Sjeldne jordarter

**Sjeldne jordarter**, eller **sjeldne jordartsmetaller**, er en gruppe grunnstoffer bestående av de 15 lantanoider, yttrium og scandium.

Det vanligste er cerium, som er mer vanlig enn kobber. Mens promethium, som nesten ikke har stabile isotoper, er nesten ikke-eksisterende. Med unntak av promethium er alle grunnstoffene i gruppen mindre sjeldne enn for eksempel sølv, gull og platina.

De er av stor betydning for dagens høyteknologi.

## Om navnet
Begrepet sjeldne jordarter har vist seg å være feil. Men da disse grunnstoffer ble oppdaget, mellom 1794 og 1907, var det få kjente forekomster hvor det fantes mineraler som inneholdt dem. I tillegg var mengden av disse sjeldne jordartene også svært begrenset på dette tidspunktet. Kjemikere klarte heller ikke å fremstille disse metalliske grunnstoffene rene; de klarte kun å fremstille oksider av dem og disse oksider var veldig lik jord. Det var ikke før i 1828 at tysk kjemiker Friedrich Wöhler klarte å fremstille rent metallisk yttrium. 

## Historien om oppdagelsen av sjeldne jordarter
Den største utfordring for å kunne oppdage de sjeldne jordarter, var at de finnes sammen som en blanding av flere sjeldne jordsartmineraler. På grunn av nokså like kjemiske egenskaper er de vanskelig å skille. Både yttrium og cerium, som var de første som ble oppdaget, viste seg å være blandinger med flere andre sjeldne jordarter. 

Ved hjelp av kjemiske metoder og spektroskopi var det mulig å oppdage at det skjulte seg andre sjeldne jordarter i de opprinnelige framstilte preparatene.

### Scandium,  atomnummer 21 og kjemisk symbol Sc

Allerede i 1869 forutså Dmitrij Mendelejev, da han utviklet det periodiske system av grunnstoffer, at det ville bli oppdaget et nytt grunnstoff mellom kalsium (atomnummer 20) og titan (atomnummer 22). Han kalte det ekaboron. Den svenske kjemikeren Lars Erik Nilsen (1840–1899) oppdaget det nye grunnstoffet med atomnummeret 21 i 1879, i erbium. Det hadde blitt fremstilt fra euxenitt, et mineral som han trodde fantes kun i Skandinavia. Derfor fikk grunnstoffet navnet scandium.

### Yttrium, atomnummer 39 og kjemisk symbol Y

Carl Axel Arrhenius (1757-1824) var offiser i den svenske hær, amatørgeolog og kjemiker. I 1787 fant han en prøve av et ukjent mineral i et kvarts- og feltspatbrudd ved Ytterby, om lag 20 km nordøst for Stockholm. Prøven var et mørkt, nokså tung mineral. Han trodde at det inneholdt wolfram og kalte det ytterbitt. Etter hvert bestemte han seg for å sende prøver til noen kjemikere for videre studier. 

Johan Gadolin (1760-1852), finsk kjemiker, fysikker og mineralog, var en av dem som fikk tilsendt prøver av dette ukjente mineral i 1792. Etter å ha studert prøvene, kunngjorde han i 1794 at disse inneholdt et oksid av et nytt, hittil ukjent grunnstoff. Oksiden kalte han yttria etter Ytterby, mens selve grunnstoffet fikk navnet yttrium. Mineralet som Arrhenius fant, fikk etter hvert navnet gadolinitt.

### Lantan, atomnummer 57 og kjemisk symbol La

Lantan ble oppdaget i 1839 av svensk kjemiker og mineralog Carl Gustav Mosander (1797–1858). Da han eksperimenterte med cerium-nitrat, utvunnet fra ceriummalm fra Bastnäs gruve, oppdaget han at den inneholdt en annen kjemisk substans som viste seg å inneholde et nytt grunnstoff. Den fikk navnet lantan, etter det greske lanthanein, som betyr å ligge skjult. Samtidig fremstilte han en lilla substans, som han kalte didymium (tvilling). Den skulle senere vise seg å være en blanding av flere andre, sjeldne jordarter.

### Cerium, atomnummer 58 og kjemisk symbol Ce

Vinteren 1803/4 oppdaget svensk kjemiker Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) og geolog Wilhelm Hisinger (1766-1852) cerium i et mineral fra Bastnäs gruve, noen kilometer vest for Skinskatteberg i Västmanland. Uavhengig av dette oppdaget Tysk kjemikeren Martin Klaproth (1743-1817) cerium nesten samtidig. Grunnstoffet fikk navnet cerium etter en nyoppdaget dvergplanet som hadde fått navnet Ceres (og som da feilaktig ble klassifisert som asteroide). Metallisk cerium ble for første gang fremstilt i 1875 av to amerikanske forskere.

### Praseodym, atomnummer 59 og kjemisk symbol Pr

Praseodym ble oppdaget i Wien i 1885 av Carl Auer von Welsbach (1858–1929), i en substans som Carl Gustav Mosander hadde framstilt av ceriummalm, og som hadde fått navnet didymium. Mosander hadde feilaktig trodd at det var et nytt grunnstoff. Det viste seg å være en blanding med flere sjeldne jordarter. Navnet praseodym er avledet av «prasios didymos», som er gresk for «grønn tvilling».

### Neodym, atomnummer 60 og kjemisk symbol Nd

Neodym ble oppdaget i Wien i 1885 av Carl Auer von Welsbach (1858–1929), i en substans som Carl Gustav Mosander hadde framstilt av ceriummalm, og som hadde fått navnet didymium. Mosander hadde feilaktig trodd at det var et nytt grunnstoff. Det viste seg å være en blanding med flere sjeldne jordarter. Navnet neodym betyr «ny tvilling».

### Promethium, atomnummer 61 og kjemisk symbol Pm

Promethium er et radioaktivt grunnstoff. Halveringstiden for stoffets mest stabile isotop er kun 17,74 år. Følgelig har det meste av det som kanskje en gang har vært et vanlig grunnstoff på jorda for lengst forsvunnet. Det har blitt oppdaget at noen av uranatomene som undergår fisjon blir til promethium. Endelig bevis for eksistensen av promethium kom i 1945, da et amerikansk vitenskapsteam klarte å isolere prøver av dette grunnstoffet. Det var isotopen promethium 147, med en halveringstid på 2.6234 år. Promethium ble oppkalt etter den greske guden Prometheus.

### Samarium, atomnummer 62 og kjemisk symbol Sm

Samarium ble oppdaget i 1879 av den franske kjemikeren Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912). Han ekstraherte Carl Gustav Mosanders «didymium» fra mineralet samarskitt, og fant gjennom kjemiske eksperimenter ut at den besto av ulike typer sjeldne jordarter. Samarium ble oppkalt etter samarskitt.

### Europium, atomnummer 63 og kjemisk symbol Eu

I 1901 oppdaget den franske kjemikeren Eugène-Anatole Demarcay at samarium – som Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran hadde fremstilt i 1879 – inneholdt enda en ny sjelden jordart: europium. Grunnstoffet fikk navnet europium etter Europa.

### Gadolinium, atomnummer 64 og kjemisk symbol Gd

Gadolinium ble oppdaget i 1880 av den sveitsiske kjemikeren Jean Charles Galissard de Marignac (1817–1894). Han mistenkte at didymium, stoffet som Carl Gustav Mosander hadde oppdaget, også kunne vise seg å inneholde andre sjeldne jordarter. Gadolinium ble oppkalt etter Johan Gadolin, som hadde oppdaget yttrium i 1794.

### Terbium, atomnummer 65 og kjemisk symbol Tb

Terbium ble oppdaget av Carl Gustav Mosander i 1843 i yttriumoksid. Terbiumoksid er gul og det fikk navn sitt etter Ytterby.

### Dysprosium, atomnummer 66 og kjemisk symbol Dy

Dysprosium ble oppdaget samtidig med neodym av den franske kjemikeren Eugène-Anatole Demarcay i 1886. Det viste seg at holmiumprøver inneholdt enda en ny og sjelden jordart, dysprosium. Demarcay måtte gjennomføre svært mange forsøk der han utløste forskjellige kjemiske reaksjoner for å separere dysprosium fra holmium. Grunnstoffet ble derfor avledet av det greske ordet «dysprositos», som kan oversettes med «vanskelig å få tak i».

### Holmium, atomnummer 67 og kjemisk symbol Ho

Holmium ble oppdaget i 1878 samtidig av de to sveitsiske vitenskapsmennene Marc Delafontaine og Jacques-Louis Soret, og den svenske kjemikeren Per Teodor Cleve (1840–1905). Holmium ble isolert fra prøver av erbium. Holmium ble oppkalt etter Holmia, det latinske navnet på Stockholm.

### Erbium, atomnummer 68 og kjemisk symbol Er

Erbium ble oppdaget samtidig med terbium av Carl Gustav Mosander i 1843 i yttriumoksid. Erbiumoksid er rosa og det fikk sitt navn etter Ytterby.

### Thulium, atomnummer 69 og kjemisk symbol Tm

Thulium ble oppdaget i 1879 av den svenske kjemikeren Per Teodor Cleve (1840–1905) i erbium prøver, han hadde oppdaget holmium i de samme prøvene året før. Thulium ble oppkalt etter Thule, et gammelt navn for Skandinavia.

### Ytterbium, atomnummer 70 og kjemisk symbol Yb

Ytterbium ble oppdaget i 1878 av den sveitsiske kjemikeren Jean Charles Galissard de Marignac (1817–1894). Han klarte å isolere grunnstoffet fra prøver av det tidligere oppdagede grunnstoffet erbium. Ytterbium ble oppkalt etter Ytterby.

### Lutetium, atomnummer 71 og kjemisk symbol Lu

Lutetium ble oppdaget i 1907 av den franske kjemikeren Georg Urbain (1872–1938) i Paris, og ble oppkalt etter Lutetia, som er det navnet romerne brukte på Paris. Det rene grunnstoffet ble ikke fremstilt før i 1953. Den østerrikske kjemikeren Carl Auer von Welsbach (1858–1929) og den amerikanske kjemikeren Charles James oppdaget lutetium i samme år, men det er Urbain som har fått æren av å regnes som den første som oppdaget dette grunnstoffet.

## Sjeldne jordarter i mineralogien
I naturen finnes det hundrevis av mineraler med høyt innhold av sjeldne jordarter. I noen tilfeller er de det mest viktige kation, mens i andre tilfeller er innholdet så pass høyt, at det er en vesentlig kjennetegn.

Disse mineraler får på grunn av dette en suffiks som beskriver hvilken sjeldne jordart er dominerende. Da skrives det for eksempel gadolinitt-(Y) eller gadolinitt-(Ce).

I nesten alle tilfeller finnes det flere sjeldne jordarter i ett og samme mineral. Formelen til gadolinitt-(Ce) er derfor (Ce,La,Nd,Y)2Fe2+Be2Si2O10.

I ett og samme mineral kan det finnes soneringer med varierende innhold av sjeldne jordarter. For eksempel har monazitt-(Nd) blitt oppdaget i monazitt-(Ce)-prøver funnet i en gruve på Rostadheia i Iveland og i Lundekleiven gruve på Evje.

## Forekomster av sjeldne jordarter
Fra 2017 til 2022 ble den samlede produksjon av sjeldne jordarter mer enn fordoblet og var på 300 000 tonn. Kina stod for hele 70 % av produksjonen og USA for 14 %. Andre land med stor produksjon av sjeldne jordarter er for eksempel Vietnam, Brasil, Myanmar, Australia og India.

Kina har siden 1980-tallet utviklet seg til å bli verdens viktigste produsent av sjeldne jordarter, fra både karbonatitter og sedimentære forekomster. De har nesten fått monopol på produksjonen. Kina importerer også store mengder fra Myanmar som har store forekomster i Kachin ved grensen til Kina.

Yttrium ble oppdaget i mineralet gadolinitt, i en kvarts- og feltspatbrudd i Ytterby, Sverige. Slike forekomster kalles pegmatitt og finnes over hele Skandinavia og mange av dem inneholder sjeldne jordartsmineraler. Forekomsten som førte til oppdagelsen av cerium i Bastnäs gruve i Sverige var en såkalt skarnforekomst. I Bastnäs gruve har det blitt utvunnet 4,500 tonn cerium. Det er påvist store forekomster av sjeldne jordarter ved Kiruna i Sverige, anslagsvis 1,7 millioner tonn. Frem til 2024 var dette den største forekomsten i Europa, men anslaget for Fensfeltet i Norge er på 8.8 millioner tonn. Fensfeltet ligger på Ulefoss i Nome kommune og inneholder flere typer sjeldne jordarter. Anslagsvis er 1,5 millioner tonn magnetrelaterte sjeldne jordarter som neodym- og praseodymoksid.

Det er forekomster av sjeldne jordarter i områder rundt i hele Norge. I Evje/Iveland-området var sjeldne jordartsmineraler en biinntekt for gruveierne i området. Ved Sæteråsen i Larvik er det forekomster, i Biggejav'ri i Kautokeino og mange andre steder.

I Brasil ble det på slutten av 1800-tallet oppdaget steder hvor sanden langs strendene inneholdt store mengder monazitt, et mineral som inneholder både cerium og thorium i betraktelig mengder. Senere ble det oppdaget liknende forekomster i India, på Sri Lanka, i Australia og andre steder.

I 1949 ble det oppdaget en forekomst av sjeldne jordarter i California hvor gruvene fikk navnet Mountain Pass Mine. Forekomsten er en karbonatitt med i snitt 7,06 % sjeldne jordartoksider (REO). Fra begynnelsen av 1960-tallet var denne gruve en av verdens store produsenter, men i 2002 måtte den stenge på grunn av fallende råvarepriser og miljøhensyn. Gruven åpnet igjen i 2018 å er fremdeles i drift i 2024.

Sjeldne jordarter finnes også i havene. Dyphavsgruvedrift kan utvinne mineraler på havbunnen på dyp fra 200 meter til 6500 meter. Gruver på havet settes typisk opp omkring områder med store mengder polymetalliske noduler eller undervannsventiler (skorsteiner) ved 1400-3700 meter under havets overflate.

Sjeldne jordarter finnes også i rommet. Asteroidgruvedrift er hypotetisk utvinning av materialer fra asteroider og andre mindre planeter, inkludert jordnære objekter.

## Anvendelser av sjeldne jordarter gjennom tiden
Til å begynne var det bare noen få anvendelser for sjeldne jordarter.

I 1890 ble en gasslys-kappe introdusert av østerriksk vitenskapsmann og oppfinneren Carl Auer von Welsbach med thoriumdioksid tilsatt 1 % ceriumoksid veldig populær. Samme mann fikk patentert ferrocerium som ble brukt som flintstein i lightere, til og med i dagens tid.

Siden det var veldig vanskelig og kostbar til å lage rene grunnstoffer av de sjeldne jordarter, stagnerte industriens interessen for dem. 

På 1940-tallet hadde en ny separasjonsmetode blitt utviklet, ion-utveksling, som i utgangspunkt kun ble brukt til å separere neptunium, uran, thorium og actinium i forbindelse med Manhattan-prosjektet. Men i etterkrigstiden begynte man å bruke samme metode til å separere sjeldne jordarter.

På 1960-tallet ble samarium-kobolt magneter utviklet, som hadde som gunstig egenskap, at de beholdt sin magnetkraft, selv om de ble veldig varmt. Det var viktig for å kunne gjøre radarinstallasjoner mer kraftig.

Scandium ble brukt etter WW2 i russiske jagerfly i en legering med aluminium.

Innenfor laser-forskning ble det utviklet laserstaver av yttrium-aluminium-granat. Disse var viktig i målsøkeren av missiler.

På 1970/80-tallet ble nikkel-metallbatterier utviklet, som brukte lantan og neodymium.

På 1980-tallet ble neodymium-jern-boronmagneter utviklet, som brukes nå særlig i vindmøller. På 1990-tallet var disse essensiell til harddisker i PC-ene. Disse neodymiummagneter, som man pleier å kalle dem, ble også brukt til å erstatte gammeldags magneter i eksisterende apparater og produkter, og gjøre dem mindre i størrelse og mer effektiv.

Bruken av sjeldne jordarter økte betraktelig gjennom 1900- og 2000-tallet med stadig nye anvendelsesområder. I en iPhone brukes det for eksempel lantan til å minimalisere forvrenging i de bitte små kameralinsene; neodymiummagneter til å forbedre lydkvaliteten av høyttalere og ørepropper, og yttrium og erbium til å gjøre skjermens fargene sterkere.

I dagens tid blir sjeldne jordarter brukt i alle industrigren. Alt fra kjemisk og alle andre typer industri, automobiler, fly, medisinske apparater, våpenindustrien til romfart. 

## 2010 Stor mangel på sjeldne jordarter
Siden 2006 hadde Kina begynt å innføre ekstra avgifter og redusere eksportkvoter på sjeldne jordarter, men reduserte disse kvotene ytterlige med 40 % i 2010. Kina argumenterte at dette var nødvendig for å beskytte sine forekomster av disse metaller. Det gjorde at prisene steg kraftig og Kina ble beskyldt å drive med proteksjonisme.

Høsten 2010 eskalerte situasjonen ytterlige.

En kinesisk fisker ble arrestert av den japanske kystvakten i omstridte farvann, det kalles den Senkaku-båtkollisjonshendelsen. Det oppsto en konflikt mellom Kina og Japan. Nyhetene om arrestasjonen førte til at kinesiske myndighetene holdt igjen en rekke forsendelser som var bestemt for Japan. Det eskalerte i en handelsembargo med uforutsette konsekvenser. 

Få visste at i disse forsendelsene var sjeldne jordartoksider, avgjørende for japansk høyteknologisk produksjon. I kort tid steg prisen på sjeldne jordartsmetaller på verdensmarked - i noen tilfeller med flere hundre prosent.

Plutselig innså verden at de sjeldne jordarter hadde blitt politikk. Regjeringer verden over begynte å bekymre seg for ressursene de trengte for våpenindustrien og andre viktige teknologier. De høye prisene på sjeldne jordarter - og frykten for ikke å ha dem – skapte frykt i vestlige land. 

I 2012 ble en klage til Verdens helseorganisasjon fra USA, Japan og EU avgjort i fordel av de klagende partiet. Det ble argumentert at den store prisforskjell mellom sjeldne jordarter solgt i og utenfor Kina, ga kinesiske produsenter en urettferdig fordel. Kina ble pålagt å øke kvoter og senke priser. 

Innen 2015 hadde prisene gått ned så pass mye, at det igjen for andre enn de kinesiske produsentene ble vanskelig å tjene penger på å produsere sjeldne jordarter. 

## Sjeldne jordarter og konsekvensene for miljøet og helse
REE finnes naturlig i stort sett svært lav konsentrasjon i miljøet.

Gruver er ofte i land der miljømessige og sosiale standarder er svært lave, og forårsaker brudd på menneskerettighetene, avskoging og forurensning av land og vann.

Rund sjeldne jordartsgruver oppstår det som regel store forurensninger med høyere konsentrasjoner av sjeldne jordarter. Det har vært så langt lite studi etter konsekvensene av gruvedrift etter sjeldne jordarter, og langtidsvirkningene for miljøet er vanskelig å forutsi. 

Toksiteten av sjeldne jordarter for menneskene og dyre- og planteliv er ikke endelig bestemt, men de blir karakterisert til å være mildt giftig for menneskene.  Langtidsvirkningene av eksponering til dem er vanskelig å forutsi. 

Sjeldne jordartsmalm inneholder thorium og uran i varierende mengder og representerer en av de mest krevende miljømessige utfordringer. Disse radioaktive tyngmetaller er helseskadelig og inntak kan føre til alvorlige forgiftninger.

Thorium er ikke noe særlig løselig i vann, uansett forholdene. Det er derfor gruvestøv som utgjør den største trussel mot miljø og menneskene.

Uran er svært bra løselig i vann under oksiderende forhold. Det er derfor nødvendig å sikre seg at det ikke kan trenge inn uranholdige løsninger i drikkevannskilder eller ellers i naturen.

## Oversikt over anvendelser av sjeldne jordarter

## Noter



## Litteratur
*Emsley, J. (2001) Nature's Building Blocks. An A-Z guide to the elements. Oxford University Press. ISBN  0-19-850340-7. 539 pp.
*Selbekk, R.S. (2010) Norges mineraler. Revidert utgave. Basert på Neumann (1985): Norges mineraler. UIO: Naturhistorisk museum. NGU. Tapir akademisk forlag. 552 pp.

## Referanser