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什么是稀土矿物,为什么电动车需要它们,生态环境为何岌岌可危?

当大多数人听到稀土矿物时,他们立刻认为它指的是世界上最稀有的矿物质。然而,事实并非如此。稀土矿物在世界上属于最丰富的矿物之一。这个“稀有”一词指的是它们在发现时的稀缺性。

稀土矿物是世界上必不可少的制造组件。这是因为它们可以帮助过渡从依赖化石燃料的全球经济到依赖可再生能源的经济。你可以在许多被认为对可持续发展转型至关重要的技术中找到由稀土矿物制造的零部件,如电动机和风力涡轮机。

继续阅读详细介绍稀土矿物的帐户,强调它们对电动汽车制造业的重要性以及与其开采相关的潜在危害。

稀土矿物是什么?

“稀土”这个名字是根据它们的发现时期而来的。科学家们在18世纪末首次发现了含有稀土元素的复杂矿石。它们当时被称为“土”。这些元素很难从矿石中找到和分离出来,因此被归类为稀有。

稀土矿物是一个包括钪、钇和15种镧系元素的金属组合。这15种镧系元素分别是镧、铈、镨、铽、钐、铕、钕、钷、钆、钬、铒、镝、铥、镥和镱。

其实并不稀有

与它们的名字所暗示的不同,稀土矿物并不稀有。全球各大洲上有许多稀土矿床。然而,它们在矿石中的浓度通常很低。

总的来说,稀土元素在地壳中的储量比其他广泛使用的金属如铜、锌、金和铂更为丰富。例如,铈是世界上自然丰富的第28种元素,而镥是最稀有的稀土元素,是世界上第63种最丰富的元素。

稀土元素具有强大的磁性,使它们与其他金属如铁制造合金成为理想选择。它们还表现出电导性和荧光性。

稀土元素也是发光的,当暴露在热量下时会发出光,这在19世纪末的灯具制造中非常有益。它们还会在暴露在空气中时氧化,虽然较轻的稀土元素比较重的稀土元素氧化得更快。

为什么电动车需要它们?

电动车需要稀土元素,因为汽车制造商使用它们来制造对车辆运行至关重要的组件。例如,稀土金属对于制造帮助发动机驱动的电动机是必要的。稀土金属也存在于电动汽车电池中,因为它们具有电导性。

然而,近年来,由于全球最大的矿产生产国中国导致的全球市场价格波动,稀土矿物的采购变得更具挑战性。稀土矿物采购问题归因于几个因素。

截至2022年,中国约控制了80%的稀土产量。

©bigc studio/shutterstock.com

他们包括中国在20世纪末大力投资提高稀土矿生产。该国继续在全球市场倾销大量矿石,从而破坏了价格稳定并迫使其他主要生产国关闭了一些矿山设施。

这是因为它们不再有利可图的开采稀土矿。一旦竞争对手开始减少生产,中国公司就能够填补空白,导致它们几乎垄断了市场。

因此,中国将其在稀土金属市场上的主导地位作为与其他国家争端的筹码。例如,2010年,在中国和日本之间的海上边界争端期间,中国官员扣押了一批运往日本的稀土金属,导致全球价格飙升。

另一方面,中美之间最近的紧张关系迫使电动车制造商寻找替代品,因为他们担心中国可能会实施出口配额或完全限制出口。选项包括从其他稀土金属生产商购买以及重新设计电动车以减少或不使用稀土矿物。

电动车中常用的稀土矿物

在电动车生产的早期,丰田和本田等公司使用稀土矿物作为其汽车电池的组成部分。这些汽车使用的电池是基于镍金属氢化物的。

电池由镧-五聚镍合金制成,其中镧占电池约10千克。在缺乏镧化合物时,电池则含有铈化合物作为阳极。

锂离子电池

然而,随着时间的推移,电动车制造商已经摒弃了镍基电池,采用了锂离子电池。这是因为锂离子电池性能更好且更便宜,尽管仍然存在使用镍电池的车辆。

磁铁

稀土矿物在电动车生产中的另一个用途是制造产生永磁电动机所必需的高功率磁铁。电动机产生电流使永磁体和线圈磁化,通过磁铁的相斥极产生磁力。磁力驱动轴,从而使车辆的车轮转动。

金属

用于永磁体制造的稀土金属包括钕、镨、铽和镝。钕是该过程中主要使用的元素,因为它具有磁强度,即磁化或去磁材料所需的磁场强度。

然而,钕在非常低的温度下运行,这意味着它无法长时间保持磁性。因此,电动车制造商使用镝或铽与钕形成合金。

这导致更高的工作温度,以维持所需的磁性。现代电动车将含有约一到两千克的稀土矿物。

摆脱稀土矿物

然而,由于罕见稀土资源取得的不确定性,电动车制造商正试图避免对电动机的依赖。一些公司已经开始使用依赖铝和铜的感应电动机。其中包括特斯拉,在其model s和model x上使用了感应电动机,以及宝马和雷诺。

为什么生态环境岌岌可危?

罕见稀土矿石通常含有放射性钍和铀。

©petrmalinak/shutterstock.com

尽管名为罕见稀土矿物,但它们相对丰富。然而,它们广泛分散在地壳中,因此提取它们具有挑战性且昂贵。罕见稀土金属采矿的主要方法是从地下提取罕见稀土矿石,然后用化学物质将其浸出以溶解罕见稀土元素,从而将其与矿石中的其他化合物分离。

溶解后,溶剂被浓缩,然后将各个罕见稀土元素相互分离。尽管它们对全球经济至关重要,但采矿罕见稀土矿物可能对环境造成很大伤害,这是由于所使用的工艺和产生的材料引起的。

水污染

例如,用于浸出罕见稀土矿石的化学物质之一是浓硫酸,如果其渗入地下水中,则可能导致水污染。饮用这种水可能会对人类、牲畜和野生动物的健康造成困扰。

含有浓硫酸的水也会通过损坏种子胚芽来影响植物生长,从而阻碍其萌发。浓硫酸渗入土壤还可以增加土壤酸碱度,使土壤过于酸性,不利于植物的生长和发育。

有毒废气

此外,浸出过程会释放有毒废气进入环境中,当人们吸入时可能导致呼吸系统问题等医学状况。在浸出过程中和之后产生的废水和残渣中还含有氧化镁和盐酸等其他化学品,这也可能导致类似的生态问题。

放射性物质

此外,一些罕见稀土矿石矿床含有高度有毒的铀和钍等放射性物质。医生将放射性元素与患癌细胞的几率增加联系起来。与罕见稀土金属采矿相关的最常见的癌症是肺癌和胰腺癌。

废弃物

罕见稀土采矿的另一个生态问题是其过程产生的废弃物。提取大量稀土矿石需要在广泛的地区进行,而不是集中在一个地点。

结果就是产生了大量的废弃物,堆放在垃圾填埋场上,每提取一吨稀土就会产生2000吨废弃物。这些垃圾堆在下雨时容易发生山体滑坡,将有毒废物扩散到矿外的其他土地上。这最终导致土壤和水源污染。

中国的“癌症村”

人们可以在中国找到最严重的稀土矿污染案例。中国当局已经承认了所谓的“癌症村庄”,许多居民被诊断出患有癌症。其他人因暴露在有毒废物中而死于这种疾病。

对策

然而,近年来,随着环保人士和矿区附近社区揭露了矿镇遭受的污染程度,公司和监管机构开始密切关注污染水平。在一些地方,矿业公司已经建立了废水处理设施,以防止有毒物质泄漏到环境中。

在中国、巴西和印度等世界上一些主要的稀土矿生产国,由于松散的废物处理法规,有毒化学物质和废物对环境的影响加剧。如果没有对矿业和废物处理方法进行适当的监管和监测,稀土元素矿业的污染将继续是各国面临的重大问题。

结论

显然,稀土矿物对于生产电动汽车至关重要。然而,它们并非必需品。长期以来,电动汽车公司依赖稀土矿物,因为它们在中国是价格实惠且易得的。然而,中美之间最近的政治问题使得曾经可靠的稀土矿物供应面临风险。

此外,由于相关环境影响,电动汽车公司面临越来越大的压力减少对稀土矿物的依赖。因此,电动汽车公司正在寻找其他替代品,以保护环境。目前,我们无法确定电动汽车公司是否会完全淘汰稀土矿物,这需要等待和观察。

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