum katalizátor Foszforok Porító anyagok Speciális üveg Ritkaföldfém 2006-ös vs. 2012-es igény (tonna) Felhasználás 20500 vs. 42000 Nd, Pr,Dy, Tb, Sm (13%/év) Bubrid autók, szélerőművek 17000 vs. 43000 Hibrid autók, újra tölthető La, Ce, Pr, Nd (17%/év) elemek 21500 vs. 32000 Emisszió csökkentő Ce, La, Nd (7%/év) adalékok 5500 vs. 13000 La, Ce, Pr, Nd (7%/év) Eu, Y, Tb, La, Dy, Ce, 8500 vs. 14000 LCD Tv monitorok, Pr, Gd (9%/év) fluoreszkáló anyagok 14000 vs. 21000 Monitorok, számítógép Ce, La, Pr (7%/év) alkatrészek 13000 vs. 14000 Optikai üvegek, digitális Ce, La, Nd, er, Gd, Yb (1%/év) kamerák 5/14
A világ RFF termelését Kína uralja, amely az elmúlt fél évben drasztikus export korlátozásokat vezetett be Kínai RFF bányászat problematikái: -Környezetvédelmi problémák, fekete gazdaság jelenléte, olcsó munkaerő, belső piac ellátásának veszélye 10-15 éves távon 6/14
2009-2010 során az RFF fémpiaci árak erős emelkedéssel reagáltak a nyersanyag-ellátási aggodalmakra (forrás: KBFO) REO = Totál RFF oxid 7/14
Az ásványi nyersanyag-ellátás problématikája az EU-ban (lásd: Critical raw materials for the EU, 2010. július 30.-i szakjelentés, http://ec.europa.eu) 8/14
Termelés (kizárólag Kína) és kutatás alatt álló RFF érctelepek globális eloszlása (forrás: Wats, 2010, Industrial Minerals) (1) Lynas Corp., (2) Molycorp Minerals, (3) (4) Great Western Minerals, (5) Alkane Resources, (6) Vietnamese govt./toyota Tsusho/Sojitz, (7) Arafura Resources, (8) Avalon Rare Metals, (9) Kazatomprom/Sumitomo, (10) Stans Energy, (11) Greenland Minerals and Energy, (12) Rare Element Resources, (13) Pele Mountain Resources, (14) Quest Rare Metals, (15) Ucore Uranium, (16) US Rare Earths, (17) Matamec Explorations, (18) Etruscan Resources, (19) Montero Mining, (20) Tasman Metals, (21) Neo Material Technologies/Mitsubishi 9/14
A jelenlegi REO igény és a jövőre becsült felhasználás trendek (tonna) A ritkaföldfémek Erőforrás/nyersanyag igény (bányászat) és a fenntartható fejlődés fogalmának kapcsolata 1. A jelenlegi RFF bányászat, kohászat és szállítás számos környezeti problémát felvet. 2. RFF telepek globális eloszlása továbbra sem garantálja a fenntartható fejlődést (és kapcsolódó technológiák elterjedését). 3. Az RFF érckutatás és bányászat kihívása nemcsak a jelenlegi tendencia kielégítése, hanem a zöld-technológiák térnyelésével fennálló gyors nyersanyag igény növekedés is. 10/14
Ércgenetikai vonatkozások: alkáli magmatizmus ércképző szerepe (inkompatibilis elemek), ill. a pegmatitos és hidrotermás fázisokban való dúsulás Alkáli gránit-szienit-gabbró gyűrűs komlexumok (Molnár, 2010): RFF 11/14
Ércgenetikai vonatkozások: alkáli magmatizmus ércképző szerepe (inkompatibilis elemek), ill. a pegmatitos és hidrotermás fázisokban való dúsulás Niggli-diagram (1929): a magmás rendszerek kristályosódási szakaszai és az ércgenetikai környezetek közti összefüggés. Bináris komponensű (illó és refraktár = szilikátos, oxidos) magmás rendszer fejlődése hőmérséklet, nyomás és összetétel függvényében. Hőmérséklet a4 a3 Likvid fázis (magma) a2 a1 Szilárd + gőz vagy oldat fázis b1 b2 b4 b3 Ortomagmás Pegmatitos Pneumatolitos Hidrotermás Illó (gőz) 100% 50% Összetétel Refraktár 100% Nyomás Szolfatárás 12/14
Erdély viszonyai kedvezőek az alkáli magmatizmushoz kapcsolódó RFF ércesedésnek is és a pegmatitos dúsulásnak is?? IGME, Európa térképe 13/14
Összefoglaló 1. A zöld technológiák igénye által hajtva és a kínai nyersanyag export korlátozások miatt a RFF piac új kihívások elé néz, amely új érckutatási stratégiákat igényel. 2. A társadalom számára nélkülözhetetlen bányászati tevékenység és a környezeti fenntarthatósághoz szükséges környezeti szemlélet nem antagonisztikusai egymásnak, de csak természet- ésk örnyezettudományi szemléletű gazdaságfejlesztéssel lehet a fenntartható fejlődést remélni. 3. Az erdélyi ásványi nyersanyag készletek fontos potenciállal rendelkeznek az EU-s fejlődési stratégiák keretében és a hagyományos ásványtani és geokémiai munkákra kiemelt szerep hárul ezen az (új) területen (is). Köszönöm a figyelmet! 14/14