Terre rare: cosa sono e a cosa servono

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Parafrasando il titolo di un famoso film, potremmo parlare delle “magnifiche 17”. Le cosiddette terre rare, note in sede internazionale come REE (Rare Earth Metals) sono un gruppo di 17 elementi che fanno parte della famiglia dei metalli (per essere precisi, vengono ulteriormente divise in base al loro peso autonomo in terre rare leggere, terre rare medie e terre rare pesanti) e che saranno importantissimi per il nostro futuro, poiché fondamentali per il funzionamento di molti settori vitali, dall’automotive, all’economia dello spazio, dalla difesa all’elettronica, fino alle energie rinnovabili e alla medicina.

A proposito di questo articolo 

Questo articolo è tratto da Business People di settembre 2022. Non perderti gli altri contenuti: basta scaricare la rivista da App Store, Google Play o App Gallery (Huawei)

Occorre chiarire subito una cosa: l’aggettivo “rare” non significa che ve ne siano poche, ma è difficile identificare dove si trovino e, soprattutto, i processi di estrazione e lavorazione, spesso da altri metalli, sono particolarmente complessi e onerosi. In più, spesso questi materiali si trovano in aree del pianeta geopoliticamente difficili, il che potrebbe comprometterne ulteriormente l’approvvigionamento. Non a caso l’Europa le inserisce tra i critical raw materials , ossia quegli elementi indispensabili per i quali al momento dipende eccessivamente dall’importazione. Data la loro importanza, dunque, è meglio sapere qualche cosa in più su di loro e per orientarci conviene partire dalla tavola periodica degli elementi dove, nel terzo gruppo, troviamo Scandio, Ittrio e 15 lantanoidi, ossia una “famiglia” di elementi con il numero atomico, quindi i protoni complessivi contenuti nel nucleo, compreso fra 57 e 71 e caratteristiche di base comuni. 

Elenco delle 17 Terre rare:

Scandio

Numero atomico 21, simbolo Sc, lo scandio è un metallo con proprietà simili a quelle dell’alluminio e dell’ittrio, che vedremo fra poco. Di colore argento e l’aspetto lucente, lo si trova in alcuni minerali della Scandinavia, da qui il nome. Fra i principali impieghi dello scandio, c’è quello nelle attrezzature sportive, dove, in coppia con l’alluminio, quasi una “anima gemella chimica” riesce a ritardare i processi di invecchiamento e degradazione di un materiale.

Ittrio

Numero atomico 39, simbolo Y, come lo scandio è caratterizzato da un colore argento vivo. La differenza sta nel fatto che l’esposizione diretta ai suoi composti, negli esseri umani può provocare malattie polmonari anche gravi. Anche questo metallo deve il suo nome all’Europa del Nord, essendo stato scoperto nel villaggio di Ytterby, in Scandinavia. L’ossido di Ittrio è un elemento particolarmente versatile. Viene utilizzato nel settore degli elettrodomestici, come il tubo catodico dei televisori, nelle candele di accensione dei motori a scoppio, ma anche nella produzione di laser infrarossi e in miscelazione con altri elementi.

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Lantanio

Primo elemento della famiglia dei lantanoidi, numero atomico 57, simbolo La, è un metallo di color bianco-argento, estremamente tenero, così tanto che sarebbe possibile tagliarlo con un coltello. Viene estratto dalla cerite, dalla monazite e dalla lantanite. Si tratta di un metallo molto reattivo e duttile, per questo, nel suo caso, la gamma di applicazioni è particolarmente vasta. Lo troviamo nell’industria cinematografica, per quanto riguarda l’illuminazione. È usato per la pro duzione di catalizzatori, nell’industria ottica per produrre vetri speciali e nella realizzazione di acciai. La sua estrazione produce una quantità particolarmente alta di scorie.

Cerio 

Numero atomico 58, simbolo Ce. Come il lantanio è un metallo molto duttile e dall’ossidazione piuttosto rapida se viene esposto all’aria. A differenza dell’elemento precedente, però, è facile da estrarre ed è in assoluto l’elemento più comune delle cosiddette terre rare. Il cerio viene utilizzato in lega con altri metalli, soprattutto acciaio, alluminio e ferro. I suoi impieghi principali sono nei televisori a schermo piatto, lampadine a bassa energia e dischi compatti magnetico-ottici, nella cromatura e nella lucidatura del vetro. Considerata la sua reperibilità e la sua facilità di estrazione, è lecito pensare che l’impiego di cerio diventerà sempre più diffuso.

Praseodimio

Numero atomico 59, simbolo Pr, deve il suo nome al colore dei suoi sali verdastri. Lo si trova soprattutto nella monazite e ha una gamma di applicazioni piuttosto limitata. Nei composti si utilizza per dare a vetro e ceramiche una sfumatura di verde chiaro. In lega con il magnesio viene utilizzato per la produzione di metalli ad alta resistenza usati per la costruzione di motori aeronautici.

Neodimio

Numero atomico 60, simbolo Nd. Dal colore giallo-argento brillante, il neodimio dopo il cerio è il metallo più abbondante fra le cosiddette terre rare e ha un utilizzo particolarmente importante. Viene, infatti, usato per la produzione di super magneti, che risultano molto più potenti nella capacità di attrazione di quelli a base di ferrite. Oltre alle calamite, i magneti al neodimio vengono utilizzati anche per la fabbricazione di hard disk, altoparlanti, auricolari e nell’industria medicale.

Promezio

Numero atomico 61, simbolo Pm. Di colore bianco-argenteo, relativamente morbido, è difficile da trovare in natura ed è ricavabile soprattutto dalla fissione spontanea dell’uranio. Deve il suo nome a Prometeo, il titano greco che portò il fuoco agli umani, suscitando l’ira degli Dei. È uno di quegli elementi che potrebbe essere reperibile più facilmente nello spazio. Si tratta di un metallo tenero, che ha un ruolo particolarmente importante nella ricerca. Può essere usato in batterie nucleari per missili guidati, battistrada o come sorgente di luce per segnali.

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Samario

Numero atomico 62, simbolo Sm. Lo si trova soprattutto in minerali come la monazite, la bastnasite e samarskite, è il quinto elemento più abbondante delle terre rare ed è disponibile in quantità molto più copiose di metalli “comuni” come, per esempio, lo stagno. Caratterizzato dal colore argento vivo, si tratta di un elemento usato soprattutto nel settore nucleare. L’ossido di samario è usato per produrre speciali vetri con assorbimento di infrarossi e i nuclei degli elettrodi delle lampade ad arco.

Europio

Numero Atomico 63, simbolo Eu. Rappresenta in assoluto l’elemento più reattivo delle terre rare. Come molti altri lantanoidi è contenuto nella la monazite e la bastnasite. L’europio ha applicazioni commerciali e industriali nel campo del drogaggio di alcuni materiali vetrosi per la realizzazione di laser e diventerà sempre più indispensabile nei dispositivi ottici ed elettrici. Si tratta dell’elemento fra le terre rare che maneggiamo senza saperlo con maggiore frequenza. L’europio viene infatti impiegato per la produzione di inchiostri antifalsari nelle banconote.

Gadolinio

Numero atomico 64, simbolo Gd. Si tratta di una delle terre rare più importanti per la nostra quotidianità. Dall’aspetto bianco-argenteo, è un materiale duttile e malleabile e si usa nei dispositivi a microonde, per produrre fosfori per televisori a colori e compact disk. Viene sfruttato anche come contrasto durante gli esami di risonanza magnetica: detto contrasto paramagnetico, perché favorisce una più netta distinzione tra vecchie lesioni e nuove lesioni attive, viene somministrato per via endovenosa ed eliminato dal corpo attraverso le urine.

Terbio

Numero atomico 65, simbolo Tb. Anche questo metallo è caratterizzato da una estrema duttilità, tanto da poter essere tagliato con un coltello. Si tratta di un materiale particolarmente difficile da estrarre e costoso. Un tempo utilizzato per i tubi catodici dei televisori, oggi viene impiegato, ma sempre meno, nel campo della tecnologia laser.

Disprosio

Numero atomico 66, simbolo Dy. Il suo nome, in greco, significa “difficile da raggiungere” e questo può dare un’idea della complessità dell’operazione di estrazione. Anche per questo non è fra le terre rare considerate più strategiche, tanto che la Cina, che è il primo fornitore mondiale, sta rallentando la propria offerta. È utilizzato in varie leghe, in magneti speciali e con piombo legato come materiale di schermatura nei reattori nucleari.

Olmio

Numero atomico 67, simbolo Ho. Dal colore argento vivo, si tratta di una terra rara particolarmente interessante per via delle sue enormi proprietà magnetiche. Questo gli consente di essere impiegato in settori diversi. Per la sua capacità di assorbire facilmente i neutroni prodotti dalla fissione nucleare, viene utilizzato per produrre le barre di controllo dei reattori. Altro utilizzo molto significativo è quello in campo medico. I laser a olmio possono eliminare senza bisogno di intervento chirurgico alcune patologie particolarmente insidiose, come adenomi o calcoli renali.

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Erbio

Numero atomico 68, simbolo Er. Si tratta di una delle terre rare più facilmente reperibili e come molte sue “colleghe”, non si trova in natura come elemento libero, ma deve essere estratto da altri minerali. La sua principale proprietà è l’assorbimento della luce infrarossa. Questo lo rende particolarmente importante nell’industria ottica. Viene aggiunto al vetro degli occhiali di protezione e usato come filtro fotografico e per dopare fibre ottiche a intervalli regolari per amplificarne il segnale.

Tulio

Numero atomico 69, simbolo Tm. È la meno abbondante delle terre rare. Molto costoso è impiegato praticamente solo nella ricerca chimica. Deve il suo nome a Thule, la leggendaria terra che i Greci avevano collocato nel nord della regione atlantica.

Itterbio

Numero atomico 70, simbolo Yb. Dall’aspetto particolarmente lucente, come molte altre terre rare è un elemento facilmente malleabile, ma è particolarmente difficile separarlo da altri elementi con i quali si trova in natura. L’itterbio può essere utilizzato per la raffinazione del grano e per migliorare le proprietà meccaniche degli acciai inossidabili.

Lutezio

Numero atomico 71, simbolo Lu. L’ultima delle terre rare, deve il suo nome a Lutetia, che, in epoca romana, era l’antica denominazione di Parigi. Come l’Itterbio è molto difficile da separare da altri elementi e vanta il primato di essere in assoluto il meno abbondante dei 92 elementi della tavola periodica. A causa del suo costo, ha pochi utilizzi commerciali. Viene usato soprattutto nell’industria petrolchimica.

Riciclare le terre rare si può

Rare, costose, la loro estrazione inquina l’ambiente e possono dare luogo anche a conflitti geopolitici. Tutti validi motivi per riciclarle. Con il passare degli anni, stanno nascendo nuove iniziative: Mint Innovation è una start up neozelandese che ha sviluppato un processo tecnologico a basso costo per recuperare metalli preziosi dallo scarto dell’elettronica, uno dei settori, come si è visto, dove le terre rare sono usate con la maggiore frequenza. La procedura di recupero di questi materiali prevede l’utilizzo di microbi naturali e sostanze chimiche poco costose. Novità anche dagli Stati Uniti, dove sempre più aziende si stanno attrezzando per applicare dei protocolli virtuosi di circular mining . Primi passi anche nel Vecchio Continente, dove è nata Cewaste. Una certificazione su base volontaria per la raccolta, il trasporto e il trattamento delle terre rare e dei rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche.