Sjeldne jordartsmetaller

Du har kanskje hørt om sjeldne jordartsmetaller – eller sjeldne jordarter? Kanskje du også vet at de er svært viktige i vår høyteknologiske hverdag, likevel er det ofte et slør av mystikk over disse grunnstoffene. Hva slags stoffer er dette? Er de virkelig så sjeldne, og i hvilke mineraler finner man dem? Hva er deres funksjon og bruksområder, og kan Norge eller andre land utfordre Kinas enorme dominans i produksjonen av disse? Disse spørsmålene vil jeg belyse i denne bloggartikkelen.

Hvilke grunnstoffer regnes til de sjeldne jordartsmetallene?

Grunnstoffene scandium (nr. 21 i det periodiske system), yttrium (nr. 39) og de såkalte lantanidene (nr. 57-71) regnes til de sjeldne jordartsmetallene. Navnet lantanider kommer av at de er kjemisk like grunnstoffet lantan (nr. 57). Strengt tatt skulle ikke lantan regnes med blant lantanidene (noe som likner seg selv!), men den gjør likevel det ifølge kjemi-komitéen IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Tabell 1 viser hvordan de sjeldne jordartsmetallene plasserer seg i det periodiske system.

Tabell 1. Grunnstoffenes periodiske system. Feltene med oransje farge er sjeldne jordartsmetaller. Hele lantaniderekken er markert med *. De sjeldne jordartsmetallene er overgangsmetaller i gruppe 3.

Hvor sjeldne er de?

La oss slå fast, sjeldne jordartsmetaller er ikke spesielt sjeldne. Det vanligste, cerium, er det 25. vanligste grunnstoffet i jordskorpen, og i vektprosent vanligere enn vårt tredje viktigste industrimetall kobber. Et annet viktig industrimetall – bly – må se seg slått av flere av de andre av jordartsmetallene, og selv de sjeldneste av disse er langt mer vanlige enn sølv og gull. Figur 1 viser hyppigheten av alle grunnstoffer i jordskorpen. Grunnen til at de er blitt kalt sjeldne er at det var vanskelig å isolere dem. Det var først i 1794 at den finske kjemikeren Johan Gadolin oppdaget det første av dem – yttrium, men kun i oksidform. Dette er metaller som lett reagerer med andre kjemiske stoffer, f.eks. oksygen, er vidt distribuert i skorpen, og som i liten grad opptrer i høye konsentrasjoner i malmer, slik mange andre metaller har en tendens til. Mineralene som de sjeldne jordartsmetallene fins i, opptrer på en slik måte at man må ta ut store mengder råmateriale for å utvinne metallene. Dette er kostbart, og det gjør at det er ganske få forekomster som er lønnsomme, selv om de aktuelle mineralene forekommer mange forskjellige steder.

Figur 1. Hyppighet av grunnstoffer i jordskorpen.

Hvorfor snakker man om jordarter i forbindelse med dem? Historien om Ytterby.

På 1700-tallet var det vanlig at man kalte bergarter og mineraler som lot seg løse i syre for «jord». I 1787 fant man et mystisk svart og tungt mineral nær det svenske tettstedet Ytterby som ligger på en øy i Stockholms skjærgård. Stedet hadde gruvehistorikk helt fra 1600-tallet, opprinnelig drevet på kvarts, og fra 1790 feltspat. Dette kullsvarte mineralet var noe helt annet. Det viste seg å være gadolinitt, oppkalt etter mannen som analyserte det og i denne prosessen isolerte et helt nytt stoff, som av den svenske kjemiker Anders Gustaf Ekeberg ble kalt yttria eller ytterjord. Mineralet ble i starten kalt for ytterbitt. Carl Gustaf Mosander viste i 1843 at yttria egentlig er en blanding av flere oksider, med yttriumoksid som hovedbestanddel. De øvrige oksidene tilhørte hovedsakelig lantanidene fra europium til lutetium (nummer 63-71 i det periodiske system), og disse fikk betegnelsen ytterjordarter. Stedet Ytterby kan skilte med å være opphav til navnet på hele fire (!) forskjellige sjeldne jordartsmetaller. I tillegg til yttrium er også ytterbium, erbium og terbium oppkalt etter stedet.

Bruksområder for sjeldne jordartsmetaller

De spesielle fysiske og kjemiske egenskapene til sjeldne jordartsmetaller gir dem et meget bredt spekter av anvendelsesområder. De brukes til alt fra selvlysende maling til magneter, smarttelefoner, harddisker, lasere, lysdioder, medisinsk utstyr, forsvarsmateriell, elbiler, fly, i atomreaktorer og innen romfart. Tabell 2 (vedlagt) viser en oversikt over hva de forskjellige jordartsmetallene brukes til, når de ble oppdaget og av hvem, samt opprinnelsen til deres navn.

Sjeldne jordartsmetaller i det grønne skiftet

Som vi ser av Tabell 2, er det et stort spenn i bruksområder for sjeldne jordartsmetaller. EU-kommissær Thierry Breton har sagt at behovet for dem vil bli femdoblet bare innen år 2030. Dette har sammenheng med det grønne skiftet. Særlig knytter dette seg til at man trenger magneter i stort omfang til bl.a. elektrifisering av bilparken, vindparker og elektromotorer i mange sammenhenger.

Verdensproduksjonen av sjeldne jordartsmetaller – kan Norge bli en aktør?

Kina dominerer fullstendig markedet for sjeldne jordartsmetaller. De bidrar med 60% av dagens produksjon. Ikke nok med det, hele 98% av Europas behov for sjeldne jordartsmetaller dekkes gjennom import fra Kina. Denne avhengigheten er svært uheldig sett i et storpolitisk perspektiv, det er ingen grunn til å tro at Kina vil prioritere Europa spesielt høyt i fremtiden. En annen faktor, som også kan redusere Europas forsyningssikkerhet, er at det australske selskapet Lynas, som er den største produsenten utenfor Kina, har inngått store avtaler med Japan og USA. Europa må rett og slett bli mer uavhengig, og her er det mulighet for at blant andre Norge kan spille en rolle. Det er store og kanskje drivverdige forekomster også i Europa, og den mest lovende ligger i Fensfeltet ved Ulefoss i Nome kommune, Vestfold og Telemark. Undersøkelser har vist at det er gode muligheter for at det er store mengder av de mest etterspurte lettere jordartsmetallene. To selskap jobber for tiden aktivt med kartlegging og tilrettelegging for mulig drift. Det er Rare Earths Norway (REN) og REE Minerals. Det er også boret ned til 1000 meters dyp uten at man har nådd bunnen av forekomsten. Regiongeolog Sven Dahlgren anslår at det kan være mellom 30 og 50 millioner tonn sjeldne jordartsmetaller i Fensfeltet, men understreker at det må gjøres flere kjerneboringer for å estimere det totale volumet. Han mener også at en eventuell drift ligger noen år fram i tid.

Fensfeltet ved Ulefoss, Vestfold og Telemark

Fensfeltet utgjør et areal på ca. 4,5 km², og er rester av tilførselsrøret til en 580 millioner år gammel vulkan. Det er ikke en hvilken som helst vulkan. Nesten alle vulkaner spyr ut lava der silisium er en betydelig ingrediens, men magmakammeret under denne vulkanen var karbonatittisk. Det vil si at det hadde omtrent samme kjemiske sammensetning som kalkstein eller marmor. Disse bergartene er stort sett avsetningsbergarter, eller omvandlede avsetningsbergarter, men her snakker vi om størkningsbergarter! I våre dager er det kun en aktiv vulkan som har karbonatittisk lava, nemlig Ol Doinyo Lengai i det nordlige Tanzania. Karbonatittbergartene på Fensfeltet har størknet i dypet og er av tre typer; «rødberg», søvitt og rauhaugitt. Området har allerede en gruvehistorikk. Bergarten som ofte er kalt rødberg er en omvandlet kalsitt-dolomitt-karbonatitt som inneholder rikelig med jernoksidet hematitt. Det ble utvunnet jern herfra i perioden 1657 til 1927. Søvitten er en renere kalsitt-karbonatitt og fra den ble det utvunnet niob i årene 1953-65. Det er i rauhaugitten det store potensialet for sjeldne jordartsmetaller ligger, og den inneholder også betydelige mengder thorium. Rauhaugitt er en karbonatitt som inneholder dolomitt og/eller ankeritt, og litt alkalifeltspat og apatitt. Det er særlig fire mineraler i Fensfeltet som inneholder sjeldne jordartsmetaller, nemlig monazitt, bastnäsitt, parisitt og synchysitt.

I hvilke mineraler finner man sjeldne jordartsmetaller?

Ytterjordartene finnes hovedsakelig i mineraler som gadolinitt, xenotim og euxenitt. Den andre gruppen sjeldne jordartsmetaller (fra lantan til samarium, nummer 57-62, herunder cerium) kalles ofte cerittjordarter. Disse forekommer hyppigere enn lantanidene i ytterjordgruppen, og monazitt (Figur 2) er den viktigste kilden, ofte i form av monazittsand. Scandium finnes blant annet i thortveititt, et mineral som først ble oppdaget i Iveland på Agder. Tabell 3 (vedlagt) viser en liste over mineraler som inneholder sjeldne jordartsmetaller og som finnes i Norge. Listen er lang, men mange av mineralene er meget sjeldne og er bare funnet i små korn.