Neodym, prazeodym, cer, terb czy dysproz nie należą do najbardziej znanych pierwiastków, ale są niezwykle ważne dla współczesnej techniki. Znajdziemy je w wielu smartfonach, samochodach elektrycznych, turbinach wiatrowych, urządzeniach elektronicznych oraz bardzo silnych magnesach stałych. Ich znaczenie jest dziś tak duże, że wiele państw uznaje pierwiastki ziem rzadkich i zawierające je surowce za materiały krytyczne lub strategiczne.

Czym są pierwiastki ziem rzadkich?

Pierwiastki ziem rzadkich, określane skrótem REE od angielskiego rare earth elements, to grupa 17 metali: 15 lantanowców oraz skand i itr. Wbrew nazwie wiele z nich nie jest szczególnie rzadkich w skorupie ziemskiej. Cer ma na przykład średnią zawartość w skorupie zbliżoną do miedzi.

 

Problem polega na tym, że pierwiastki te są zwykle rozproszone i stosunkowo rzadko tworzą złoża o stężeniu pozwalającym na opłacalne wydobycie. Dodatkowo mają bardzo podobne właściwości chemiczne, przez co ich późniejsze rozdzielenie jest trudne. Sama nazwa ma natomiast historyczne pochodzenie. Dawniej trudno dostępne tlenki metali określano mianem „ziem”, stąd określenie „ziemie rzadkie”.

Dlaczego są tak ważne?

Szczególne znaczenie dla techniki magnetycznej mają neodym i prazeodym, wykorzystywane do produkcji magnesów neodymowych (NdFeB). W niektórych gatunkach materiału stosuje się dodatkowo dysproz lub terb, aby zwiększyć odporność magnesu na rozmagnesowanie w podwyższonej temperaturze. Z kolei samar jest składnikiem magnesów SmCo.

 

Inne pierwiastki ziem rzadkich wykorzystuje się między innymi w katalizatorach, luminoforach, laserach, optyce, ceramice i elektronice. Nie każdy silnik elektryczny zawiera REE, ale bardzo silne magnesy z ich udziałem są stosowane w wielu silnikach i generatorach, w których liczą się małe rozmiary, niewielka masa i duża moc.

Jak wydobywa się pierwiastki ziem rzadkich?

Od kopalni do koncentratu

Najważniejszymi przemysłowymi źródłami REE są między innymi bastnazyt, monacyt i loparyt oraz złoża jonowo-adsorpcyjne. Znaczenie ma również ksenotym, będący źródłem przede wszystkim itru i cięższych pierwiastków ziem rzadkich.

Sposób eksploatacji zależy od budowy i położenia złoża. Rudy mogą być wydobywane metodą odkrywkową lub podziemną. Następnie skałę kruszy się i miele, po czym wzbogaca, wykorzystując między innymi flotację, separację grawitacyjną lub magnetyczną. W efekcie powstaje koncentrat zawierający znacznie więcej minerałów ziem rzadkich niż pierwotna ruda.

W przypadku niektórych złóż jonowo-adsorpcyjnych możliwe jest również ługowanie in situ. Roztwór ługujący wprowadza się do warstwy rudnej, a następnie zbiera wzbogacony roztwór wypływający ze złoża.

Najtrudniejszy etap – rozdzielenie pierwiastków

Samo wydobycie rudy jest dopiero początkiem. Koncentrat poddaje się dalszej obróbce chemicznej, zależnej od rodzaju minerału. Może ona obejmować prażenie oraz ługowanie kwasami lub zasadami, dzięki czemu związki REE przechodzą do roztworu.

Największym wyzwaniem jest rozdzielenie poszczególnych pierwiastków, ponieważ ich właściwości chemiczne są do siebie bardzo podobne. W przemyśle wykorzystuje się przede wszystkim wielostopniową ekstrakcję rozpuszczalnikową, prowadzoną w szeregu kolejnych stopni separacji. Po oczyszczeniu otrzymuje się związki poszczególnych REE, następnie ich tlenki, a w dalszych procesach metale lub stopy potrzebne przemysłowi.

Kto wydobywa najwięcej?

Według szacunków USGS światowa produkcja kopalniana ziem rzadkich w 2025 roku wyniosła około 390 tysięcy ton w przeliczeniu na równoważną zawartość tlenków REE. Chiny odpowiadały za około 270 tysięcy ton, czyli około 69% światowej produkcji, natomiast Stany Zjednoczone za około 51 tysięcy ton.

 

Jeszcze większa koncentracja występuje w dalszych ogniwach łańcucha dostaw. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej w 2024 roku Chiny odpowiadały za około 91% światowej produkcji rafinowanych pierwiastków ziem rzadkich wykorzystywanych w magnesach. To właśnie dlatego REE są dziś nie tylko zagadnieniem geologicznym i technologicznym, lecz także strategicznym.

Dlaczego produkcja może być problemem dla środowiska?

Przerób dużych ilości rudy wymaga wody, energii oraz reagentów chemicznych i powoduje powstawanie odpadów oraz ścieków. Dodatkowym problemem jest obecność naturalnych pierwiastków promieniotwórczych w części złóż. Monacyt często zawiera tor, a niektóre rudy i minerały ziem rzadkich mogą zawierać również uran. Ich ilość zależy jednak od konkretnego złoża i składu mineralnego rudy.

Z tego powodu coraz większego znaczenia nabierają bezpieczniejsze technologie przetwarzania oraz odzysk REE przede wszystkim ze zużytych magnesów, a także z wybranych strumieni odpadów elektronicznych. Recykling nie zastąpi w najbliższym czasie wydobycia, ale może zmniejszyć zapotrzebowanie na surowce pierwotne i ograniczyć zależność od niewielkiej liczby producentów.

Bibliografia

U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2026 – Rare Earths, 2026.
https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2026/mcs2026-rare-earths.pdf

U.S. Geological Survey, Rare Earths Statistics and Information.
https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/rare-earths-statistics-and-information

Van Gosen B.S., Verplanck P.L., Seal R.R., Long K.R., Gambogi J., Rare-earth elements, U.S. Geological Survey Professional Paper 1802–O, 2017.
https://doi.org/10.3133/pp1802O

International Energy Agency, Rare Earth Elements – Executive Summary, 2026.
https://www.iea.org/reports/rare-earth-elements/executive-summary

Balaram V., Rare earth elements: A review of applications, occurrence, exploration, analysis, recycling, and environmental impact, Geoscience Frontiers, 2019, 10(4), 1285–1303.
https://doi.org/10.1016/j.gsf.2018.12.005