Nadir toprak elementleri (NTE) kimyasal, manyetik ve optik özelliklere göre benzer özellikler gösteren, periyodik tablonun altıncı periyodunda yer alan ve atom numaraları 57-71 arasında olan 15 tane lantanit ile yttrium ve scandiumdan oluşan 17 elementtir. Bu elementler, nadir bulunmalarına rağmen, birçok endüstriyel, teknolojik ve bilimsel uygulamada önemli bir role sahiptirler. NTE’lerin bazıları doğada nadir bulunduğundan, büyük ölçüde maden yataklarında ve diğer minerallerde bulunurlar. Bu elementler arasında en yaygın olanı, cerium, lanthanum ve neodymiumdur.
NTE’ler, metalik parlaklığı olan yumuşak, dövülebilir ve çekiçlenir özelliklere sahiptirler. Ayrıca, manyetik ve optik özellikleri nedeniyle endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadırlar. NTE’ler ayrıca, yüksek erime ve kaynama noktalarına sahip olup, kimyasal olarak aktiftirler ve diğer metallerle kolayca alaşabilirler. Neodymium, cerium, scandium ve yttrium gibi nadir toprak elementleri genellikle yumuşak ve kolay işlenebilir özellikte olup yüksek sıcaklıklarda reaktif özelliği gösterir. Demir grisi ile gümüş beyazı arasında değişen renkler gösterirler. Ergime sıcaklıkları 798–1663 °C arasında değişir.
Yer kabuğunda nispeten bol miktarda bulunan nadir toprak elementleri, genellikle oksit bileşenler halinde bir arada olduklarından gruplandırılamamış, oksitlerin metale indirgenmesinin zorluğundan ve bu tip bir durumla sık karşılaşılmamasından dolayı da “nadir toprak elementleri” adını almışlardır.
Nadir Toprak Elementleri
- Lanthanum (La) – Atom numarası: 57
- Cerium (Ce) – Atom numarası: 58
- Praseodymium (Pr) – Atom numarası: 59
- Neodymium (Nd) – Atom numarası: 60
- Promethium (Pm) – Atom numarası: 61
- Samarium (Sm) – Atom numarası: 62
- Europium (Eu) – Atom numarası: 63
- Gadolinium (Gd) – Atom numarası: 64
- Terbium (Tb) – Atom numarası: 65
- Dysprosium (Dy) – Atom numarası: 66
- Holmium (Ho) – Atom numarası: 67
- Erbium (Er) – Atom numarası: 68
- Thulium (Tm) – Atom numarası: 69
- Ytterbium (Yb) – Atom numarası: 70
- Lutetium (Lu) – Atom numarası: 71
- *Scandium (Sc) – Atom Numarası: 21
- *Yttrium (Y) – Atom Numarası: 39
Scandium ve Yttrium, nadir toprak elementleri olmamasına rağmen, benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip oldukları için nadir toprak elementleri kategorisi içinde yer almaktadırlar. Scandium ve Yttrium atom numaraları 21 ve 39 olan geçiş elementleridir.
Hafif ve ağır olmak üzere iki kategoriye ayrılan NTE’lerden skandiyum ile atom numaraları 57-64 aralığında yer alan elementler hafif, atom numaraları 65-71 aralığındaki elementler ile itriyum ise ağır nadir toprak elementleri olarak sınıflandırılmaktadır. Nadir toprak elementleri kararlı bileşiklerinde +3 değerliklidir. Seryum, terbiyum ve praseodim +4; samaryum, evropiyum, tulyum ve iterbiyum +2 değerlik de alabilir.
Nadir Toprak Elementlerinin Kullanım Alanları
Nadir toprak elementleri, birçok endüstriyel, teknolojik ve bilimsel uygulamada kullanılmaktadır. Manyetik alanlarda kullanılan manyetik alaşımlar, manyetik diskler ve manyetik bantlar, nikel-metal hidrit piller, renkli cam ve katmanlı cam, lazerler, floresan lambalar ve diğer birçok elektronik cihaz, NTE’lerin kullanımından yararlanır.
Tek tek inceleyecek olursak;
Skandiyum: Havacılık endüstrisinde hafif alüminyum-skandiyum alaşımı üretiminde, metal halide lambası ve cıva buharlı lamba üretiminde
İtriyum: Lazerlerde, yüksek sıcaklık süperiletkenlerinde, LCD ve LED ekranlarda, bujilerde, enerji tasarruflu lamba üretiminde
Lantan: Çelik endüstrisinde, yüksek kırılma indeksine ve alkaliye karşı dayanıklı cam üretiminde, çakmak taşı üretiminde, hidrojen depolamada, pil elektrotlarında, kamera lenslerinde
Seryum: Kimyasal oksidan olarak, cam ve seramiğe sarı rengi vermede, kendi kendini temizleyen fırınlarda katalizör olarak, petrol rafinerilerinde sıvı katalitik parçalama katalizörü olarak, çakmak taşı üretiminde
Praseodim: Nadir toprak mıknatıslarında, lazerlerde, karbon ark lambalarında, cam ve emayelerde renklendirici olarak, kaynak gözlüğü üretiminde
Neodimyum: Nadir toprak mıknatıslarında, lazerlerde, cam ve seramiğe mor rengi vermede, kaynak gözlüğü üretiminde, seramik kondansatörlerde
Prometyum: Nükleer bataryalarda
Samaryum: Nadir toprak mıknatıslarında, lazerlerde, nötron yakalamada, maserlerde
Evropiyum: Kırmızı ve mavi fosfor üretiminde, lazerlerde, cıva buharlı lambalarda, floresan lambalarda
Gadolinyum: Nadir toprak mıknatıslarında, yüksek kırılma indeksine sahip cam ve garnet üretiminde, lazerlerde, x-ray tüplerinde, bilgisayar belleklerinde, nötron yakalamada, manyetik rezonans görüntüleme kontrast maddelerinde
Terbiyum: Yeşil fosfor üretiminde, lazerlerde, floresan lambalarda, Terfenol-D
Disprozyum: Nadir toprak mıknatıslarında, lazerlerde, Terfenol-D
Holmiyum: Lazerlerde, mıknatıslarda
Erbiyum: Kızılötesi lazerlerde, vanadyum çeliği üretiminde, fiber optik teknolojisinde
Tulyum: Taşınabilir x-ray cihazlarında, metal halide lambalarında, lazerlerde
İterbiyum: Kızılötesi lazerlerde, alev topu üretiminde, paslanmaz çelik üretiminde, nükleer tıpta
Lutesyum: Pozitron emisyon tomogrofisinde, yüksek kırılma indeksine sahip cam üretiminde
Nadir Toprak Elementlerinin Çevresel Etkileri
NTE’ler, doğada nadir bulunduklarından, madencilik faaliyetleri ile elde edilmekte ve işlenmektedirler. Bu işlemler, toprak erozyonuna, su ve hava kirliliğine, biyolojik çeşitliliğin kaybına ve doğal habitatların tahrip edilmesine neden olabilir. Ayrıca, NTE’lerin çıkarılması ve işlenmesi için kullanılan kimyasallar, çevreye zararlı atıkların oluşmasına neden olabilir. Bu nedenle, NTE’lerin çevresel etkilerinin en aza indirilmesi için sürdürülebilir madencilik uygulamalarının benimsenmesi gerekmektedir.
Dünyadaki Rezervler
İlk keşfedilen nadir toprak elementi, Carl Axel Arrhenius tarafından 1787 yılında İsveç’in Ytterby köyünde keşfedilmiştir. Bulunduğu yerden dolayı bu siyah mineral iterbiyum adını almıştır.
Nadir toprak elementleri 1948 yılına kadar Hindistan ve Brezilya’daki plaser yataklarından elde edilmekteydi. 1950’lerde Güney Afrika’da keşfedilen büyük monazit damarıyla dünyanın nadir toprak elementleri kaynağı burası haline geldi. 1965 ile 1985 yılları arasında ise Mountain Pass madeninden elde edildi. 1985 yılından sonra da Çin’deki bastnazit ve monazit yataklarından elde edilmiştir. Çin’deki en büyük nadir toprak elementleri madeni İç Moğolistan Özerk Bölgesi’nin Baotou şehrinin 120 km güneyinde bulunan Bayan Obo madenidir.
Ülkemizde de NTE alanında yapılan arama ve teknoloji çalışmaları, dünyadakine benzer olarak son dönemde hızlanmıştır. Bu bağlamda Eti Maden İşletmeleri tarafından Eskişehir/Beylikova’da bulunan basnazit cevherinin işletilmesi için pilot tesisi inşaatı devam etmektedir. MTA’nın Malatya, Burdur ve Isparta’da arama çalışmaları devam etmektedir.
Ayrıca, ülkemizde NTE alanında yapılan araştırmaları izlemek ve teşvik etmek amacıyla Nadir Toprak Elementleri Araştırma Enstitüsü (NATEN) kurulmuştur. 28 Mart 2020 tarihli Resmî Gazete ‘de yayımlanan 57 sayılı Cumhurbaşkanlığı Kararnamesine göre NATEN, yeni kurulan Türkiye Enerji, Nükleer ve Maden Araştırma Kurumu (TENMAK) bünyesinde faaliyetlerini sürdürecektir.
Türkiye, Dünya genelinde NTE rezervi açısından zengin olan ülkeler arasında yer almaktadır. Türkiye’deki nadir toprak elementleri yatakları genellikle batı ve kuzeybatı Anadolu bölgesinde yer almaktadır. Bu yataklar arasında özellikle Kırşehir Bozkır’da bulunan yataklar, dünya genelindeki en zengin yataklar arasında yer almaktadır. Türkiye’deki diğer NTE yatakları arasında Bursa-Orhaneli, Balıkesir-Sındırgı, Eskişehir-Mihalıççık, Çanakkale-Çan, Çorum-Alaca ve Konya-Karatay gibi yerler sayılabilir.
Ancak, Türkiye’nin NTE rezervleri henüz tam olarak keşfedilmiş ve işletilmiş değildir. Bu nedenle, Türkiye’nin NTE potansiyelinin tam olarak kullanılabilmesi için, daha fazla araştırma, keşif ve işletme faaliyetleri gerçekleştirilmesi gerekmektedir.
Ülkemizdeki Son Gelişmeler
Temmuz 2021’de, Eskişehir ilinin Mihalıççık ilçesi yakınlarında, bir maden şirketi tarafından nadir toprak elementleri yataklarının keşfedildiği açıklandı. Keşif, Türkiye’deki nadir toprak elementleri yataklarının zenginleştirilmesine yönelik bir adım olarak değerlendirilmektedir. Maden şirketi, yatakların 54 milyon tonluk bir rezerve sahip olduğunu, özellikle Neodyum ve Praseodyum elementlerinin bol miktarda bulunduğunu açıklamıştır. Ayrıca, yataklarda Europium, Dysprosium, Terbium ve Yttrium gibi diğer nadir toprak elementleri de bulunmaktadır.
Temmuz 2023’de Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Fatih Dönmez, Eskişehir Beylikova’da 694 milyon tonluk nadir toprak elementleri rezervi bulunduğunu açıkladı. Bunun dünyada Çin’in 800 milyon tonluk rezervinin ardından ikinci en büyük rezerv olduğu bildirildi. Enerji Bakanı, konuyla ilgili yaptığı açıklamada, “Cevheri işlemeden sattığınızda 1 birim kazanıyorsanız bunu ara ürün haline getirdiğinizde 10 kat, uç ürün haline getirdiğiniz 100 kat daha değerli hale getirebiliyorsunuz.” demişti.
Dünyada büyük ses getiren keşfin ardından sahada pilot tesis kurulumu geçtiğimiz günlerde tamamlandı.
Çin’deki Bayan Obo sahasından sonra 694 milyon ton nadir toprak elementi rezerviyle ikinci sırada bulunan, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığına bağlı Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü Beylikova Florit, Barit ve Nadir Toprak Elementleri İşletmesi’nde çalışmalar sürüyor.
Toplam 17 bin 600 dönüm maden alanına sahip işletmede 2011-2017 yıllarında 310 lokasyonda 125 bin metre sondaj yapılarak 60 bin numune alınıp, 694 milyon ton rezerv rakamına ulaşıldı.
Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanı Fatih Dönmez’in de yakından takip ettiği projede yıllık 1200 ton cevherin işlem göreceği pilot tesisin montaj çalışmaları tamamlandı. İşletmede, işlenmek üzere 600 ton nadir toprak elementi cevheri de çıkartılarak hazır hale getirildi.
Kaynak
- naten.tenmak.gov.tr
- wikipedia.org
- enerji.gov.tr
- mta.gov.tr
