Le TR sono presenti in moltissimi minerali, anche se non tutti presentano un valore commerciale in funzione della loro abbondanza o rarità.

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1 FONTE: ENEA LE TERRE RARE (RARE EARTH ELEMENTS - REE) Gli elementi delle Terre (TR) sono 15 lantanidi con numeri atomici compresi fra 57 e 71 che sono inclusi nel gruppo IIIA della Tavola Periodica. Gli elementi sono: lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promethio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio e lutezio. Ad essi si associano, per le proprietà chimiche simili l Yttrio e lo Scandio. Le TR sono presenti in moltissimi minerali, anche se non tutti presentano un valore commerciale in funzione della loro abbondanza o rarità. L UTILIZZO DELLE TERRE RARE IN CAMPO INDUSTRIALE Molte applicazioni degli elementi delle TR sono caratterizzate da elevata specificità ed elevato valore. A titolo esemplificativo si possono citare i tubi a raggi e i display a cristalli liquidi utilizzati nella costruzione dei monitor dei computer e dei televisori, dove è impiegato l europio ed il fosforo rosso; per i quali non si conosce un prodotto sostitutivo. In tabella sono sinteticamente indicati gli usi prevalenti degli elementi di TR. Elemento Commento Applicazioni Lantanio Cerio Componente di leghe metalliche Componente principale di leghe metalliche Vetrine per ceramiche, lenti ottiche di alta qualità, lenti fotografiche, cristalli per microonde capacitori ceramici, pulenti per vetri, craking del petrolio Pulizia dei vetri, catalizzatore nel craking del petrolio, in lega col ferro come scintilla per lampade, con l alluminio, magnesio e acciaio per

2 aumentare le proprietà di punta e di robustezza, protezione dalla radiazioni e molte altre Praseodimio Neodimio Promethio Samario Europio Gadolinio Importante in leghe magnetiche Non si trova in natura, è radioattivo ed è prodotto da reattori nucleari Importante in leghe magnetiche E uno dei più rari elementi delle TR ed è uno dei più reattivi, adsorbe neutroni Pigmenti gialli in ceramica, tegole, condensatori ceramici. In combinazione col Neodimio per schermare I marker del vetro. Magneti permanenti, refrigerante criogenico. Condensatori ceramici, vetrine e vetri colorati, laser, magneti ad alta permanenza in lega con neodimio-ferro e boro, catalizzatore nel craking del petrolio. Batterie per orologi, strumenti per teleguida missilistica In leghe altamente magnetiche per magneti permanenti (Samario-Cobalto). Laser in vetro, Controllo nei reattori nucleari e schermo neutronico Barre di controllo dei reattori nucleari, lampade colorate, catodi per I raggi- X. Fosforo rosso nei tubi delle televisioni a colori. Laser allo stato solido, costituente dei chips nella memoria dei computer, rafrattori di alta temperatura, refrigenti criogenici. Terbio E associate al gadolinio Catodi per I raggi-x, magneti, memorie ottiche dei computer, componenti degli hard disk, leghe magnetiche. Disprosio Adsorbe neutroni; in leghe magnetiche Controlli sui reattori nucleari. In lega col Neodimio nei magneti permanenti, catalizzatore. Holmio Adsorbe neutroni Controlli nei reattori nucleari; catalisi e refrattari Erbio Thulio Ytterbio Lutezio Yttrio Scandio Thorio Proprietà simili all Holmio ed al Disprosio Fornisce raggi-x se irradiato in reattori nucleari Ha proprietà simili al Lutezio ancora non ben conosciuto Proprietà chimicofisiche ancora non ben conosciute E associato all Erbio e all Holmio Proprietà chimicofisiche simili ad Al Assomiglia al Nickel ma è radioattivo Nel settore ceramico per produrre vetrina rosa; in lenti che assorbono i raggi infrarossi Sorgente di raggi-x in macchine portatili per raggi-x Utilizzo attualmente sconosciuto sono in corso ricerche per il suo utilizzo Deossidante nella produzione di acciai inossidabili, batterie ricaricabili, usi medici, fosoforo rosso per televisori a colori, superconduttori Deossidante nella produzione di acciai inossidabili, batterie ricaricabili, usi medici, fosoforo rosso per televisori a colori, superconduttori Tubi per raggi-x, elemnto catalitico per la polimerizzazione, superleghe Ni- Cr, porcellane in campo dentistico Può essere usato come combustibile nucleare al posto dell Uranio Le applicazioni ambientali delle TR sono aumentate negli ultimi trenta anni, questo andamento è continuo e riguarda soprattutto l efficienza energetica ed il riscaldamento globale. Alcuni elementi delle TR sono infatti essenziali per la catalisi, per craking, del petrolio fluido e per i convertitori catalitici che controllano l inquinamento in autotrazione. L adozione di lampade fluorescenti (usando Y, La, Ce, Eu, Gd e Tb) per illuminazione pubblica, potrebbe ridurre le emissioni di CO 2 equivalenti alla rimozione di un terzo delle automobili attualmente circolanti. L applicazione su larga scala delle tecnologie di refrigerazione magnetica potrebbero significativamente ridurre il consumo di energia e le

3 emissioni di CO 2. Leghe speciali contenenti zinco, zirconio, argento, ittrio e TR sono usate per componenti, operanti a temperature superiori ai 300 C per notevoli periodi di tempo. Altri usi comuni e abbastanza tipici sono: le scatole dei cambi per elicotteri; telai per i tettucci dei posti di pilotaggio; convogliatori d aria; telai per motori e freni per le alte velocità. I magneti con TR (Samario Cobalto, Neodimio-Ferro-Boro) rappresentano quanto di più tecnologicamente avanzato il mercato possa oggi offrire in questo settore In metallurgia le TR entrano nella produzione ed applicazione delle leghe lantanidiche agli acciai, a cui si associano le nuove leghe disossidanti con elementi alcalino-terrosi e TR. In campo medicale le TR vengono usate nella realizzazione di precursori farmaceutici Le TR sono un gruppo di elementi con importanti proprietà di fotoluminescenza, tra cui è ben noto il Neodimio. Di recente, però, è salita alla ribalta un altra terra rara, l Erbio, grazie a due notevoli proprietà: quella di emettere radiazione a lunghezze d onda intorno a 1530 nm, che sono considerate eye-safe (cioè a bassa pericolosità per l occhio umano) e, soprattutto, quella che tale lunghezza d onda corrisponde alla banda di minimo assorbimento (e quindi di migliore funzionamento) delle fibre ottiche in silice. Oggi le comunicazioni ottiche si basano appunto sulla trasmissione in fibra di segnali luminosi alla lunghezza d onda di 1,5 micron. Il crescente sviluppo delle reti metropolitane, in cui è necessario distribuire uno stesso segnale ad un gran numero di utenti, ha portato alla necessità di disporre di dispositivi integrati in cui l attenuazione del segnale prodotta dai componenti passivi di distribuzione fosse bilanciata dalla amplificazione del segnale stesso, ottenuta grazie all emissione stimolata da parte di ioni Erbio, eccitati per mezzo di un diodo laser di pompa. L utilizzo di microcavità a modi di galleria come sorgenti laser ha come obiettivo la realizzazione di dispositivi per applicazioni in cui sia desiderabile ottenere allo stesso tempo dimensioni estremamente ridotte, purezza spettrale e bassa potenza di soglia. IL MERCATO DELLE TERRE RARE Il mercato delle TR è un mercato estremamente dinamico. Le TR rappresentano infatti un materiale strategico in numerosi settori tecnologici e la fluttuazione di domanda e offerta di questi anni ha causato conseguenzialmente un ampia fluttuazione dei prezzi sul mercato, dovuta principalmente alla disponibilità delle aziende a pagare un premium sui prezzi correnti per assicurarsi delle forniture adeguate a supportare la produzione. L industria ha cercato di utilizzare materie diverse in alcuni cicli produttivi, ma nuove applicazioni delle TR hanno mantenuto la crescita dei prezzi stabile negli ultime tre anni. Il mercato ha attraversato diverse fasi negli ultimi 30 anni. Negli anni 50/60 la domanda era principalmente governata dalla richiesta di Europio, necessario alla produzione di tubi catodici e la miniera di Mountain Pass negli Stati Uniti era il maggior fornitore. Negli anni 80 e all inizio degli anni 90 la domanda di Cerio per le TV e i monitor, utilizzato per lucidare gli schermi e come decolorante, consentì alla miniera di Bayan Obo, ricca di tale elemento, di diventare uno dei maggiori fornitori mondiali. Oggi la richiesta di neodimio, praseodimio e disprosio, per la produzione di magneti, sta spingendo il mercato. In futuro il consumo di europio, terbio e ittrio nella produzione di fosfori potrà divenire un riferimento per la previsione dell andamento del mercato.

4 OFFERTA La disponibilità di TR non è certamente ridotta in natura, è pur tuttavia vero che le heavy rare earth elements (HREE) non sono molto abbondanti e, inoltre, distribuite in modo diverso sulla terra. La produzione di TR è concentrata in pochi paesi: Cina, che è il maggiore produttore, Australia, Russia, USA, India, Canada e Vietnam. Andamento della produzione mondiale di TR nel tempo (fonte CREIC., USGS) CINA Nel 2006 la Cina ha prodotto t di REO (Rare Earth Oxide), che rappresenta circa il 95% della produzione mondiale, pari a t. La produzione cinese avviene nella regione di Batou come una prodotto di secondo livello dell estrazione del ferro. Altre miniere attive sono presenti nella regione del Sichuan e nella prvicia di Jiangxi. Il domino del mercato delle REE da parte dei cinesi è iniziato negli anni 80 con la separazione di TR nella miniera di ferro di Bayan Obo nella regione interna della Mongolia. Oggi più del 40% delle produzione mondiale proviene da quella regione, rappresentando circa il 60% della produzione mondiale di REE. Negli anni 90 le ionic clays sono diventate la maggior fonte di produzione delle TR, che rappresentano oggi più dell 85% della produzione mondiale. Una percentuale così alta del mercato pone seri problemi all approvvigionamento della materia prima e alle strategie internazionali di controllo del mercato stesso. Vi è infatti un consenso generale tra i maggiori produttori di LCD, telefoni cellulari, computers, motori elettrici, magneti, ecc. a dipendere per più del 60% della loro domanda da fonti cinesi. Ciò

5 indica che, a fronte di un prezzo ragionevole, queste società occidentali sarebbero disponibili a sostenere progetti non cinesi di approvvigionamento di materia prima. Negli ultimi due anni diverse fonti ufficiali cinesi hanno sollevato dubbi sulla disponibilità di REE dalla miniera di Bayan Obo, inoltre la fornitura di HREE dalle ionic clays della Cina Meridionale è limitata a causa del forte impatto ambientale che la loro estrazione comporta. Nell aprile del 2006 il Ministero Cinese delle Miniere ha limitato la produzione annuale a t REO. La crescita prevista e dell 8%-11% l anno MOUNTAIN PASS, USA Gli Stati Uniti hanno dominato il mercato delle REE dall inizio degli anni 60 fino all inizio degli anni 90. A causa della produzione cinese e di limitazioni alla produzione a Mountain Pass, dovute alle normative per la protezione ambientale, la miniera ha ridotto la sua produzione fino alla chiusura del Tuttavia le concessioni sono state rinnovate e l estrazione con produzione su piccola scala dovrebbe ricominciare a breve. Dati i vincoli normativi a protezione dell ambiente la previsione di riavvio della produzione è per il AUSTRALIA Una recente operazione ha portato in produzione la miniera di Mt. Weld da parte della Lynas Corporation. Mt. Weld è la miniera con il più alto tenore di REE al mondo (11, 9%) con una riserva di più di 12.2 Mt REO. La miniera di Mt. Weld arriverà alla produzione di circa t all anno REO entro il 2012 rappresentando circa il 12/15% dell intera produzione mondiale. RUSSIA Le principali riserve russe sono nella penisola di Kola. Nel 2006 la produzione è stata di 2700t REO CANADA Due i principali depositi in Canada. Holdas Lake e Thor Lake, che dispongono entrambi di circa 1.4 milioni di tonnellate, al 2,6% di tenore. Ad oggi sono state svolte alcune indagini e la produzione, che a regime sarà modesta 1000/2000t REO anno, non potrà iniziare prima del 2012 INDIA L India rappresenta il 3% della produzione mondiale di REE con circa 5000t anno. Le REE sono un prodotto derivante dall estrazione di sabbie mineralizzate. Le riserve indiane vengono misurate in 1.1 milioni di tonnellate di REO, circa l 1.1% delle riserve mondiali.

6 Tabella che indica le riserve disponibili di TR nei diversi paesi produttori. DOMANDA La Cina, il maggior produttore mondiale, consuma in proprio la metà della produzione mondiale ed esporta l altra metà.

7 La crescita della domanda è spinta prevalentemente dal mercato dei prodotti elettronici, dalla produzione di magneti per le macchine ibride (celle a combustibile) e dai display per computers. Previsione della domanda di REE in relazione all utilizzo industriale variazione della domanda di TR al 2012 (Fonte Lynas corp)

8 PREZZI I prezzi delle TR hanno visto una crescita stabile e continua dal 2003 ad oggi con un aumento molto forte negli ultimi due anni. Un tale andamento del mercato e della distribuzione dell offerta spinge i compratori internazionale a ricercare nuove fonti di approvvigionamento al di fuori del mercato cinese. Anche se la Cina domina il mercato vi sono, infatti, alcune variabili di rischio che rendono interessanti investimenti in nuovi produttori e/o fornitori. La Cina possiede infatti più di un terzo delle riserve mondiali ed è al momento l unico fornitore attivo di REE e dubbi persistono sullo spostamento della produzione su bacini più ricchi di ferro, attività estrattiva principale dalla quale vengono poi estratte le REE.. La Cina consuma circa il 50% della sua produzione per il mercato interno e il rimanente viene esportato in Europa e Giappone principalmente. Entro il 2012 la Cina potrebbe consumare l intera produzione per il suo mercato interno. Il mercato si sta rapidamente muovendo verso una situazione di deficit di offerta di REE a fronte di una rapidissima crescita della domanda. Con una domanda prevista di t entro il 2012 vi sarà una mancanza sul mercato di circa t di REE. Di fronte ad una recessione economica internazionale è possibile che anche il mercato delle REE rallenti.