Gli elementi terrestri rari, popolarmente conosciuti, anche in finanza, come terre rare o rare earths, sono anche definibili come "i metalli della tecnologia".

Nel mezzo del nostro trambusto quotidiano, spesso non notiamo le materie prime che entrano nelle tecnologie su cui facciamo affidamento.

I metalli che costituiscono le terre rare sono uno di questi gruppi di materie prime. Di questo gruppo di 17 minerali, molti si trovano oggi in tutta una serie di tecnologie, dai nostri smartphone e computer portatili ai veicoli elettrici e alle turbine eoliche.

Produzione di metalli delle terre rare nel corso degli anni

Nonostante la relativa abbondanza di depositi di terre rare, estrarli dal terreno è difficile, e prepararli per l'uso comporta notevoli rischi ambientali.

Gli Stati Uniti sono stati il principale produttore mondiale di metalli delle terre rare dagli anni '60 agli anni '80. Tuttavia, la Cina ha preso il timone negli anni '90, e da allora è il produttore dominante.

L'anno scorso gli States estraevano e raffinavano il 16% delle terre rare mondiali, la Cina il 58%.

Perché è successo questo? Nel 1985, la Cina ha introdotto una politica che ha parzialmente rimborsato le tasse pagate dai produttori nazionali di terre rare, politica che ha abbassato i costi per le aziende minerarie cinesi.

Questo, in aggiunta ai regolamenti ambientali permissivi, e alla manodopera a basso costo, ha reso l'industria cinese delle terre rare sempre più competitiva. Infatti, la sua produzione è aumentata del 464% tra il 1985 e il 1995.

Nel frattempo, in California, la miniera di Mountain Pass ha lottato per competere con i produttori cinesi, mentre affrontava le ben più severe normative ambientali americane. Pertanto, la quota di produzione degli Stati Uniti è diminuita dal 34% nel 1985 al 6% nel 2000 prima di cessare completamente nel 2002, per poi ricominciare a crescere a partire dal 2015.

Mettere le terre rare in panieri diversi

Nel 2010, la Cina ha ridotto le sue quote di esportazione di terre rare del 37%, spingendo i prezzi delle terre rare ai massimi storici. Questo, a sua volta, ha alimentato un afflusso di capitale nell'industria mineraria delle terre rare, e ha dato il via all'estrazione in altri paesi.

In particolare, l'Australia ha visto un aumento del 672% nella produzione di terre rare nell'ultimo decennio e, più recentemente, il Myanmar è entrato nel mix, producendo 30.000 tonnellate metriche di terre rare nel 2020. Inoltre, la miniera di Mountain Pass sta subendo una rinascita a seguito di un investimento di MP Materials nel 2018. Di conseguenza, la quota di produzione degli Stati Uniti sta crescendo di nuovo, come detto precedentemente.

Mentre l'estrazione dei metalli delle terre rare si sta diversificando, l'80% della raffinazione avviene ancora in Cina. Con la domanda di terre rare prevista in raddoppio entro il 2030, la costruzione di capacità di estrazione e raffinazione all'estero può rivelarsi fondamentale per ridurre la dipendenza dalla Cina.

Informazioni sulle terre rare

Le principali fonti economiche di terre rare sono i minerali bastnasite, monazite e loparite, e le argille lateritiche ad assorbimento ionico.

Le terre rare sono un gruppo relativamente abbondante di 17 elementi composti da scandio, ittrio e lantanidi. Gli elementi vanno dal cerio, il 25° elemento più abbondante dei 78 elementi comuni nella crosta terrestre, a 60 parti per milione, al tulio e al lutezio, gli elementi delle terre rare meno abbondanti, a circa 0,5 parti per milione.

Le forme elementari delle terre rare sono metalli dal grigio ferro all'argenteo brillante che sono tipicamente morbidi, malleabili e duttili e solitamente reattivi, specialmente a temperature elevate o quando sono finemente divisi. Le proprietà uniche delle terre rare sono utilizzate in un'ampia varietà di applicazioni.

Le terre rare: applicazioni e caratteristiche

Gli elementi delle terre rare (REE) sono 15 elementi che vanno in numero atomico da 57 (lantanio) a 71 (lutezio); sono comunemente chiamati "lantanidi". Anche l'ittrio (numero atomico 39) è comunemente considerato un REE perché condivide somiglianze chimiche e fisiche, e ha affinità con i lantanidi. Anche se le terre rare non sono rare in termini di abbondanza crostale media, i loro depositi concentrati sono limitati in numero.

A causa delle loro insolite proprietà fisiche e chimiche, le terre rare hanno diverse applicazioni nel campo della difesa, energia, tecnologia industriale e militare. L'industria del vetro è il principale consumatore di materie prime di terre rare, che sono usate per la lucidatura del vetro e come additivi che forniscono colore e proprietà ottiche speciali al vetro. I catalizzatori a base di lantanio sono usati nella raffinazione del petrolio, e i catalizzatori a base di cerio sono usati nei convertitori catalitici delle automobili.

L'uso delle REE nei magneti è un'applicazione in rapido aumento. I magneti al neodimio-ferro-boro, che sono i più forti di magneti conosciuti, sono usati quando lo spazio e il peso sono restrizioni. Le batterie al nichel-idruro usano anodi fatti di leghe a base di lantanio.

I minerali portatori di REE sono diversi e spesso di composizione complessa. Sono riconosciuti almeno 245 minerali individuali portatori di terre rare; sono principalmente carbonati, fluorocarbonati e idrossicarbonati, ossidi, silicati e fosfati.

Molti dei depositi significativi di REE del mondo si trovano nelle carbonatiti, che sono rocce ignee carbonatiche. Le terre rare hanno anche una forte associazione genetica con il magmatismo alcalino.

Perché le terre rare sono state, e sono, sulla bocca di tutti

Fino a poco tempo fa, gli elementi delle terre rare (ETR) erano familiari a un numero relativamente piccolo di persone, come i chimici, alcuni geologi e gli ingegneri specializzati in materiali e tecnologie.

Nel 21° secolo, gli ETR hanno guadagnato una notevole visibilità attraverso i media e la copertura di Internet a causa di:

  • riconoscimento delle proprietà critiche e specializzate che gli ETR contribuiscono nei componenti della nostra tecnologia moderna, combinato con
  • il quasi monopolio sulla produzione e fornitura degli ETR detenuto da un paese (Cina), e
  • la forte dipendenza del mondo da questa fornitura controllata dalla Cina, cosa che le fornisce una notevole leva geopolitica con molti Paesi, soprattutto quelli occidentali, affamati di tecnologia e con i soldi per comprarla.

Tradizionalmente, gli ETR sono divisi nei seguenti due gruppi sulla base del peso atomico:

  • i REE leggeri (LREE), che includono dal lantanio al gadolinio (numeri atomici da 57 a 64), e
  • i REE pesanti (HREE), che includono dal terbio al lutezio (numeri atomici da 65 a 71) .

L'ittrio, anche se leggero (numero atomico 39), è incluso nel gruppo HREE a causa delle sue comuni affiliazioni chimiche e fisiche con gli altri HREE.

Terre non così rare, alla fin fine

La maggior parte degli ETR non sono così rari come suggerisce il nome del gruppo. Sono stati chiamati elementi "terre rare" perché la maggior parte sono stati identificati durante il XVIII e XIX secolo come "terre" (originariamente definiti come materiali che non potevano essere ulteriormente modificati dalle fonti di calore), e, in confronto con altre "terre", come la calce o la magnesia, erano relativamente rari.

Il cerio è il REE più abbondante, ed è effettivamente più comune nella crosta terrestre che il rame o il piombo. Tutti gli ETR, tranne il promezio, sono più abbondanti dell'argento, dell'oro o del platino nella crosta terrestre, in media. Quindi, gli ETR non sono rari in termini di abbondanza media della crosta, ma i depositi concentrati ed economici di ETR sono insoliti, come notato prima.

Conservazione, riciclaggio e sostituzione

Le preoccupazioni per la disponibilità delle forniture di terre rare hanno stimolato gli sforzi per il riciclaggio, la sostituzione e il miglioramento dell'efficienza dei materiali. Questi sforzi sono guidati dai principali consumatori di ETR.

Negli Stati Uniti, il Critical Materials Institute (una partnership tra università, governo e industria) sta lavorando per diversificare la produzione, ridurre i rifiuti e sviluppare sostituti per le terre rare.

La collaborazione dovrebbe spendere fino a 120 milioni di dollari durante un periodo di 5 anni per sostenere la ricerca incentrata sull'assicurare una fornitura affidabile di terre rare e altri materiali critici.

Il gruppo Umicore, con sede in Belgio, ha sviluppato un programma di riciclaggio delle batterie al nichel-metallo-idruro (NiMH) nel suo nuovo impianto di riciclaggio di Hoboken, in Belgio. Dopo la separazione di nichel e ferro, l'azienda prevede di lavorare le REE in un concentrato di alta qualità che verrebbe separato in materiali di terre rare nell'impianto di Rhodia Rare Earth Systems a La Rochelle, Francia.

Nell'Unione europea, un consorzio sta studiando l'estrazione di metalli di terre rare dai magneti permanenti nei motori dei veicoli elettrici. Il progetto è finanziato dal ministero della ricerca federale tedesco, e il consorzio è guidato dalla Siemens AG.

L'agenzia di ricerca tedesca Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films sta esaminando il riciclaggio dei metalli delle terre rare dalle leghe di metalli leggeri in disuso e dal lantanio dai catalizzatori di cracking catalitico fluido.

In Francia, Rhodia (di proprietà della Solvay) ha formato un'alleanza con Umicore per riciclare i minerali delle terre rare dalle batterie ricaricabili NiMH. Rhodia ha anche previsto di riciclare i minerali di terre rare dalle lampadine a basso consumo energetico e dai magneti.

Entro la fine del 2012, gli impianti di riciclaggio di La Rochelle e Saint-Fons, nella regione Rhône-Alpes, erano operativi. L'azienda ha pianificato di risparmiare sul suo consumo di terbio utilizzando fosfori riformulati.

In Giappone, Honda Motor Co. Ltd. ha lavorato con Japan Metals & Chemicals Co. per recuperare i metalli delle terre rare dalle batterie NiMH. Honda si aspetta di recuperare l'80% dei metalli di terre rare contenuti nelle batterie NiMH usate e prevede di raccogliere le batterie a livello globale.

La giapponese Hitachi, Ltd. sta sviluppando metodi per riciclare magneti di terre rare da hard disk, condizionatori d'aria e altri tipi di compressori. Hitachi Metals ha anche accelerato lo sviluppo di magneti sinterizzati in disprosio ridotto usando una tecnologia di diffusione e deposizione di vapore di disprosio.

In Vietnam, la giapponese Shin-Etsu Chemical Co. ha costruito impianti di lavorazione per la separazione delle terre rare e la produzione di magneti di terre rare. Gli impianti di lavorazione permettono il riciclaggio dei magneti di terre rare usati negli elettrodomestici, come i motori dei compressori dei condizionatori d'aria.

Come investire nelle terre rare

Molte delle aziende che si occupano di questi materiali sono quotate in borsa; lo sono Umicore, Siemens, Solvay, Honda, Hitachi e Shin-Etsu, quindi un investitore che sia orientato ad esporsi (poco, massimo consigliamo un 3-5%) su questo settore può decidere di investire direttamente su queste aziende.

C'è anche un prodotto finanziario specifico che investe sulle terre rare. Si tratta di un ETF di Van Eck, casa americana specializzata nell'emissione di ETF per diversi settori di nicchia, ed è il VanEck Vectors Rare Earth/Strategic Metals ETF.

Questo ETF offre agli investitori un'esposizione unica alle terre rare/metalli strategici attraverso un paniere di titoli coinvolti nel processo di estrazione, raffinazione e produzione. Sulla base delle partecipazioni principali dei fondi, l'esposizione è inclinata verso i produttori di titanio e molibdeno, ma anche i produttori di cerio, manganese e tungsteno sono coperti.

L'ETF è una buona opzione per gli investitori che scommettono sull'aumento della domanda di metalli specializzati, che dovrebbero ulteriormente aumentare di prezzo data la richiesta enorme che c'è per il loro utilizzo.