ΣΠΑΝΙΕΣ ΓΑΙΕΣ Ο «κρυμμένος πλούτος» στα έγκατα της ελληνικής γης Οι σπάνιες γαίες (REE) αποτελούν ένα επίκαιρο θέµα τόσο στον επιστηµονικό όσο και στο βιοµηχανικό χώρο. Πρόκειται για χηµικά στοιχεία, τα οποία λόγω των µοναδικών ιδιοτήτων τους βρίσκουν εφαρµογή σε µεγάλο εύρος πεδίων στην βιοµηχανία υψηλής τεχνολογίας. H Ελλάδα, σε σχέση µε πολλές άλλες χώρες είναι πλούσια, όσον αφορά τον ορυκτό της πλούτο και θεωρείται ιδιαίτερα ελπιδοφόρα περιοχή για την ύπαρξη κοιτασµάτων Σπανίων Γαιών. Εφαρµογές Ο όρος σπάνιες γαίες αφορά συγκεκριµένα µέταλλα (χηµικά στοιχεία) και η ονοµασία τους έχει δοθεί λόγω της γαιώδους µορφής που εµφανίζουν τα οξείδια τους αλλά και της εξαιρετικής σπανιότητάς τους. Αυτά τα µέταλλα λέγονται και λανθανίδες. Στην οµάδα των Σπανίων Γαιών ανήκουν 17 µεταλλικά στοιχεία µε παρόµοιες χηµικές ιδιότητες, η ζήτηση των οποίων αυξάνεται συνεχώς. Χαρακτηριστικό τους είναι η βιοµηχανική τους µοναδικότητα σε εφαρµογές και χρήσεις προϊόντων υψηλής τεχνολογίας και στις λεγόµενες «πράσινες» τεχνολογίες. Στην κατηγορία αυτή υπάγονται τα ακόλουθα χηµικά στοιχεία, τα οποία χωρίζονται σε δύο κύριες οµάδες. Η πρώτη οµάδα αφορά τις ελαφριές σπάνιες γαίες (LRRE) και πιο συγκεκριµένα τα Λανθάνιο (La), ηµήτριο (Ce), Πρασεοδύµιο (Pr), Νεοδύµιο (Nd), Προµήθειο (Pm), το Σαµάριο (Sm) και το Ευρώπιο (Eu), ενώ η δεύτερη οµάδα που αφορά τις βαρείες HREE οι οποίες είναι και πιο σπάνιες είναι το Γαδολίνιο (Gd) το Τέρβιο (Tb), το υσπρόσιο (Dy), το Όλµιο (Ho), το Ύτριο (Y), το Έρβιο (Er), το Θούλιο (Tm), το Υτέρβιο (Yb) και Λουτέτσιο (Lu). Προϊόντα από τις σπάνιες γαίες υπάρχουν σε ευρύτατη γκάµα βιοµηχανικών υλικών: Σε ηλεκτρικά και υβριδικά αυτοκίνητα, σε τηλεοράσεις, tablets, «έξυπνα» κινητά τηλέφωνα, πυκνωτές, επεξεργαστές ηλεκτρονικών υπολογιστών, µεταλλουργικές εφαρµογές, φωτοβολταϊκά συστήµατα ακόµα και στη διαστηµική τεχνολογία.
Δεν υπάρχει βιομηχανική εφαρμογή υψηλής τεχνολογίας που να μην περιλαμβάνει τις σπάνιες γαίες Χρήσεις σπανίων γαιών Σήµερα οι σπάνιες γαίες θεωρούνται στρατηγικά µέταλλα, αφού πρακτικά δεν υπάρχει βιοµηχανική εφαρµογή υψηλής τεχνολογίας που να µην τις περιλαµβάνει. Χαρακτηριστική είναι η παρουσία τους στους τοµείς της κατάλυσης, υαλουργίας, κεραµικής, µεταλλουργίας αλλά και σε λοιπούς τοµείς όπως οι µαγνήτες, οι οθόνες, τα ηλεκτρονικά και οι πυκνωτές. Πιο συγκεκριµένα οι LREE χρησιµοποιούνται στην καταλυτική πυρόλυση βαρέων κλασµάτων πετρελαίου κατά τη διάρκεια της διύλισής του. Επίσης, χρησιµοποιούνται και σαν καταλύτες αυτοκινήτων. Τα στοιχείο Nd χρησιµοποιείται σε υψηλής αντοχής µόνιµους µαγνήτες, οι οποίοι βρίσκουν εφαρµογή στις «πράσινες τεχνολογίες» όπως για παράδειγµα στα υβριδικά αυτοκίνητα και στις ανεµογεννήτριες. Εκτός από το προαναφερθέν στοιχείο τα Sm, Pr, Ce, Dy, Er και Gd χρησιµοποιούνται σε µόνιµους µαγνήτες. Οι σπάνιες γαίες λόγω της υψηλής τους αντοχής και του µικρού µεγέθους τους χρησιµοποιούνται κατά κόρον στον τοµέα της ηλεκτρονικής, όπως σε σκληρούς δίσκους, υψηλής τεχνολογίας µικρόφωνα και σε µονάδες DVD. Τα Nd και Pr χρησιµοποιούνται σε συσκευές ανάφλεξης. Ακόµα οι LREE και το Y είναι επίσης συστατικά για δύστηκτα κράµατα (superalloys) τα οποία χρησιµοποιούνται σε υψηλής θερµοκρασίας, οξειδωτικά περιβάλλοντα όπως
οι κινητήρες αεριοστρόβιλων. Τα Eu, Y, Τb, Tm, La και Ce χρησιµοποιούνται σαν φωσφορίζουσες ουσίες οι οποίες βρίσκουν εφαρµογή στις οθόνες τηλεόρασης και υπολογιστών. Τα Nd, Er και REE χρησιµοποιούνται σε εφαρµογές laser και σε οπτικές ίνες. Οι βιοµηχανίες γυαλιού και κεραµικών χρησιµοποιούν το Ce για να οξειδώσουν το (σίδηρο) Fe και τα Nd, Pr, Ho, Er για να χρωµατίσουν το γυαλί. Οι REE χρησιµοποιούνται για να απορροφήσουν το UV φως, σαν µέσο στίλβωσης (Μείγµα REE) αλλά και σε πυκνωτές (Nd, La, Sm). Χρήσεις Ποσοστό Μεταλλουργικές εφαρµογές και κράµατα 29% Ηλεκτρονικά (π.χ. Σκληροί δίσκοι) 18% Χηµικοί καταλύτες 14% Φωσφορίζουσες ουσίες για οθόνες υπολογιστών, ραντάρ και 12% τηλεοράσεις Καταλυτικοί µετατροπείς στην αυτοκινητοβιοµηχανία 9% Στίλβωση γυαλιών και κεραµικά 6% Μόνιµοι µαγνήτες 5% Καταλύτες κατά τη βιοχηχανία διύλισης πετρελαίου 4% Εµφάνιση Σπάνιων Γαιών στο Παγκόσµιο Χάρτη Ο φυσικός εµπλουτισµός σε Σπάνιες Γαίες µπορεί να χωριστεί σε δύο κυρίως τύπους, τον πρωτογενή που αφορά τον σχηµατισµό του, από µαγµατικές και µεταµορφικές διαδικασίες και τον δευτερογενή, στον οποίο οι Σπάνιες Γαίες έχουν συγκεντρωθεί περαιτέρω σε σχέση µε τον πρώτο µέσω ιζηµατογενών διαδικασιών ή µέσω της αποσάθρωσης. Οι πιο σηµαντικοί πρωτογενείς τύποι είναι αυτοί που συνδέονται µε αλκαλικά πυριτικά µαγµατικά πετρώµατα και καρµπονατίτες. Ο εµπλουτισµός µπορεί να προέλθει επίσης από υδροθερµικές φλέβες, µετασωµατικές ζώνες καθώς και σε µία ποικιλία µεταµορφικών περιβαλλόντων. Ο πρωτογενής εµπλουτισµός σε REE µπορεί στη συνέχεια να αναβαθµιστεί περαιτέρω µε δευτερεύουσες διαδικασίες. Τροπική αποσάρθρωση των αλκαλικών πυριτικών µαγµατικών πετρωµάτων και καρµπονατιτών µπορούν να σχηµατίσουν δευτερογενή τύπο εµπλουτισµού. Παραδείγµατα αυτού του τύπου αποτελούν λατερίτες. Ιζηµατογενείς διαδικασίες που λαµβάνουν χώρα σε παράκτια και ποτάµια
συστήµατα δηµιουργούν µεγάλες συγκεντρώσεις REE σε βαρέα ορυκτά και οι αποθέσεις τους ονοµάζονται προσχωµατικού τύπου «placers». Τα αποθέµατα REΕ είναι άνισα κατανεµηµένα στον Παγκόσµιο Χάρτη. Η βασική παγκόσµια εξορυκτική δραστηριότητα επικεντρώνεται σε αρκετές χώρες, οι οποίες είναι η Κίνα, Ινδία, Μαλαισία και Σρι Λάνκα. Ειδικότερα η Κίνα απασχολεί το 95% της παραγωγής. Άλλες βιοµηχανικές χώρες, οι οποίες µελλοντικά θα αποτελέσουν πηγές εξόρυξης σπάνιων γαιών είναι οι ΗΠΑ, Αυστραλία, Καναδάς, Β. Αφρική και Βραζιλία, καθώς τα αποθέµατα στην Κίνα τείνουν να εκλείψουν. Στην Παγκόσµια αγορά η Κίνα, είναι η χώρα η οποία ελέγχει σήµερα ολοκληρωτικά την εξορυκτική δραστηριότητα, τις τεχνολογίες εµπλουτισµού και µεταλλουργίας, και τα τελικά µεταλλικά προϊόντα σπανίων γαιών (καλύπτοντας περίπου το 95% της παγκόσµιας παραγωγής). Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό η Ευρώπη όσο και οι ΗΠΑ να είναι σε πλήρη βιοµηχανική εξάρτηση, από την Κίνα σε ποσοστό που αγγίζει το 100% κάτι που λαµβάνει χώρα σε µια εποχή που οι ανάγκες είναι διαρκώς αυξανόµενες. Κοίτασμα σπανίων γαιών στην Γροιλανδία
«Με το βλέµµα» στην Ελλάδα Με µια σειρά από πρωτοβουλίες (RawMaterialsInitiative, EuropeanInnovation PartnershiponRawMaterials) και στρατηγικές (Europe 2020 Strategy), η Ευρώπη προσπαθεί να βρει το αντίδοτο στην ολοένα και αυξανόµενη εξάρτηση ώστε να αντιµετωπίσει την κρίση επενδύοντας στην Έρευνα και Ανάπτυξη µε γνώµονα την ισχυρή συµµετοχή της βιοµηχανίας. To Εθνικό Κέντρο Βιώσιµης και Αειφόρου Ανάπτυξης-Ινστιτούτο Γεωλογικών Μεταλλευτικών Ερευνών (ΕΚΒΑΑ-ΙΓΜΕΜ) συµµετέχει µε το πρόγραµµα ΥΠΟΘΕΡ (Υποθαλάσσιες ΚοιτασµατολογικέςΈρευνες) στα πλαίσια των ερευνών του στο πεδίο των Σπανίων Γαιών. Ειδικότερα µέσω του ΥΠΟΘΕΡ, δίδεται έµφαση στην γεωλογική χαρτογράφηση και κοιτασµατολογική αναγνώριση σε συνεργασία µε το ΕΛΚΕΘΕ, του βυθού του Βορείου Αιγαίου (από τις Βόρειες Σποράδες µέχρι τη Λήµνο, Σαµοθράκη, Θάσο και ανατολική Χαλκιδική).Οι ερευνητικές δραστηριότητες µε το Ωκεανογραφικό ΑΙΓΑΙΟ άρχισαν στις 20 Σεπτεµβρίου 2013. Στη συνέχεια οι έρευνες θα πραγµατοποιηθούν στην περιοχή ΒΑ, ανοικτά της Σαντορίνης και στο υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούµπο, καθώς και στο υποθαλάσσιο βύθισµα ΒΑ της Κιµώλου. Στο πλαίσιο του πολυθεµατικού αυτού προγράµµατος το ενδιαφέρον θα επικεντρωθεί κυρίως στα εξής - Υψηλή ανάλυση αποτύπωσης της µορφολογίας του βυθού, - Μελέτη των ιζηµάτων του βυθού και των υποστρωµάτων του, - Παλαιογεωγραφική εξέλιξη της περιοχής κατά τα τελευταία 40.000 χρόνια, - Έρευνα, Προσδιορισµός και αξιολόγηση µεταλλοφορίας Βαρέων Ορυκτών στα προσχωσιγενή θαλάσσια ιζήµατα της περιοχής που θα µελετηθούν (placerdeposits) και των σπάνιων γαιών. Mε βάση τα αποτελέσµατα που θα προκύψουν θα γίνει η σύγκριση των αποθέσεων στο χερσαίο και θαλάσσιο χώρο, - Έρευνα πεδίων υδροθερµικής µεταλλοφορίας, στην περιοχή έρευνας, - Μελέτη µυκήτων και µικροβίων (αµινοξέων και RNA-πρωτεΐνες ) σε περιοχές εκτεταµένης υδροθερµικής δραστηριότητας.