Lantanidi e materie prime critiche tra egemonia globale e transizione energetica
Le terre rare sono materie prime critiche. (AI-RDM03_26)
Le terre rare, essenziali per magneti, turbine e motori elettrici, sono materie prime critiche. La Cina produce il 70% e l’UE dipende interamente dalle importazioni.
Le terre rare (REE), un gruppo di 17 elementi che include i 15 lantanidi, lo scandio e l'ittrio, sono diventate il pilastro dell'economia globale. Indispensabili per la produzione di magneti permanenti, turbine eoliche e motori elettrici, queste materie prime sono classificate come "critiche" dall'Unione Europea a causa della forte dipendenza dalle importazioni. Con la Cina che detiene circa il 70% della produzione mondiale, l'Europa si trova ad affrontare una sfida cruciale per garantire la propria sicurezza industriale e procedere verso la digitalizzazione e la neutralità climatica.
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Argomenti trattati Terre rare: il cuore nascosto della tecnologia moderna QUALI SONO GLI ELEMENTI DELLE TERRE RARE (REE) |
Terre rare: il cuore nascosto della tecnologia moderna
Gli elementi delle terre rare (REE) — tra cui ittrio, scandio e l’intera famiglia dei lantanidi — sono diventati materiali cruciali per l’economia globale. Le loro proprietà fisiche e chimiche uniche li rendono indispensabili in settori ad alta tecnologia, dall’elettronica ai magneti permanenti, fino alle tecnologie per la transizione energetica.
Negli ultimi decenni, la domanda di terre rare è cresciuta rapidamente. Il cerio, ad esempio, è stato uno dei primi elementi a vedere un forte aumento della produzione grazie al suo ruolo fondamentale nelle marmitte catalitiche, dove contribuisce a ridurre le emissioni dei veicoli. Oggi, però, l’interesse si è spostato anche su elementi come neodimio, praseodimio, disprosio e terbio, essenziali per i magneti ad alte prestazioni utilizzati in:
- · turbine eoliche
- · motori per veicoli elettrici
- · dispositivi elettronici avanzati
- · sistemi di difesa e telecomunicazioni
Le terre rare sono quindi al centro di una nuova competizione globale: senza di esse, la transizione energetica europea — e la digitalizzazione — non potrebbero avanzare.
QUALI SONO GLI ELEMENTI DELLE TERRE RARE (REE)
Le terre rare (Rare Earth Elements, REE) sono un gruppo di 17 elementi chimici: i 15 lantanidi più scandio e ittrio. Si trovano spesso insieme nei minerali e possiedono proprietà magnetiche, ottiche e catalitiche che li rendono materiali strategici per la tecnologia moderna.
Questi elementi sono oggi fondamentali per la transizione energetica, la digitalizzazione e l’industria avanzata.
A cosa servono le terre rare
Le terre rare trovano applicazione in un’ampia gamma di tecnologie strategiche grazie alle loro proprietà magnetiche, ottiche e catalitiche. Nel settore dell’elettronica sono indispensabili per la produzione di magneti permanenti ad alte prestazioni (come quelli a base di neodimio, praseodimio, disprosio e terbio), per semiconduttori, componenti miniaturizzati, schermi, laser e fibre ottiche.
Un ruolo altrettanto centrale lo svolgono nella transizione energetica: le turbine eoliche di ultima generazione utilizzano magneti contenenti terre rare, così come i motori dei veicoli elettrici, le batterie e i sistemi di accumulo domestici e industriali. Anche l’illuminazione LED ad alta efficienza si basa su elementi di questo gruppo.
Nel comparto dei trasporti, cerio e lantanio sono fondamentali per i catalizzatori che riducono le emissioni dei veicoli, oltre a essere impiegati nei sistemi ABS e nei controlli di trazione. In ambito medico, il gadolinio è utilizzato nei mezzi di contrasto per la risonanza magnetica, mentre altri elementi entrano nella produzione di radiofarmaci e strumenti diagnostici. Infine, le terre rare sono presenti in numerosi processi industriali: dai lubrificanti ad alte prestazioni ai rivestimenti resistenti al calore, fino ai materiali compositi impiegati in aerospazio e difesa.
Perché sono considerate materie prime critiche
Nonostante la loro diffusione in molti settori, le terre rare presentano caratteristiche che le rendono particolarmente delicate dal punto di vista strategico. L’estrazione e la separazione sono processi complessi e costosi, e la produzione globale è fortemente concentrata in pochi Paesi. A questo si aggiunge una domanda in costante crescita, trainata dalla transizione energetica e dalla digitalizzazione.
Per queste ragioni l’Unione Europea ha inserito le terre rare nella lista delle Materie Prime Critiche e Strategiche, riconoscendone il ruolo essenziale per la sicurezza industriale ed energetica del continente.
Domanda in crescita, produzione limitata
La produzione globale di ossidi di terre rare (REO) ha continuato a crescere negli ultimi anni, raggiungendo circa 350.000 tonnellate nel 2023, un aumento significativo rispetto alle 280.000 tonnellate del 2021.
La Cina mantiene una posizione dominante, con una produzione stimata di 240.000 tonnellate nel 2023, pari a circa il 69–70% del totale mondiale. Si tratta di un incremento rispetto ai 210.000 tonnellate del 2022.
Altri produttori rilevanti nel 2023 includono:
- · Stati Uniti: circa 43.000 tonnellate
- · Myanmar: circa 38.000–72.000 tonnellate (le stime variano a seconda delle fonti)
- · Australia: circa 18.000 tonnellate
L’Unione Europea continua a importare il 100% delle terre rare che utilizza, non avendo ancora una produzione primaria significativa. Questa dipendenza rimane una delle principali vulnerabilità strategiche del continente.
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Anno |
Produzione globale REO |
Produzione Cina |
Quota Cina |
|
2020 |
240.000 t |
~140.000 t |
~58% |
|
2021 |
280.000 t |
~168.000 t |
~60% |
|
2023 |
350.000 t |
240.000 t |
~69–70% |
Fonti: USGS, MiningVisuals, British Geological Survey.
Nel 2021 la produzione mondiale di ossidi di terre rare ha raggiunto 280.000 tonnellate, in aumento rispetto alle 240.000 del 2020. La Cina rimane il principale produttore, con circa il 62% della produzione globale. L’Unione Europea, invece, importa il 100% delle terre rare che utilizza, una dipendenza che espone a vulnerabilità economiche e geopolitiche.
Quali sono i 17 elementi delle terre rare (REE)?
Le Terre rare, anche definite con l’acronimo REE (Rare Earth Elements), sono 17 metalli presenti nella tavola periodica degli elementi chimici. Includono lo scandio (Sc) e l’ittrio (Y ), più l’intera serie dei lantanidi
Gli elementi REE sono: cerio (Ce), lantanio (La), praseodimio (Pr), Samario (Sm), Europio (Eu), Terbio (Tb), Gadolinio (Gd), Erbio (Er), Ittrio (Y), Olmio (Ho), Lutezio (Lu), Tulio (Tm), Itterbio (Yb), Disprosio (Dy), Scandio (Sc), neodimio (Nd), Promezio (Pm)
Maggiori produttori di REE.
Tra le terre rare, la produzione di ossidi di lantanio e cerio rappresenta circa il 70%, gli ossidi di praseodimio e neodimio circa il 20% e altri elementi rappresentano circa il 10%.
Il tasso di riciclaggio è ancora molto basso, solitamente inferiore all’1%, soprattutto in Europa a causa della mancanza di sistemi di raccolta efficienti e dei costi proibitivi per la creazione di nuovi impianti di riciclaggio
Estrazione dei minerali
Le fasi di produzione comprendono generalmente l'estrazione, l'arricchimento, la lavorazione idrometallurgica, la separazione, la raffinazione, l'alligazione e la produzione di REE in articoli e componenti di uso finale:
estrazione di minerali dai giacimenti minerari;
arricchimento dei minerali minerali in concentrati minerali;
lavorazioni idrometallurgiche per estrarre e concentrare le REE in concentrati chimici misti;
separazione e perfezionamento in REO individuali. I REO vengono essiccati, immagazzinati e spediti;
convertire alcuni REO in metalli con diversi livelli di purezza;
formare i metalli in leghe REE;
produzione di alcune di queste leghe in dispositivi e componenti come magneti permanenti
La monazite è il minerale più comune di cerio e viene estratto principalmente in Brasile, Cina e Madagascar. La bastnäsite è un altro minerale importante di cerio e viene estratto principalmente in Svezia, Finlandia e Canada. La loparite è un minerale più raro di cerio e viene estratto principalmente in Russia e in Groenlandia.
La monazite è un minerale fosfatico di colore marrone-rossiccio, contenente metalli delle terre rare. Si presenta di solito in piccoli cristalli isolati. Ci sono in realtà almeno quattro diversi tipi di monazite, a seconda della composizione percentuale dei diversi elementi nel minerale:
monazite-(Ce) (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4
monazite-(La) (La, Ce, Nd, Pr)PO4
monazite-(Nd) (Nd, La, Ce, Pr)PO4
monazite-(Sm) (Sm, Gd, Ce, Th)PO4.
Anche la bastnasite può essere presente in natura in diverse composizioni e può contenere Ce, La , Y.
Alcuni dei bastnäsite contengono OH − invece di F − e ricevono il nome di idrossilbastnasite. La maggior parte dei bastnäsite è bastnäsite-(Ce), e il cerio è di gran lunga la più comune delle terre rare in questa classe di minerali.
La loparite-(Ce) è un minerale ossidico granulare e fragile della classe delle perovskiti .
Uso delle terre rare
In questa sede citiamo solo il cerio in quanto è l’elemento di gran lunga più utilizzato tra le terre rare.
I composti del cerio hanno diverse applicazioni pratiche, ma i quattro usi principali sono la lucidatura, la metallurgia, le batterie, i catalizzatori per automobili e il vetro.
Il biossido di cerio viene utilizzato nell'industria ottica per la lucidatura fine del vetro, come decolorante nella produzione del vetro, nei catalizzatori per il cracking del petrolio e nei catalizzatori ad emissione automatica a tre vie, che sfruttano le sue proprietà a doppia valenza (3+ / 4+). La Ceria (CeO2) viene utilizzata per stabilizzare il supporto del catalizzatore ceramico di allumina per i catalizzatori di scarico automobilistici
Il cerio, insieme agli altri REE, fa parte di molte leghe di ferro per intrappolare lo zolfo e l'ossigeno e per reticolare la ghisa. Viene utilizzato anche nelle leghe non ferrose, soprattutto per migliorare la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura delle superleghe. Il mischmetal (tipicamente 50% cerio, 25% lantanio, 18% neodimio, 5% praseodimio e 2% altre terre rare) viene utilizzato principalmente per selci (agente che produce scintille) più leggere.
Riciclo
Le attività di ricerca per sviluppare nuovi processi di riciclaggio dei REE sono state accelerate nel 2011 in un contesto di prezzi elevati e di incertezza dell'offerta, quando la Cina ha annunciato una riduzione delle quote di esportazione.
In Europa i tassi di riciclaggio sono ancora molto bassi, solitamente inferiori all’1%, soprattutto a causa della mancanza di sistemi di raccolta efficienti e dei costi proibitivi per la creazione di impianti di riciclaggio delle REE. I tassi di riciclaggio più elevati si hanno per europio, ittrio e terbio grazie al riciclaggio delle lampade fluorescenti.
Il riciclaggio è spesso difficile a causa del modo in cui le terre rare sono incorporate come piccoli componenti in articoli complessi o fanno parte di materiali complessi. I processi richiesti possono essere ad alta intensità energetica e complessi; tuttavia, i fabbisogni energetici sono ancora generalmente inferiori rispetto alla lavorazione di materiali primari o vergini.
Tasso di riciclaggio delle REE utilizzate come leghe in varie applicazioni
Scrreen, RARE EARTH ELEMENTS
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