Terre rare: elementi per high-tech

Con la denominazione di “terre rare” si designa un gruppo di 17 elementi chimici della tavola periodica degli elementi (riportati nella tabella), comprendente la serie dei lantanidi, oltre allo scandio ed ittrio, recentemente designati “green elements”. Vengono abbreviate in RE (Rare Earths), REE (Rare Earth Elements) o REM (Rare Earth Metals).

Le terre rare sono relativamente abbondanti nella crosta terrestre. Dopo estrazione, separazione e purificazione del minerale esse vengono trattate e commercializzate sotto forma di ossidi, carbonati, cloruri, fluoruri, boruri, nitrati, idrossidi, o sotto forma metallica, allo stato puro o in lega. I semilavorati vengono, quindi, utilizzati nelle più svariate applicazioni high-tech e concorrono alla fabbricazione di prodotti sia di larghissimo consumo sia specialistici, incidendo anche fino al 5-12% sul valore del prodotto.

Ma perché sono così importanti le terre rare? Le terre rare sono indispensabili per la produzione di monitor per computer, schermi televisivi, fibre ottiche, lampade fluorescenti, superconduttori, magneti, convertitori catalitici in genere e marmitte catalitiche, turbine eoliche, batterie ricaricabili delle automobili elettriche o ibride, telefoni cellulari, apparecchi per la medicina, barre di controllo dei reattori nucleari, dispositivi a microonde, transistor e, infine, per la produzione della maggior parte delle armi più sofisticate e dei sistemi balistici delle forze armate di tutto il mondo.

ELEMENTOUTILIZZO
LUTEZIOcatalyst, tomografi PET
YTERRBIUMlaser a infrarossi, vetro ad alta reattività
TULIOsorgente di raggi X
ERBIOlaser, acciaio vanadio
OLMIOlaser
DISPROSIOmagneti, laser
TERBIOfosfori: verde, luci fluorescenti
GADOLINIOSuperconduttori, magneti
EUROPIOTV a colori al fosforo: rosso
SAMARIOmagneti, laser, illuminazione
PROMETEObatterie nucleari
NEODIMIOmagneti, laser, vetro
PRASEODIMIOmagneti, colorante vetro
CERIObatterie, catalizzatori, lucidatura di vetro
LANTANIObatterie ricaricabili
ITTRIOfosfori, ceramiche, laser
SCANDIUMLega di alluminio, aerospaziale

Il boom di Internet e i led non ci sarebbero stati senza uno di questi diciassette magnifici elementi chimici: l’erbio. Il rosso e il blu dei televisori di ultima generazione richiedono il ricorso all’europio, mentre per il verde serve il terbio. Sono indispensabili per la produzione di molti prodotti tecnologici, come iPad e auto ibride.

I complessi di lantanidi vengono usati come sonde luminescenti nelle analisi mediche e nei dosaggi di molecole biologicamente importanti. La medicina è infatti un altro settore di elezione per questi minerali. Nella risonanza magnetica permettono di avere una visione dettagliata di varie parti del corpo grazie ai mezzi di contrasto, soluzioni acquose che si iniettano nell’organismo, per avere una visione più dettagliata dell’immagine e utilizzando quantitativi bassissimi di gadolinio.

Oltre che in medicina, le terre rare e i loro derivati sono da considerarsi materiali strategici, perché  indispensabili alla fabbricazione di dispositivi high tech non solo nel settore civile, ma anche in quello della difesa. Le terre rare sono presenti su aerei supersonici, missili, satelliti, sistemi d’arma intelligenti, radar, sonar, sistemi di telecomunicazione, con particolare riferimento nella componentistica (trasduttori, sensori, dispositivi direzionali, sistemi di puntamento, fosfori, elettronica di controllo, etc.), nei materiali strutturali delle palette delle turbine a gas e nei rivestimenti protettivi (ricoprimenti anticorrosione, antierosione, scudi termici), nei sistemi ottici.

In futuro il consumo aumenterà: molti componenti delle auto ibride elettriche richiedono terre rare: dieci chili a macchina, il che per gli Usa, dove si stima che ci saranno 2 milioni di ibride, significa 25.000 tonnellate all’anno. Ma le terre rare danno un pizzico di magia anche agli hard disk, dove i magneti al neodimio ci regalano supporti più piccoli e veloci. Ci danno cuffie stereo da sogno: la rapida risposta dinamica e la bassa distorsione del segnale sono figlie delle terre rare.
Ittrio ed europio ci fanno risparmiare luce, migliorano la resa energetica delle lampadine moderne fino al 40%. E l’ittrio riveste particolare importanza negli impieghi nel settore metallurgico (ricoperture protettive e barriere termiche), per la fabbricazione dei fosfori e per applicazioni nel settore della difesa.

Pochi giorni fa in Italia è stato presentato il Laboratorio Materie Prime presso il ministero dello sviluppo economico. Si tratta di una partnership che vede insieme università, istituzioni, associazioni d’impresa e di professionisti per uno sviluppo sostenibile del comparto.

In Italia si fa molta ricerca sulle terre rare. Cnr, Enea e diverse Università lavorano per usarle nelle innovative batterie a celle di combustibile, quelle che si ricaricano facendo il pieno di metano, idrogeno o alcool.

 

 

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