Harvinaiset maametallit

Mitkä ovat 17 harvinaista maametallia?

Harvinaisiin maametalleihin kuuluvat lantaanista lutetiumiin ulottuvat lantanidit (järjestysluvut 57–71) sekä skandium (21) ja yttrium (39). USGS kuvaa ryhmää jaksollisen järjestelmän suurimmaksi kemiallisesti yhtenäiseksi joukoksi, mikä selittää, miksi niiden erottaminen toisistaan on vaikeaa ja kallista.

Ryhmä jaetaan usein kevyisiin ja raskaisiin. Jako on käytännöllinen, mutta rajakohta vaihtelee lähteestä toiseen. USGS:n kuvauksessa lantaani, cerium, praseodyymi ja neodyymi ovat kevyitä, ja raskaisiin luetaan gadoliniumista lutetiumiin ulottuvat metallit sekä yttrium. Joissain luokituksissa kevyisiin luetaan myös samarium, europium ja gadolinium. Taulukon ryhmät noudattavat USGS:n jakoa, ja epäselvissä kohdissa lukee “luokitus vaihtelee”. Käyttökohteet ovat USGS:n luettelosta.

Kevyiden ryhmää ja sen rajanvetoa käsitellään tarkemmin sivulla kevyet harvinaiset maametallit.

Miksi niitä sanotaan harvinaisiksi?

Nimi on historiallinen eikä kerro maankuoren pitoisuuksista. USGS:n mukaan runsaimmat harvinaiset maametallit ovat maankuoressa suunnilleen yhtä yleisiä kuin kromi, nikkeli, kupari tai sinkki, ja vähiten esiintyvät tulium ja lutetium ovat silti lähes 200 kertaa kultaa yleisempiä. Cerium on runsain ja edullisin.

Harvinaisuus on siis taloudellinen ja maantieteellinen ilmiö: harvinaiset maametallit hajoavat harvoin louhittaviksi malmiksi. USGS toteaa saman tuoreessa yhteenvedossaan: ne ovat maankuoressa suhteellisen yleisiä, mutta hyödynnettäviä pitoisuuksia on vähemmän kuin useimmilla muilla kaivannaisilla. Siksi kaivokset ja jalostuslaitokset ovat keskittyneet harvoihin maihin.

Mihin harvinaisia maametalleja käytetään?

Harvinaisia maametalleja käytetään kolmessa suuressa ryhmässä: magneeteissa, katalyyteissä ja optisissa tai valoa tuottavissa sovelluksissa. Jokaisessa on omat avainalkuaineensa, ja siksi yksi metalli ei kerro koko ryhmästä.

• Kestomagneetit. Neodyymi, praseodyymi, samarium, dysprosium ja gadolinium ovat voimakkaiden kestomagneettien raaka-aineita elektroniikassa, tietokoneissa ja autoissa. Samariumkobolttimagneetit tulivat ensin, ja neodyymirautaboorimagneetit yleistyivät 1980-luvulla. Magneetteja on sähkömoottoreissa, ja tuulivoimaloiden rakentaminen on kasvattanut kysyntää voimakkaasti. Tuulivoimaloiden materiaaleja käsitellään sivulla mistä isot tuulimyllyt on tehty.
• Katalyytit. Lantaani ja cerium ovat öljyn krakkauskatalyyteissa ja autojen katalysaattoreissa. Yhdysvalloissa katalyytit ovat USGS:n mukaan harvinaisten maametallien suurin käyttökohde.
• Optiikka ja valo. Cerium kiillottaa lähes kaiken valmiin lasin linsseistä alkaen. Europium tuottaa punaisen värin näytöissä, eikä sille tunneta korvaajaa. Erbium vahvistaa signaalia valokuitukaapeleissa.

Kun tarkastellaan sähköautoja ja tuulivoimaa, kiinnostavat ennen kaikkea magneettimetallit. Jos kysymys koskee kestomagneetteja, olennaisia ovat neodyymi, praseodyymi ja dysprosium. Jos kysymys koskee näyttöjä ja valaistusta, olennaisia ovat europium, terbium ja yttrium.

Miksi tuotanto on keskittynyt Kiinaan?

Harvinaisten maametallien kaivostuotanto on keskittynyt Kiinaan: USGS arvioi maailman kaivostuotannoksi noin 390 000 tonnia oksidina laskettuna ja Kiinan osuudeksi noin 270 000 tonnia eli noin 70 prosenttia. Seuraavina tulevat Yhdysvallat, Myanmar, Australia, Nigeria ja Thaimaa. Kiinan osuus tunnetuista varannoista on lähes puolet maailman yli 90 miljoonasta tonnista.

Kiinan tärkein esiintymä on Sisä-Mongolian Bayan Obo, ja toinen merkittävä lähde ovat eteläisen Kiinan savimaiset ioniadsorptiomalmit. Yhdysvalloissa louhitaan bastnäsiittia Mountain Passin kaivoksessa Kaliforniassa. Kaivostuotantoa pahempi keskittymä on jalostuksessa: malmi pitää rikastaa, liuottaa ja erottaa yksittäisiksi alkuaineiksi, ja tässä vaiheessa Kiinan osuus on vielä suurempi. Asiaa käsitellään tarkemmin sivulla Kiinan rooli metallien jalostuksessa.

Euroopan komission kriittisten raaka-aineiden luettelossa kevyet ja raskaat harvinaiset maametallit ovat kumpikin omana ryhmänään. Magneettimetalleista neodyymi, praseodyymi, terbium, dysprosium, gadolinium, samarium ja cerium on lisäksi nostettu strategisten raaka-aineiden joukkoon. Perusteet löytyvät sivulta kriittiset raaka-aineet.

Onko Suomessa harvinaisia maametalleja?

Suomesta löytyy useita harvinaisten maametallien esiintymiä, joista merkittävin on Savukosken Sokli. Soklin tutkijoiden alustavan selvityksen mukaan se on oman luokkansa suurin karbonatiittiesiintymä maailmassa ja voisi tuottaa vähintään kymmenen prosenttia Euroopan vuotuisesta kestomagneettien harvinaisten maametallien tarpeesta. Luku on alustava arvio, ei louhintalupa tai tuotantoennuste.

Soklin kaivostoimintaa on suunniteltu yli 50 vuotta. Kaivosoikeudet rajoitettiin Vaasan hallinto-oikeuden päätöksellä vuonna 2020, ja Yara luopui oikeuksistaan myymällä ne valtiolle. Kaivoksen avautuminen on edelleen avoin kysymys. Soklin näytteistä on löytynyt myös kaksi Suomessa aiemmin tuntematonta, harvinaisia maametalleja sisältävää mineraalia, kukharenkoiitti ja kordyliitti.

Lähteet

• U.S. Geological Survey: Mineral Commodity Summaries, Rare earths.
• U.S. Geological Survey: Rare Earth Elements, Critical Resources for High Technology.
• Kemia-lehti: Maaperässämme muhii haluttuja harvinaisia maametalleja.
• Geologian tutkimuskeskus GTK ja Verkkouutiset: Soklin uudet mineraalit.
• Euroopan komissio ja Euroopan unionin neuvosto: kriittiset raaka-aineet.