希土類元素

希土類元素（REE ）は、希土類金属または希土類とも呼ばれ、時にはランタノイドまたはランタノイド（ただし、この系列に属さないスカンジウムとイットリウムは通常希土類に含められる） ^{[1]は、ほとんど区別がつかない光沢のある銀白色の柔らかい}重金属17種のセットです。希土類を含む化合物は、電気および電子部品、レーザー、ガラス、磁性材料、および工業プロセスで多岐にわたります。

スカンジウムとイットリウムは、ランタノイドと同じ鉱床に存在し、同様の化学的性質を示すが、電気的および磁気的性質が異なる傾向があるため、希土類元素と見なされています。[ 2 ^{] [3]}「希土類」という用語は、実際には希少ではないため誤った呼称ですが、歴史的にこれらの元素を分離するには長い時間がかかりました。^{[4] [5]}

これらの金属は室温で空気中でゆっくりと変色し、冷水とゆっくり反応して水酸化物を形成し、水素を放出します。これらは水蒸気と反応して酸化物を形成し、400 °C (752 °F) の温度で自然発火します。これらの元素とその化合物は、細菌のランタニド依存性メタノール脱水素酵素などのいくつかの特殊な酵素を除いて、生物学的機能を持ちません。^[6]水溶性化合物は軽度から中程度の毒性がありますが、不溶性のものは毒性がありません。^[7]プロメチウムの同位体はすべて放射性であり、ウラン 238の自然核分裂によって生成される微量を除いて、地殻に自然には存在しません。これらはトリウムを含む鉱物によく見られ、ウランにはあまり見られません。

希土類元素は技術的には地球の地殻全体に比較的豊富に存在しますが(セリウムは68 ppm で25 番目に豊富な元素であり、銅よりも豊富です)、実際には微量の不純物に薄く分散しているため、使用可能な純度の希土類元素を得るには、多額の費用をかけて大量の原鉱石を処理する必要があり、これが「希」土類元素と呼ばれる理由です。

希土類元素は、その地球化学的性質から、通常、分散しており、希土類鉱物に集中して存在することはあまりありません。その結果、経済的に採掘可能な鉱床はまばらです。^[8]最初に発見された希土類鉱物（1787年）はガドリナイトで、セリウム、イットリウム、鉄、ケイ素、その他の元素からなる黒色鉱物です。この鉱物は、スウェーデンのイッテルビー村の鉱山で採掘されました。希土類元素のうち4つには、この場所にちなんで名前が付けられています。

ここでは、 17 種類の希土類元素、その原子番号と記号、名前の語源、および主な用途 (ランタノイドの用途も参照) を一覧にした表を示します。希土類元素の中には、それを発見した科学者やその元素特性を解明した科学者にちなんで命名されたものや、発見された地理的な場所にちなんで命名されたものなどがあります。

6行目の要素の名前を順番に覚える方法は、「最近の大学のパーティーでは、見た目はセクシーなのに、お酒をたくさん飲むセクシーなヨーロッパの女の子は出てこない」です。^[15]

希土類元素は主に鉱物の成分として発見された。イッテルビウムは、1787年にカール・アクセル・アレニウス中尉がスウェーデンのイッテルビー村の採石場で発見した「イッテルバイト」（1800年にガドリナイトに改名）の中に含まれていた^[16]。これまで誰も見たことがなかったため「希少」と名付けられた[17 ^] 。アレニウスの「イッテルバイト」はトゥルク王立アカデミー教授のヨハン・ガドリンに届き、彼は分析の結果、未知の酸化物（当時の地質学用語では「アース」^[17]）が得られ、イットリアと名付けた。アンダース・グスタフ・エーケベリはガドリナイトからベリリウムを単離したが、鉱石に含まれる他の元素は認識できなかった。 1794 年のこの発見の後、鉄-タングステン鉱物であると信じられていたスウェーデンのリッダルヒッタン近郊のバストネス産の鉱物が、イェンス・ヤコブ・ベルセリウスとヴィルヘルム・ヒジンガーによって再調査されました。1803 年に彼らは白い酸化物を得て、それをセリアと名付けました。マルティン・ハインリヒ・クラプロートは独立して同じ酸化物を発見し、オクロイアと名付けました。研究者がセリアとイットリアの 2 つの鉱石に他の元素が含まれていることを突き止めるまでにさらに 30 年かかりました (希土類金属の化学的性質が類似しているため、分離が困難でした)。

1839年、ベルセリウスの助手であったカール・グスタフ・モザンダーは、硝酸塩を加熱し、その生成物を硝酸に溶解することでセリアを分離した。彼は可溶性塩の酸化物をランタナと呼んだ。ランタナをさらにジディミアと純粋なランタナに分離するのにさらに3年を要した。ジディミアはモザンダーの技術ではさらに分離できなかったが、実際には酸化物の混合物であった。

1842年、モザンダーはイットリアを3つの酸化物、すなわち純粋イットリア、テルビア、エルビアに分離しました（すべての名前は町の名前「イッテルビー」に由来しています）。彼はピンク色の塩を生成する土をテルビウムと呼び、黄色の過酸化物を生成する土をエルビウムと呼びました。

1842 年、既知の希土類元素の数は、イットリウム、セリウム、ランタン、ジジム、エルビウム、テルビウムの 6 種類に達しました。

ニルス・ヨハン・ベルリンとマルク・デラフォンテーヌも粗イットリアの分離を試み、モサンダーが得たのと同じ物質を発見したが、ベルリンは（1860年に）ピンク色の塩を与える物質をエルビウムと名付け、デラフォンテーヌは黄色の過酸化物を与える物質をテルビウムと名付けた。この混乱により、 J・ローレンス・スミスのモサンドリウムやデラフォンテーヌのフィリピウムとデシピウムなど、いくつかの新元素の誤った主張が生まれた。金属の分離（および分離が完全であるかどうかの判断）が困難であったため、誤った発見の総数は数十に上り、^{[18] [19]}発見の総数は100を超えるとする者もいる。^[20]

その後30年間、さらなる発見はなく、ジジミウム元素は分子質量138で元素周期表に記載されました。1879年、デラフォンテーヌは光炎分光法という新しい物理的プロセスを使用して、ジジミウムにいくつかの新しいスペクトル線を発見しました。また、1879年には、ポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランが鉱物サマルスカイトから新しい元素サマリウムを単離しました。

サマリア土は 1886 年にルコック・ド・ボワボードランによってさらに分離され、ジャン・シャルル・ガリサール・ド・マリニャックによってサマルスカイトから直接分離されて同様の結果が得られました。彼らはヨハン・ガドリンにちなんでこの元素をガドリニウムと名付け、その酸化物を「ガドリニア」と名付けました。

1886年から1901年にかけて、ウィリアム・クルックス、ルコック・ド・ボワボードラン、ウジェーヌ・アナトール・デマルセイがサマリア、イットリア、サマルスカイトをさらに分光分析した結果、未知の元素の存在を示すいくつかの新しいスペクトル線が得られた。その後、酸化物の分別結晶化により、 1901年に ユーロピウムが生成された。

1839 年、希土類元素の 3 番目の供給源が利用可能になりました。これはガドリナイトに似た鉱物で、ウラノタンタル(現在は「サマルスカイト」と呼ばれています) と呼ばれ、イットリウム、イッテルビウム、鉄、ウラン、トリウム、カルシウム、ニオブ、タンタルなどの元素の混合物の酸化物です。南ウラル山脈のミアス産のこの鉱物は、グスタフ ローズによって記録されました。ロシアの化学者 R. ハルマンは、彼が「イルメニウム」と呼ぶ新しい元素がこの鉱物に含まれているはずだと提案しましたが、後に、クリスチャン ヴィルヘルム ブロムストランド、ガリサール ド マリニャック、ハインリッヒ ローズが、タンタルとニオブ(コロンビウム)のみを発見しました。

存在する希土類元素の正確な数は非常に不明瞭で、最大でも 25 個と推定されていました。ヘンリー・グウィン・ジェフリーズ・モーズリーによるX 線スペクトル( X 線結晶構造解析によって取得)の使用により、元素に原子番号を割り当てることが可能になりました。モーズリーは、ランタノイドの正確な数は 15 個である必要があることを発見しましたが、元素 61 はまだ発見されていませんでした (これはプロメチウムで、最も安定した同位体の半減期がわずか 18 年である放射性元素です)。

モーズリーは、X 線結晶構造解析による原子番号に関するこれらの事実を使用して、ハフニウム(元素番号 72) が希土類元素ではないことも示しました。モーズリーは、ハフニウムが発見される何年も前の 1915 年に第一次世界大戦で戦死しました。したがって、ジョルジュ アーバンが元素番号 72 を発見したという主張は真実ではありませんでした。ハフニウムは周期表でジルコニウムのすぐ下に位置する元素であり、ハフニウムとジルコニウムは化学的および物理的特性が非常に似ています。

1940年代、フランク・スペディングらは米国（マンハッタン計画中）で、希土類元素を分離・精製するための化学イオン交換法を開発した。この方法は、原子炉で生成される物質中のウラン、トリウム、アクチニウム、およびその他のアクチニドからプルトニウム239とネプツニウムを分離するために最初にアクチニドに適用された。プルトニウム239は核分裂性物質であるため、非常に望ましいものであった。

希土類元素の主な供給源は、鉱物のバストネサイト（RCO ₃ F、Rは希土類元素の混合物）、モナザイト（XPO ₄、Xは希土類元素の混合物で、トリウムが含まれる場合もある）、ロパライト（（Ce、Na、Ca）（Ti、Nb）O ₃）、およびラテライトイオン吸着粘土である。相対的に豊富であるにもかかわらず、希土類鉱物は、同等の遷移金属源よりも採掘および抽出が難しく（化学的性質が似ているため）、希土類元素は比較的高価である。1950年代後半から1960年代前半にイオン交換、分別結晶化、液液抽出などの効率的な分離技術が開発されるまで、その工業的利用は非常に限られていた。 ^[21]

一部のイルメナイト濃縮物には微量のスカンジウムやその他の希土類元素が含まれており、蛍光X線（XRF）で分析することができます。^[22]

イオン交換法や溶出法が利用できるようになるまで、希土類元素の分離は主に沈殿または結晶化を繰り返すことによって行われていました。当時、最初の分離はセリウム土類元素（ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム）とイットリウム土類元素（スカンジウム、イットリウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム）の 2 つの主なグループに行われました。ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウムは、希土類元素の別のグループ（テルビウム グループ）と見なされるか、ユーロピウムがセリウム グループに含まれ、ガドリニウムとテルビウムがイットリウム グループに含まれていました。後者の場合、fブロック元素は半分に分割され、最初の半分（La-Eu）はセリウムグループを形成し、残りの半分（Gd-Yb）はグループ3（Sc、Y、Lu）とともにイットリウムグループを形成します。^[23]この分割の理由は、希土類元素の二重硫酸塩とナトリウムおよびカリウムの溶解度の違いから生じました。セリウムグループのナトリウム二重硫酸塩は溶解性が低く、テルビウムグループのものはわずかに溶解し、イットリウムグループのものは非常に溶解性が高いです。^[24]イットリウムグループは、エルビウムグループ（ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム）とイッテルビウムグループ（イッテルビウムとルテチウム）にさらに分割されることもありましたが、今日ではセリウムグループとイットリウムグループが主なグループ化となっています。^[25]現在、希土類元素はセリウムやイットリウムのグループではなく、軽希土類元素と重希土類元素に分類されています。

希土類元素の分類は、著者によって一貫していない。^[26]希土類元素間の最も一般的な区別は原子番号によるものであり、原子番号の低いものは軽希土類元素 (LREE)、原子番号の高いものは重希土類元素 (HREE)、その中間のものは一般に中希土類元素 (MREE) と呼ばれる。^[27]一般的に、原子番号57～61 (ランタン～プロメチウム) の希土類元素は軽希土類元素に分類され、原子番号62以上のものは重希土類元素に分類される。^[28]軽希土類元素と重希土類元素の間で原子番号が増加し、系列全体で原子半径が減少すると、化学的変化が生じる。 ^{[28]ユーロピウムは、Eu 2+}と Eu ³⁺の2つの原子価状態を持つため、この分類の対象外である。^[28]イットリウムは、化学的類似性のため重希土類元素に分類される。^[29] 2つのグループの境界は、元素番号63（ユーロピウム）と64（ガドリニウム）の間など、他の場所に置かれることもあります。^[30]これらの2つのグループの実際の金属密度は重なり合っており、「軽い」グループの密度は6.145（ランタン）から7.26（プロメチウム）または7.52（サマリウム）g/ccで、「重い」グループの密度は6.965（イッテルビウム）から9.32（ツリウム）で、イットリウムは4.47です。ユーロピウムの密度は5.24です。

スカンジウムを除く希土類元素は鉄より重いため、超新星爆発による元素合成や漸近巨星分枝星のs過程によって生成される。自然界では、ウラン238の自発核分裂によって微量の放射性プロメチウムが生成されるが、プロメチウムのほとんどは原子炉で合成される。

化学的類似性のため、岩石中の希土類元素の濃度は地球化学的プロセスによってゆっくりとしか変化しないため、その割合は地質年代学や化石の年代測定に役立ちます。

希土類元素は、自然界ではリン酸塩（モナザイト）、炭酸塩-フッ化物（バストネサイト）、酸素アニオンと結合して存在します。

酸化物では、ほとんどの希土類元素は原子価が 3 のみで、三二酸化物を形成します(セリウムはCeO ₂を形成します)。元素と温度に応じて、5 つの異なる結晶構造が知られています。X 相と H 相は 2000 K を超えるとのみ安定します。より低い温度では、六方晶 A 相、単斜晶 B 相、およびほとんどの元素で室温で安定する立方晶 C 相があります。C 相は、かつては空間群I 2 ₁ 3 (番号 199) にあると考えられていましたが、^[31]現在では空間群Ia 3 (番号 206) にあることがわかっています。構造は、蛍石または二酸化セリウム(陽イオンが面心立方格子を形成し、陰イオンが陽イオンの四面体内に位置する) の構造に似ていますが、陰イオンの 4 分の 1 (酸素) が欠けています。これらの三二酸化物の単位格子は、蛍石または二酸化セリウムの8つの単位格子に相当し、陽イオンは4つではなく32個である。これはビクスバイト構造と呼ばれ_、同名の鉱物（（Mn、Fe）_2O3）に見られる。^[32]

表からわかるように、希土類元素は地球上で多くの一般的な遷移金属と同程度の濃度で存在しています。最も豊富な希土類元素はセリウムで、これは実は地球の地殻で25番目に豊富な元素であり、68 ppm（銅とほぼ同じ）です。例外は、非常に不安定で放射性のプロメチウム「希土類」ですが、非常に希少です。プロメチウムの最も長寿命の同位体は半減期が17.7年であるため、この元素は自然界にごくわずかな量しか存在しません（地球の地殻全体で約572 g）。^[33]プロメチウムは、安定した（非放射性の）同位体を持たず、その後に（つまり、原子番号が大きい）安定した元素が続く2つの元素のうちの1つです（もう1つはテクネチウムです）。

希土類元素は一緒に見つかることが多い。地球が次々と集積していく過程で、高密度の希土類元素は惑星の深部に組み込まれた。溶融物質の初期の分化により、希土類元素は主にマントル岩石に組み込まれた。^{[34]希土類元素は}磁場強度が高くイオン半径が^{大きいため、ほとんど}の岩石形成鉱物の結晶格子と相容れないため、存在する場合はREEが溶融相に強く分配される。^[34] REEは化学的に非常に類似しており、分離するのが難しいが、軽いREE（LREE）から重いREE（HREE）へのイオン半径の段階的な減少はランタノイド収縮と呼ばれ、軽いREEと重いREEの間に大きな分離が生じる可能性がある。 LREEのイオン半径は大きいため、岩石形成鉱物では一般にHREEよりも不溶性であり、より強く溶融相に分配されます。一方、HREEは、特にガーネットのようなHREEと適合する鉱物が含まれている場合は、結晶残渣に留まることを好む場合があります。^{[34] [35]}その結果、部分溶融から形成されたすべてのマグマでは、常にHREEよりもLREEの濃度が高くなり、個々の鉱物は、どのイオン半径の範囲が結晶格子に最も適合するかに応じて、HREEまたはLREEのいずれかが優勢になる可能性があります。^[34]

無水希土類リン酸塩のうち、イットリウムと HREE を含むのは正方晶系鉱物ゼノタイムであり、一方単斜晶系モナザイト相はセリウムと LREE を優先的に含みます。HREE はサイズが小さいため、地球のマントルを構成する岩石形成鉱物への固溶度が高く、そのためイットリウムと HREE は、コンドライトの豊富さに比べて地殻内でセリウムと LREE より濃縮度が低くなります。これには経済的な影響があります。LREE の大きな鉱体は世界中で知られており、採掘されています。HREE の鉱体はより希少で、より小さく、より低濃度です。現在の HREE の供給のほとんどは、中国南部の「イオン吸収粘土」鉱石に由来しています。いくつかのバージョンでは、約65％のイットリウム酸化物を含む濃縮物が提供され、重希土類元素はオッド・ハーキンスの法則を反映した比率で存在しています。つまり、偶数希土類元素はそれぞれ約5％、奇数希土類元素はそれぞれ約1％の割合で存在しています。同様の組成はゼノタイムやガドリナイトにも見られます。^[36]

イットリウムやその他の HREE を含むよく知られた鉱物には、ガドリン石、ゼノタイム、サマルスカイト、ユークセナイト、ファーガソン石、イットロタンタライト、イットロタングスタイト、イットロフルオライト (フルオライトの一種)、タレナイト、イットリアライトなどがある。ジルコンにも少量含まれており、ジルコンの典型的な黄色の蛍光は、付随する HREE の一部に由来する。南グリーンランドで発見されるジルコニウム鉱物のユーディアライトには、少量だが潜在的に有用な量のイットリウムが含まれている。上記のイットリウム鉱物のほとんどは、発見当時、研究量のランタニドを供給する役割を果たした。ゼノタイムは、重砂処理の副産物として時々回収されるが、同様に回収されるモナザイト( 通常は数パーセントのイットリウムを含む )ほど豊富ではない。オンタリオ州のウラン鉱石からは時折、副産物としてイットリウムが産出されることがある。^[36]

セリウムやその他のLREEを含むよく知られた鉱物には、バストネサイト、モナザイト、アラナイト、ロパライト、アンキシライト、パリサイト、ランタニド、シェブキナイト、セライト、スティルウェライト、ブリソライト、フルオセライト、セリアナイトなどがあります。モナザイト（ブラジル、インド、オーストラリアの海砂、南アフリカの岩石）、バストネサイト（マウンテンパス希土類鉱山、または中国のいくつかの産地）、ロパライト（ロシアのコラ半島）は、セリウムと軽ランタニドの主要鉱石です。^[36]

地球の表面に希土類元素を多く含む鉱床であるカーボナタイトとペグマタイトは、地殻変動がある場所や沈み込み帯の近くにある地質構造の環境で発生する珍しい種類のマグマ活動であるアルカリ深成岩活動に関連しています。^{[35]地殻変動のある環境では、}上部マントル（深さ200～600 km）のガーネットペリドタイトがごくわずかに部分溶融（<1%）することでアルカリマグマが生成されます。 ^[35]この溶融物は、結晶質残留物から希土類元素などの不適合元素が浸出することで、それらの元素を豊富に含むようになります。結果として生じるマグマは、既存の亀裂に沿ってダイアピルまたはダイアトリームとして上昇し、地殻の深部に留まるか、地表で噴火します。リフト地帯で形成される典型的な REE に富む鉱床の種類は、カーボナタイト、A 型および M 型花崗岩です。^{[34] [35]}沈み込み帯の近くでは、沈み込むプレートがアセノスフェア(深さ 80 ～ 200 km) 内で部分的に溶融し、揮発性物質に富むマグマ (高濃度の CO2 と水) が生成されます_。このマグマはアルカリ元素の濃度が高く、希土類元素が強く分配された高い元素移動性を備えています。^[34]この溶融物は、既存の亀裂に沿って上昇し、沈み込むスラブの上の地殻に定着するか、地表で噴出することもあります。これらの溶融物から形成される REE に富む鉱床は、通常、S 型花崗岩です。^{[34] [35]}

希土類元素に富むアルカリ性マグマには、カーボナタイト、過アルカリ性花崗岩（ペグマタイト）、霞石閃長岩などがある。カーボナタイトは、炭酸_塩岩を部分的に溶融して炭酸塩に富む初生マグマを生成するか_、アルカリ性初生マグマの分別結晶化によって、または炭酸塩に富む非混和性の液体を分離することによって生成される、CO ₂に富む流体から結晶化する。^{[34] [35]}これらの液体は、アフリカやカナダ楯状地で見られるような、非常に深い先カンブリア代クラトンに関連して形成されることが最も一般的である。 ^[34]鉄カーボナタイトは、希土類元素に富む最も一般的なタイプのカーボナタイトであり、火成岩複合体の中心部に後期段階の角礫化したパイプとして配置されることが多い。これらは細粒の方解石と赤鉄鉱から成り、時にはかなりの濃度のアンケライトと微量のシデライトを含む。^{[34] [35]}希土類元素に富む大規模なカーボナタイト鉱床には、オーストラリアのウェルド山、カナダのソー湖、南アフリカのザンドコプスドリフト、米国のマウンテンパスなどがある。 ^[35] 過アルカリ性花崗岩（A型花崗岩類）は、アルカリ元素の濃度が非常に高く、リンの濃度が非常に低い。これらは、火成環状複合体、またはパイプ、塊状体、レンズとして、伸張帯の中程度の深さに堆積する。^{[34] [35]}これらの流体は粘度が非常に低く、元素の移動性が高いため、定置後の結晶化時間が比較的短いにもかかわらず、大きな粒子の結晶化が可能になる。粒径が大きいため、これらの鉱床は一般にペグマタイトと呼ばれている。^[35]経済的に採算のとれるペグマタイトは、リチウム・セシウム・タンタル（LCT）型とニオブ・イットリウム・フッ素（NYF）型に分けられ、NYF型は希土類鉱物に富む。希土類ペグマタイト鉱床の例としては、カナダのストレンジ・レイクやモンゴルのカラデーン・ブレグテイなどがある。^[35]霞石閃長岩（M型花崗岩）鉱床は、90％が長石と長石質鉱物である。これらは小さな円形の塊に堆積しており、希土類元素を含む副次鉱物を高濃度で含んでいる。^{[34] [35]}これらの鉱床のほとんどは小規模だが、重要な例としては、グリーンランドのイリマウサック・クヴァネフェルトやロシアのロボゼラなどがある。^[35]

希土類元素は、熱水や天水との相互作用、または耐性REE含有鉱物の浸食と輸送による二次的変質によっても鉱床に濃縮されることがある。一次鉱物の粘土化により、シリカやその他の可溶性元素が浸出することで不溶性元素が濃縮され、長石がカオリナイト、ハロイサイト、モンモリロナイトなどの粘土鉱物に再結晶する。降水量が多い熱帯地域では、風化によって厚い粘土化したレゴリスが形成される。このプロセスはスーパージェネン濃縮と呼ばれ、ラテライト鉱床を生成する。重希土類元素は吸収によって残留粘土に組み込まれる。この種の鉱床は、世界の重希土類元素生産の大部分が行われている中国南部でのみREEの採掘が行われる。REEラテライトは、オーストラリアのウェルド山のカーボナタイトの上など、他の場所でも形成される。堆積性母岩にREEを含む重抵抗性鉱物が含まれている場合、REEは砂鉱床から抽出されることもあります。^[35]

2011年、太平洋の海底泥の研究を率いた東京大学の地質学者加藤康弘氏は、泥に希土類鉱物が豊富に含まれる可能性があることを示す結果を発表した。78地点で研究された堆積物は、「熱水噴出孔からの熱いプルームがこれらの物質を海水から引き出し、数千万年かけて少しずつ海底に堆積させたもの」である。日本の地質学者は、幅2.3キロメートルの金属を豊富に含む泥の1つの正方形の区画に、1年間の世界需要のほとんどを満たすのに十分な希土類が含まれている可能性があると、Nature Geoscienceに報告している。「海底の希土類資源は陸上の資源よりもはるかに有望だと考えています」と加藤氏は述べた。「希土類の濃度は、中国で採掘された粘土に含まれる濃度に匹敵します。一部の堆積物には、ハイブリッド車のモーターの磁石の成分であるジスプロシウムなどの重希土類が2倍含まれていました。」^{[36] [37]}

希土類元素（REE）の世界需要は2030年までに5倍以上に増加すると予想されています。^{[38] [39]}

REE の地球化学的分類は、通常、原子量に基づいて行われます。最も一般的な分類の 1 つは、REE を 3 つのグループに分けるものです。軽希土類元素 (LREE - ₅₇ La から₆₀ Nd)、中希土類元素 (MREE - ₆₂ Sm から₆₇ Ho)、重希土類元素 (HREE - ₆₈ Erから_{71 Lu) です。REE は通常、三価イオンとして現れますが、Ce と Eu は、システムの酸化還元状態に応じて Ce} ⁴⁺と Eu ²⁺の形をとることがあります。その結果、REE は化学反応性において実質的に同一であることが特徴で、その結果、一連の元素の特性というよりも、地球化学プロセス中に連続的な挙動を示します。Sc、Y、および Lu は、他の希土類元素には f 価電子がありますが、これらにはf価電子がないため、電子的に他の希土類元素と区別できますが、化学的挙動はほぼ同じです。

REE の地球化学的挙動の特徴的な要因は、いわゆる「ランタノイド収縮」に関連しています。これは、系列に沿った元素の原子/イオン半径の予想よりも大きな減少を表します。これは、 6 sおよび 5 d軌道の電子に対抗する4 f軌道の漸進的な充填による、核電荷に対する遮蔽効果の変化によって決まります。ランタノイド収縮は、ランタノイドの地球化学に直接影響を及ぼし、関与するシステムやプロセスに応じて異なる挙動を示します。ランタノイド収縮の影響は、同様の電荷と半径を持つ元素が首尾一貫した地球化学的挙動を示すはずのCHARAC型地球化学システム（電荷と半径が制御された^{[40] ）と、ランタノイド収縮がイオンポテンシャルに}影響を及ぼすため電子構造も考慮すべき重要なパラメータである水溶液などの非CHARACシステムの両方でREEの挙動に観察できます。直接的な結果として、配位結合の形成中に、REEの挙動はシリーズに沿って徐々に変化します。さらに、ランタノイド収縮により、Ho ³⁺のイオン半径（0.901Å）がY ³⁺のイオン半径（0.9Å）とほぼ同じになるため、後者をREEに含めることが正当化されます。

地質学への希土類元素の応用は、火成岩、堆積岩、変成岩の形成の岩石学的プロセスを理解する上で重要です。地球化学では、希土類元素は、元素間の原子サイズの微妙な違いによって岩石に影響を与えた岩石学的メカニズムを推測するために使用できます。この違いにより、作用しているプロセスに応じて、一部の希土類元素が他の希土類元素よりも 優先的に分別されます。

希土類元素の地球化学研究は、他の化学元素で通常行われるように絶対濃度で行われるのではなく、連続的な挙動を観察するために正規化された濃度で行われます。地球化学では、希土類元素は通常、正規化された「スパイダー」図で表されます。この図では、希土類元素の濃度が参照標準に対して正規化され、その値の 10 を底とする対数として表されます。

一般的に、希土類元素はコンドライト隕石に正規化されます。これは、これらが未分別太陽系物質の最も近い代表であると考えられているためです。ただし、研究の目的に応じて他の正規化基準を適用することもできます。特に未分別であると考えられる物質の標準参照値に正規化することで、観測された存在量を元素の初期存在量と比較することができます。正規化により、偶数原子番号と奇数原子番号の存在量の違いによって生じる顕著な「ジグザグ」パターンも除去されます。正規化は、次の式に従って、系列の各元素の分析濃度を特定の標準中の同じ元素の濃度で割ることによって実行されます。

${\displaystyle [{\text{REE}}_{i}]_{n}={\frac {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{sam}}}{[{\text{REE}}_{i}]_{\text{std}}}}}$

ここでnは正規化された濃度、サンプル中で測定された元素の分析濃度、および参照物質中の同じ元素の濃度を示す。^[41]${\displaystyle {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{sam}}}}$${\displaystyle {[{\text{REE}}_{i}]_{\text{ref}}}}$

REEの連続的な傾向は、原子番号に対して正規化された濃度を報告することによって観察することができます。スパイダーダイアグラムで観察される傾向は、通常「パターン」と呼ばれ、対象物質に影響を与えた岩石学的プロセスの診断となる可能性があります。^[27]

パターンの一般的な形状、またはいわゆる「異常」の有無によって、調査対象のシステムと発生している地球化学プロセスに関する情報が得られます。異常は、系列に沿った特定の元素の濃縮 (正の異常) または枯渇 (負の異常) を表し、REE パターンに沿った正または負の「ピーク」としてグラフィカルに認識できます。異常は、異常を示す元素の正規化濃度と、系列の前の位置と次の位置にある 2 つの元素の正規化濃度の平均に基づいて予測可能な濃度との比率として、次の式に従って数値化できます。

${\displaystyle {\frac {{\text{REE}}_{i}}{{\text{REE}}_{i}^{*}}}={\frac {[{\text{REE}}_{i}]_{n}\times 2}{[{\text{REE}}_{i-1}]_{n}+[{\text{REE}}_{i+1}]_{n}}}}$

ここで、異常値を計算する必要のある元素の正規化濃度と、系列に沿ったそれぞれの前と次の元素の正規化濃度です。 ${\displaystyle [{\text{REE}}_{i}]_{n}}$${\displaystyle [{\text{REE}}_{i-1}]_{n}}$${\displaystyle [{\text{REE}}_{i+1}]_{n}}$

火成岩に見られる希土類元素のパターンは、主に岩石の起源の化学と、岩石が受けてきた分別履歴の関数です。^{[27]分別は、各元素の}分配係数の関数です。分配係数は、微量元素（希土類元素を含む）の液相（溶融物/マグマ）と固相（鉱物）への分別を左右します。ある元素が優先的に固相に残る場合は「適合性」と呼び、優先的に溶融相に分配される場合は「不適合」と表現されます。^[27]各元素は分配係数が異なり、したがって固相と液相に明確に分別されます。これらの概念は、変成岩や堆積岩の岩石学にも当てはまります。

火成岩、特に珪長質溶融物では、次のような観察結果が当てはまります。ユーロピウムの異常は長石の結晶化によって支配されています。角閃石は、LREEおよびHREEと比較してMREEの濃縮を制御します。HREEに対するLREEの減少は、オリビン、斜方輝石、単斜輝石の結晶化による可能性があります。一方、LREEに対するHREEの減少は、ガーネットの存在による可能性があります。ガーネットはHREEを結晶構造に優先的に組み込むためです。ジルコンの存在も同様の効果を引き起こす可能性があります。^[27]

堆積岩では、砕屑性堆積物中の希土類元素がその起源を示すものである。希土類元素の濃度は、海水や河川水によって通常影響を受けることはない。希土類元素は不溶性であり、これらの流体中の濃度は非常に低いからである。その結果、堆積物が輸送されても、希土類元素の濃度は流体の影響を受けず、代わりに岩石はその発生源からの希土類元素の濃度を保持する。^[27]

海水や河川水には、一般的に希土類元素の濃度が低い。しかし、水質地球化学は依然として非常に重要である。海洋では、希土類元素は河川、熱水噴出孔、風成源からの流入を反映しており、^[27]これは海洋の混合と循環の調査において重要である。^[29]

希土類元素は、放射性同位元素の中には半減期が長いものもあるため、岩石の年代測定にも役立ちます。特に興味深いのは、¹³⁸ La- ¹³⁸ Ce、¹⁴⁷ Sm - ¹⁴³ Nd、¹⁷⁶ Lu ^-176 Hf 系です。^[29]

1948年まで、世界の希土類のほとんどはインドとブラジルの砂鉱床から産出されていました。1950年代を通じて、南アフリカは西ケープ州のスティーンカンプスクラール鉱山のモナザイトが豊富な岩礁から世界の希土類の産出国でした。 ^[42] 1960年代から1980年代にかけて、カリフォルニア州のマウンテンパス希土類鉱山により、米国は最大の産出国となりました。今日でもインドと南アフリカの鉱床では希土類精鉱がいくらか産出されていますが、中国の生産規模に比べると小さくなっています。2017年、中国は世界の希土類供給量の81％を生産し、そのほとんどは内モンゴルで生産しましたが、^{[8] [43]}埋蔵量は36.7％に過ぎませんでした。オーストラリアは世界生産量の15％を占め、2番目で唯一の他の主要産出国でした。^{[44]世界の重希土類元素（ジスプロシウムなど）はすべて、}バヤンオボ多金属鉱床などの中国の希土類元素資源から産出されています。^{[43] [45]}西オーストラリア州北部のホールズクリークから南東に160kmに位置するブラウンズレンジ鉱山は、2018年に開発が進められており、中国以外で最初の重要なジスプロシウム生産者となる予定です。^[46]

REEは、創出されつつある新しい革新的技術に不可欠であるという事実により、需要が増加している。REEを必要とするこれらの新製品は、スマートフォン、デジタルカメラ、コンピュータ部品、半導体などのハイテク機器である。さらに、これらの元素は、再生可能エネルギー技術、軍事機器、ガラス製造、冶金などの業界でより普及している。^[47] 需要の増加により供給が逼迫しており、世界がまもなく希土類元素不足に直面するのではないかとの懸念が高まっている。^[48] 2009年から数年間で、主要な新しい供給源が開発されない限り、希土類元素の世界的な需要は年間4万トン供給を上回ると予想されている。^[49] 2013年には、EUがこれらの元素に依存していること、希土類元素を他の元素で代替できないこと、およびREEのリサイクル率が低いことから、REEの需要が増加すると述べられた。さらに、需要の増加と供給の減少により、将来的には価格が上昇すると予想され、中国以外の国でもREE鉱山が開設される可能性がある。^[50]さらに、中国国外でも100を超える採掘プロジェクトが進行中であり、選択肢は豊富である。^[51]

こうした懸念は、主要供給国である中国の行動によって強まっている。^[52]具体的には、中国は輸出規制と密輸取り締まりを発表している。^[53] 2009年9月1日、中国は希少資源の保全と環境保護のため、2010年から2015年にかけて輸出割当量を年間3万5000トンに削減する計画を発表した。^[54] 2010年10月19日、チャイナ・デイリーは、匿名の商務省当局者の発言を引用し、中国は「来年、貴金属の過剰採掘を防ぐため、希土類の輸出割当量を最大30％削減する」と報じた。^[55]北京政府は、小規模な独立系鉱山会社に対し、国有企業への合併を強制するか、そうでなければ閉鎖するよう強制することで、さらに統制を強化した。 2010年末、中国は2011年の希土類の第一弾輸出割当量を14,446トンと発表した。これは2010年の前回第一弾割当量から35%の減少であった。^[56]中国は2011年7月14日、その年の下半期のさらなる輸出割当量を発表し、総割当量は30,184トン、生産量は93,800トンを上限としていた。^[57]中国は2011年9月、中国の希土類総生産量のほぼ40%を占める8つの主要希土類鉱山のうち3つの生産停止を発表した。^[58] 2012年3月、米国、EU、日本はWTOでこれらの輸出および生産制限について中国と対立した。中国は、制限は環境保護を念頭に置いていると主張して応じた。^{[59] [60]} 2012年8月、中国はさらに20％の生産削減を発表した。^[61] 米国、日本、欧州連合は2012年に世界貿易機関に共同訴訟を起こし、中国はこのような重要な輸出を拒否するべきではないと主張した。^[60]

他国（オーストラリアのライナス、米国のモリコープ）での新しい鉱山の開設に応じて、希土類元素の価格は下落した。^[62] 酸化ジスプロシウムの価格は2011年には1kgあたり994米ドルであったが、2014年には1kgあたり265米ドルに下落した。^[63]

2014年8月29日、WTOは中国が自由貿易協定に違反したとの裁定を下し、主要な調査結果の要約の中で「外国および国内の規制の全体的な効果は、国内での採掘を奨励し、中国の製造業者によるこれらの材料の優先的な使用を確保することである」と述べた。中国は、2014年9月26日に裁定を実施すると宣言したが、それには時間がかかるだろう。2015年1月5日までに、中国は希土類の輸出割当をすべて撤廃したが、輸出許可は依然として必要である。^[64]

2019年、中国は17種の希土類粉末の世界需要の85～95％を供給し、その半分はミャンマーから供給された。^{[65] [疑わしい–議論する]} 2021年に同国で軍事クーデターが発生した後、重要な鉱石の将来的な供給はおそらく制約を受けるだろう。さらに、米国とEU諸国による経済制裁に対抗するため、中国が再び希土類の輸出を削減する可能性があると推測された。希土類金属は、電気自動車の製造やハイテク軍事用途に不可欠な材料として使用されている。^[66]

ミャンマーのカチン州は世界最大のレアアースの産地である。^[67] 2021年12月、中国はミャンマーから2億ドル相当のレアアースを輸入し、その量は2万トンを超えた。 ^[68]レアアースは2010年代後半、中国・ミャンマー国境沿いのチプウィ郡パンワール近郊で発見された。 ^[69]中国は環境への悪影響を理由に国内の鉱山を閉鎖したため、レアアースの採掘の大部分をカチン州に委託している。^[68]中国企業や鉱山労働者は政府の許可なくカチン州に違法に操業し、代わりに中央政府を迂回して、旧称カチン新民主軍として知られたタマドゥ軍傘下の国境警備隊民兵と協力してこの採掘産業から利益を得ている。^{[68] [70]} 2022年3月現在、シンガポールの領域を含むカチン州では、300か所に散在する2,700の採掘場が発見されており、2016年から急増しています。 ^[68]採掘活動を行うために地元住民から土地が接収されることもあります。^{[68][アップデート]}

中国からの金属の需要増加と輸出規制強化の結果、一部の国は希土類資源を備蓄している。^[71]オーストラリア、ブラジル、カナダ、南アフリカ、タンザニア、グリーンランド、米国での代替資源の探索が進行中である。^{[72]これらの国の鉱山は、1990年代に中国が世界価格を下回ったときに閉鎖され、}参入障壁が多いため、生産を再開するには数年かかるだろう。^{[53] [73]}中国以外で開発中の重要な場所には、南アフリカのステーンカンプスクラールがある。これは世界最高品位の希土類およびトリウム鉱山で、1963年に閉鎖されたが、生産再開に向けて準備を進めている。^[74]インフラの80％以上がすでに完成している。^[75]その他の鉱山には、オーストラリア中部のノーランズプロジェクト、アラスカのボカンマウンテンプロジェクト、カナダ北部の遠隔地にあるホイダスレイクプロジェクト、 ^{[76]オーストラリアの}マウントウェルドプロジェクトなどがあります。^{[43] [73] [77]}ホイダスレイクプロジェクトは、北米で毎年消費される10億ドルのREEの約10％を供給する可能性があります。^[78] ベトナムは2010年10月に、北西部のライチャウ省から日本に希土類元素を供給する協定に署名しましたが、^[79]意見の相違により取引は実現しませんでした。^[80]

米国最大の希土類元素鉱床は、カリフォルニア州マウンテンパスにあり、ラスベガスの南60マイルに位置しています。この鉱床はもともとモリコープ社によって開拓され、1951年以来断続的に採掘されてきました。 ^{[43] [82]}ネブラスカ州南東部のエルククリークにある2番目の大規模な希土類元素鉱床^{[83]は、ニオコープ・デベロップメント社[84]}によって検討されており、同社はニオブ、スカンジウム、チタンの鉱山を開設したいと考えています。^[85]この鉱山は、年間最大7200トンのフェロニオブと95トンの三酸化スカンジウムを生産できる可能性がありますが、^[86] 2022年時点で資金調達はまだ進行中です。^[83]

英国では、ペンサナが英国政府の自動車変革基金から資金を確保した1億9500万ドルの希土類処理工場の建設を開始した。この工場では、アンゴラのロンゴンジョ鉱山やその他の供給源からの鉱石が利用可能になり次第、処理される。^{[87] [88]}同社は2023年後半に生産を開始し、2024年にフル稼働を目指している。ペンサナは、磁石金属希土類4500トンを含む、分離された希土類12500トンの生産を目指している。^{[89] [90]}

また、採掘場所として検討されているのは、ノースウエスト準州のトール湖やベトナムのさまざまな場所などである。^{[43] [49] [91]さらに、2010年には、}グリーンランド南部のクヴァネフィエルドで大規模な希土類鉱物の鉱床が発見された。^[92]この場所での予備的採掘では、約1％の希土類酸化物（REO）を含む黒色ルジャヴライトが大量に確認された。^[93]欧州連合は、グリーンランドに対し、同国での中国による希土類プロジェクトの開発を制限するよう要請したが、2013年初頭の時点で、グリーンランド政府はそのような制限を課す予定はないと述べている。^[94]多くのデンマークの政治家は、2012年12月に可決された法律により、近い将来に中国企業からの外国人労働者や投資の数が増える可能性があることを考えると、中国を含む他の国が人口の少ないグリーンランドに影響力を強める可能性があると懸念を表明している。^[95]

スペイン中部のシウダー・レアル県では、提案されている希土類鉱山プロジェクト「マタムラス」が、開発者によると、年間最大2,100 Tn（UEの年間需要の33%）の供給が可能になる可能性がある。しかし、このプロジェクトは社会的および環境的懸念から地方当局によって中止されている。^[96]

潜在的な鉱山候補地として、オーストラリア証券取引所に上場しているピーク・リソーシズは2012年2月、タンザニアに拠点を置くヌアラ・プロジェクトが中国以外で6番目に大きい鉱床を有するだけでなく、6番目に高い品位の希土類元素を含むと発表しました。^[97]

北朝鮮は2014年5月から6月にかけて、中国に約188万ドル相当の希土類鉱石を輸出したと報告されている。^{[98] [99]}

2012年5月、日本の2つの大学の研究者が愛媛県で希土類元素を発見したと発表した。^[100]

2023年1月12日、スウェーデンの国営鉱山会社LKABは、同国のキルナ地域で100万トンを超える希土類の鉱床を発見したと発表した。これはヨーロッパ最大の希土類鉱床となる。^[101]

中国は世界の希土類元素の約90％と世界のリチウムの60％を処理している。その結果、欧州連合は実質的にすべての希土類元素を中国から輸入している。2023年のEU重要原材料法は、電気自動車とエネルギー貯蔵に必要なリチウムイオン電池の3分の2をヨーロッパで生産するために必要な政策調整を実行に移した。^{[39] [102] [103] 2024年には、EUが支援するリチウム採掘プロジェクトが}セルビアで大規模な抗議を引き起こした。^[104]

2024年にアメリカン・レア・アース社は、ワイオミング州ウィートランド近郊の埋蔵量が合計23億4千万トンであると発表しました。これはおそらく世界最大であり、ワイオミング州北東部の別の120万トンの鉱床よりも大きいものです。^[105]

2024年6月、レアアース・ノルウェーはノルウェーのテレマルクで880万トンの希土類酸化物鉱床を発見し、これはヨーロッパ最大の希土類元素鉱床となった。この鉱山会社は、2030年に採掘の第一段階の開発を完了すると予測している。^[106]

2011年初頭、オーストラリアの鉱山会社ライナス社が、マレー半島の工業港クアンタンの東海岸に2億3000万ドルをかけてレアアース精錬所を「急いで完成させている」と報じられた。この工場は、オーストラリアのマウントウェルド鉱山の鉱石（ランタニド濃縮物）を精錬する。鉱石はトラックでフリーマントルに運ばれ、コンテナ船でクアンタンに輸送される。ライナス社は、2年以内に精錬所が中国を除く世界のレアアース需要のほぼ3分の1を満たすことができると予想していると言われている。^{[107]クアンタンの開発は、}マレーシアのペラ州ブキット・メラという町に新たな注目を集めた。この町では、三菱ケミカルの子会社であるアジアン・レア・アースが運営していたレアアース鉱山が1994年に閉鎖され、環境と健康への懸念が続いている。^{[108] [109]} 2011年半ば、抗議活動の後、マレーシア政府はライナス工場に対する規制を発表した。当時、購読者限定のダウ・ジョーンズ通信の報道を引用したバロンズ紙の報道では、ライナスの投資額は7億3000万ドルで、世界市場のシェアは「約6分の1」になると予想されていた。^[110]マレーシア政府が開始し、国際原子力機関（IAEA）が2011年に実施した放射能の危険性に関する懸念に対処するための独立調査では、国際的な放射線安全基準への違反は発見されなかった。^[111]

しかし、マレーシア当局は、2011年10月時点でライナス社はマレーシアへの希土類鉱石の輸入許可を一切得ていないことを確認した。2012年2月2日、マレーシア原子力認可委員会（AELB）は、ライナス社にいくつかの条件を満たすことを条件に暫定操業許可を発行するよう勧告した。2014年9月2日、ライナス社はAELBから2年間の完全操業段階許可を取得した。^[112]

2024年11月17日、ラフィジ・ラムリ経済大臣は 、中国との技術提供に関する協議を通じて、マレーシアが3年以内に希土類元素を生産できるようになることを期待していると述べた。^[113]過去には、ケダ州での希土類元素の採掘計画により、森林保護区の破壊や水源地への被害が懸念された。^{[114] [115]}

エストニアのシラマエでは、 50年にわたるウラン鉱石、頁岩、ロパライト採掘で蓄積された鉱滓に、相当量の希土類酸化物が含まれていることが発見されている。^[116]希土類の価格上昇により、これらの酸化物の抽出は経済的に実行可能となった。現在、エストニアは年間約3,000トンを輸出しており、これは世界の生産量の約2％に相当します。^[117]同様の資源が米国西部にあると疑われており、ゴールドラッシュ時代の鉱山では、当時は価値がなかったため、大量の希土類が廃棄されたと考えられています。^[118]

2013年1月、日本の深海調査船が南鳥島の南約250キロメートル（160マイル）の太平洋海底、水深5,600～5,800メートルから深海泥コアサンプル7個を採取した。 [ ^119]研究チームは海底下2～4メートルに最大0.66％の希土類酸化物濃度を持つ泥層を発見した。潜在的な鉱床は、中国の希土類酸化物鉱山生産の大部分を供給する中国南部のイオン吸収型鉱床（希土類酸化物の品位は0.05％～0.5％の範囲）に匹敵する品位である可能性がある。^{[120] [121]}

最近開発されたもう一つの希土類元素の供給源は、電子廃棄物や、希土類元素を多く含むその他の廃棄物である。 ^[122]リサイクル技術の進歩により、これらの材料からの希土類元素の抽出コストが低下した。^[123]日本ではリサイクル工場が稼働しており、未使用の電子機器から推定30万トンの希土類元素が発見されている。^[124]フランスでは、ローディアグループがラ・ロシェルとサン・フォンに2つの工場を建設中で、使用済みの蛍光灯、磁石、電池から年間200トンの希土類元素を生産する予定である。 ^{[125] [126]} 石炭^{[127]および}灰やスラッジなどの石炭副産物は、希土類元素（REE）を含む重要な元素の潜在的な供給源であり、その量は5,000万トンの範囲と推定されている。^[128]

ある研究では、フライアッシュとカーボンブラックを混ぜ、1秒間の電流​​パルスを混合物に流し、3,000 °C (5,430 °F) まで加熱しました。フライアッシュには、金属を包み込む微細なガラス片が含まれています。熱によりガラスが砕け、希土類元素が露出します。また、急速加熱により、リン酸塩が酸化物に変換され、溶解性が高く抽出しやすくなります。従来の方法の1%未満の濃度の塩酸を使用したこのプロセスでは、2倍の量の物質が抽出されました。^[129]

化学教授アンドレア・セラによると、希土類元素は他の元素と異なり、分析的に見ると、ほとんど同じ化学的性質を持ち、実質的に分離不可能である。しかし、電子的および磁気的性質の点では、それぞれが他の何物にもできない独自の技術的ニッチを占めている。^[2]たとえば、「希土類元素のプラセオジム(Pr) とネオジム(Nd) はどちらもガラスの中に埋め込むことができ、ガラス吹きの際に炎のまぶしさを完全に遮断します。」^[2]

希土類元素の用途、応用、需要は長年にわたって拡大してきました。世界的に、希土類元素のほとんどは触媒と磁石に使用されています。^[130]米国では、希土類元素の半分以上が触媒に使用されており、セラミック、ガラス、研磨も主な用途です。^[131]

希土類元素のその他の重要な用途は、高性能磁石、合金、ガラス、電子機器の製造に応用できます。Ce と La は触媒として重要であり、石油精製やディーゼル添加剤として使用されます。Nd は、従来の技術と低炭素技術における磁石製造に重要です。このカテゴリの希土類元素は、ハイブリッド車や電気自動車の電気モーター、一部の風力タービンの発電機、ハードディスクドライブ、ポータブル電子機器、マイク、スピーカーに使用されます。^{[引用が必要]}

Ce、La、Ndは合金製造、燃料電池、ニッケル水素電池の製造に重要です。Ce、Ga、Ndは電子機器に重要で、LCDやプラズマスクリーン、光ファイバー、レーザーの製造に使用され、^[132]医療用画像にも使用されています。希土類元素のその他の用途としては、医療用途、肥料、水処理におけるトレーサーなどがあります。^[29]

REEは、植物の成長、生産性、ストレス耐性を高めるために農業で使用されており、人間や動物の消費に悪影響はないようです。REEは、中国で広く使用されているREE強化肥料を通じて農業に使用されています。^[133]さらに、REEは家畜の飼料添加物であり、動物の大型化や卵や乳製品の生産量の増加などの生産性向上をもたらしています。しかし、この慣行は家畜の体内でのREEの生体内蓄積をもたらし、これらの農業地域の植物や藻類の成長に影響を与えています。^[134]さらに、現在の低濃度では悪影響は観察されていませんが、長期にわたる影響や時間の経過による蓄積は不明であり、その可能性のある影響についてさらに研究するよう求める声もあります。^{[133] [135]}

希土類元素は、自然界では極めて低濃度で存在する。鉱山は環境や社会基準が非常に低い国にあることが多く、人権侵害、森林破壊、土地や水の汚染につながっている。^{[136] [137]}一般的に、希土類元素1トンの抽出で、放射性廃棄物1トンを含む、部分的に有毒な廃棄物が約2,000トン発生すると推定されている。希土類元素の最大の採掘場である中国のバヤンオボでは、 7万トン以上の放射性廃棄物が生産され、地下水を汚染した。^[138]

鉱山や工業地帯の近くでは、REE の濃度が通常の背景レベルの何倍にも上昇することがあります。環境に入ると、REE は土壌に浸出する可能性があり、その移動は侵食、風化、pH、降水量、地下水など、さまざまな要因によって決まります。金属とよく似た働きをするため、土壌の状態に応じて運動性または土壌粒子に吸着された状態になります。生物学的利用能に応じて、REE は植物に吸収され、その後、人間や動物に消費されます。REE の採掘、REE を多く含む肥料の使用、およびリン肥料の生産はすべて、REE 汚染の一因となっています。^[139]さらに、REE の抽出プロセスでは強酸が使用され、それが環境に浸出して水域を移動し、水生環境の酸性化を引き起こす可能性があります。REE 採掘の添加物で REE 環境汚染の一因となるもう 1 つの添加物は、酸化セリウム( CeO
₂）はディーゼル燃料の燃焼時に生成され、排気ガスとして放出され、土壌や水質の汚染に大きく寄与している。^[134]

レアアースの採掘、精製、リサイクルは、適切に管理されなければ、深刻な環境被害をもたらす。レアアース鉱石中のトリウムとウランの発生によって生じる低レベルの放射性鉱滓は潜在的な危険を及ぼし^{[140] [141]}、これらの物質の不適切な取り扱いは広範囲にわたる環境被害をもたらす可能性がある。2010年5月、中国は環境とその資源を保護するために、5か月にわたる大規模な違法採掘取り締まりを発表した。このキャンペーンは、一般的に小規模で田舎で違法に操業されている鉱山が一般水道に有毒廃棄物を放出する傾向が特に強い南部に集中すると予想されている^{[142 ]。 [43] [143]}しかし、世界のレアアース供給の多くを精製している内モンゴルの包頭での大規模な操業でさえ、大きな環境被害を引き起こしている。 ^[144]中国工業情報化部は、江西省での浄化費用を55億ドルと見積もっている。^[137]

しかし、鉱山施設から排水とともに流出する希土類元素を濾過して回収することは可能である。しかし、そのような濾過・回収装置は、排水口に必ずしも設置されているわけではない。^{[145] [146] [147]}

希土類元素（REE）は現代の技術と社会にとって不可欠であり、最も重要な元素の1つです。それにもかかわらず、通常、最終製品からリサイクルされる希土類元素は約1％にすぎません。^[148]希土類元素のリサイクルと再利用は簡単ではありません。これらの元素は主に小さな電子部品に微量に存在し、化学的に分離するのが困難です。^[149]たとえば、ネオジムを回収するには、ハードディスクドライブを手作業で分解する必要があります。ドライブを細断しても希土類元素の10％しか回収できないためです。^[150]

REEのリサイクルと再利用は近年ますます注目されている。主な懸念事項としては、REEリサイクル中の環境汚染とリサイクル効率の向上が挙げられる。2004年に発表された文献では、これまでに確立された汚染緩和策に加えて、より循環的なサプライチェーンが抽出時点での汚染の一部緩和に役立つことが示唆されている。これは、すでに使用されているか、寿命を迎えているREEをリサイクルして再利用することを意味する。^[135] 2014年に発表された研究では、廃棄ニッケル水素電池からREEをリサイクルする方法が提案されており、回収率は95.16%であることが実証されている。^[151]既知および実験的なプロセスを拡大すれば、希土類元素は産業廃棄物から回収することもでき、採掘、廃棄物の発生、輸入による環境および健康への影響を実際に減らす可能性がある。^{[152] [153]}ある研究では、「循環型経済アプローチの実現により、気候変動への影響を最大200倍、REE採掘によるコストを最大70倍削減できる可能性がある」と示唆している。^[154]科学的レビューでレビューされたほとんどの報告された研究では、「二次廃棄物は化学的または生物学的浸出にかけられ、その後、REEをきれいに分離するための溶媒抽出プロセスが行われる」とされている。^[155]

現在、REE の安全な供給のために、2 つの重要なリソースが考慮されています。1 つは、REE を含む鉱石のある鉱山、レゴリスに含まれる粘土鉱床、^[156]海底堆積物、石炭フライアッシュ、^[157]などの一次リソースから REE を抽出することです。ある研究では、強力な有機リガンドであり、REE と錯体を形成したり沈殿したりできるクエン酸とシュウ酸を使用することで、石炭フライアッシュから REE を回収するグリーンシステムを開発しました。^{[158]もう 1 つは、電子廃棄物、産業廃棄物、都市廃棄物などの二次リソースからの回収です。電子廃棄物には REE が高濃度に含まれているため、現在[いつ? ]} REE リサイクルの主な選択肢となっています。ある調査によると、毎年世界中で約 5,000 万トンの電子廃棄物が埋め立て地に廃棄されています。電子廃棄物には相当量の希土類元素（REE）が含まれているにもかかわらず、現在電子廃棄物のわずか12.5％しかすべての金属にリサイクルされていません。^[149]

REEの採掘は生産地域周辺の土壌と水の汚染を引き起こし、クロロフィル生成の減少によってこれらの地域の植生に影響を与え、光合成に影響を与え、植物の成長を阻害しています。^[134]しかし、REE汚染の植生への影響は、汚染された環境に存在する植物に依存します。すべての植物がREEを保持および吸収するわけではありません。また、植生がREEを摂取する能力は、土壌に存在するREEの種類に依存するため、このプロセスに影響を与える要因は多数あります。^[159]農業植物は、環境中のREE汚染の影響を受ける主な植物であり、REEを吸収して蓄積する可能性が高い2つの植物はリンゴとビートです。^[139]さらに、希土類元素が水生環境に浸出して水生植物に吸収され、それが生物濃縮され、家畜や人間がその植物を食べると人間の食物連鎖に入り込む可能性がある。この状況の一例として、中国のホテイアオイ（Eichhornia crassipes）のケースがある。近くの農業地帯で希土類元素を多く含む肥料が使われたため、水が汚染された。水生環境がセリウムで汚染され、ホテイアオイのセリウム濃度は周囲の水の3倍になった。^[159]

REEの化学的性質は非常に類似しているため、人間に対しても同様の毒性を示すことが予想されます。死亡率研究では、REEの毒性はそれほど高くないことが示されています。^{[160]高濃度（60％）のREEを含む粉塵を長期（18か月）吸入すると、}塵肺症を引き起こすことが示されていますが、そのメカニズムは不明です。^[160]

希土類元素は主要な汚染物質ではないが、新技術における希土類元素の応用が進むにつれ、人体への安全な曝露レベルを理解する必要性が高まっている。^[161]希土類元素の採掘による副作用の1つは、バトウ（モンゴル）の大規模鉱山で実証されているように、有害な放射性トリウムへの曝露である。 ^[162] 希土類元素の採掘および製錬プロセスでは、空気中のフッ化物が放出され、これが総浮遊粒子（TSP）と結合してエアロゾルを形成し、人の呼吸器系に入り込む可能性がある。中国包頭の研究では、希土類元素鉱山付近の空気中のフッ化物濃度はWHOの制限値よりも高いことがわかっているが、この曝露による健康への影響は不明である。^[163]

中国の鉱山の近くに住む人々の分析では、採掘現場から遠く離れた対照群と比較して、血液、尿、骨、髪の毛のREE濃度が何倍も高く、 REEの生体内蓄積の可能性を示唆している。この高い濃度は、彼らが栽培した野菜、土壌、井戸水に含まれるREE濃度の高さと関連しており、高濃度は近くの鉱山によって引き起こされたことを示している。しかし、検出された濃度は健康に影響を与えるほど高くはなかった。^[164 ] 中国の路上塵埃中のREEの分析では、「健康被害の増大はない」と示唆されている。^[165] 同様に、中国の鉱山地域の穀物作物の分析では、健康リスクには低すぎる濃度が検出された。^[166]

ラットを様々なセリウム化合物に曝露させた実験では、主に肺と肝臓に蓄積することがわかりました。その結果、これらの臓器に関連した様々な健康への悪影響がもたらされました。^[167] REEは、体重を増やし、乳量を増やすために家畜の飼料に添加されてきました。 [ ^167]これらは豚の体重を増やすために最も一般的に使用されており、REEは豚の消化器系の消化率と栄養利用を高めることが発見されました。^[167]研究では、毒性とプラスの効果を比較した場合、用量反応があることが示されています。環境からの少量または適切な投与では悪影響はないようですが、より大量の投与は、特に蓄積する臓器に悪影響を及ぼすことが示されています。^[167]中国でのREEの採掘プロセスにより、特定の地域で土壌と水の汚染が発生しており、水域に運ばれると、水生生物に生物濃縮される可能性があります。さらに、REEに汚染された地域に住む動物の中には、臓器やシステムに問題があると診断されたケースもあります。^[134] REEは、魚を病気から守るため、淡水魚の養殖に使用されてきました。^[167] REEが家畜の飼料に積極的に使用されている主な理由の1つは、無機家畜飼料強化剤よりも優れた結果が得られたからです。^[168]

1982年のブキット・メラ放射能汚染後、マレーシアの鉱山は2011年に進行中の1億ドル規模の浄化作業の焦点となっている。放射能汚染物質11,000台分のトラックを丘の頂上に埋め立てた後、このプロジェクトでは2011年夏に「80,000本以上の放射性廃棄物を丘の頂上の貯蔵庫に移送する」ことが予定されている。^[109]

2011年5月、福島原発事故後、クアンタンではライナス精錬所とそこから出る放射性廃棄物をめぐって大規模な抗議活動が行われた。処理される鉱石のトリウム含有量は非常に低く、ライナスの創業者で最高経営責任者のニコラス・カーティス氏は「公衆衛生へのリスクは全くない」と述べた。三菱の工場で被災した患者の観察と治療に携わってきた医師のT・ジャヤバラン氏は「ライナスの保証を疑っている。鉱石のトリウム含有量が低いと安全だという主張は意味をなさない、なぜなら放射線被ばくは蓄積されるからだ」と語る。^[169]施設の建設は、2011年6月末までに完了すると見込まれる国連 IAEAの独立調査委員会の調査が完了するまで停止されている。 ^[170]マレーシア政府は6月下旬に新たな制限を発表した。^[110]

IAEAの調査委員会による調査は完了し、建設は中断されていない。ライナスは予算内で、2011年に生産を開始する予定である。IAEAは2011年6月に発表した報告書で、このプロジェクトで「国際放射線安全基準に違反するいかなる事例も発見されなかった」と結論付けた。^[171]

適切な安全基準が守られれば、希土類元素の採掘は比較的環境への影響が少ない。モリコープ（倒産前）は、社会的イメージを向上させるために環境規制をしばしば超えていた。^[172]

グリーンランドでは、環境問題への懸念から、クヴァネフィエルドに新たな希土類鉱山を建設するかどうかについて大きな論争が起きている。 ^[173]

中国は、資源枯渇と環境への懸念を、希土類鉱物生産部門に対する全国的な取り締まりの理由として公式に挙げている。^[58]しかし、中国の希土類政策には環境以外の動機もあるとされている。^[144]エコノミスト誌によると、「希土類金属の輸出を大幅に削減することは、中国の製造業者をサプライチェーンの上位に引き上げ、低品質の原材料ではなく価値の高い完成品を世界に販売できるようにするためである」とのことである。^[174]さらに、中国は現在、世界の希土類金属バリューチェーンを事実上独占している。^[175]（原鉱石を貴重な元素に変える精錬所や加工工場のすべて。^[176]）1970年代後半から1980年代後半の中国の政治家、鄧小平は次のように述べている。「中東には石油があり、我が国には希土類がある。これは極めて重要な戦略的意義を持っている。我々は希土類問題を適切に処理し、我が国の希土類資源の優位性を最大限に活用しなければならない。」^[177]

市場統制の一例として、ゼネラルモーターズの小型磁石研究部門が2006年に米国事務所を閉鎖し、スタッフ全員を中国に移転したことが挙げられます^[178]（中国の輸出割当は金属のみに適用され、磁石などの金属製品には適用されません）。

2010年9月22日、日本の海上保安庁による中国漁船船長の拘留を受けて、中国が日本への希土類酸化物（合金ではない）の輸出を禁止したと報じられたが^{[179] 、}公式には否定された[180] 。^{[181] [60]}漁船事件の数日前の2010年9月2日、エコノミスト誌は「中国は7月に一連の年間輸出削減の最新版を発表し、今回は40%削減して正確に30,258トンとした」と報じた。^{[182] [60]}

米国エネルギー省は2010年の重要物質戦略報告書の中で、輸入依存度において最も重要な元素としてジスプロシウムを特定した。 ^[183]

米国地質調査所と米国内務省が2011年に発表した報告書「中国の希土類産業」は、中国国内の産業動向を概説し、同国の生産の将来を左右する可能性のある国家政策を検証している。報告書は、過去20年間で中国の希土類鉱物生産のリードが加速していると指摘している。1990年、中国は希土類鉱物のわずか27%を占めていた。2009年の世界生産量は13万2000トンで、そのうち中国は12万9000トンを生産した。報告書によると、最近の傾向から、中国はこうした鉱物の世界への輸出を減速させるとみられる。「国内需要の増加により、政府は過去数年間、輸出割当量を徐々に削減してきた」。2006年、中国は国内の希土類生産者と取引業者47社、中外合作の希土類生産者12社に輸出を許可した。以来、規制は毎年強化されている。 2011年までに、国内の希土類生産者と取引業者は22社、中外合作の希土類生産業者は9社のみ認可された。政府は今後も厳しい規制を続ける方針だ。「中国の希土類開発計画案によると、2009年から2015年までの希土類の年間生産量は13万～14万[トン]に制限される可能性がある。希土類製品の輸出割当量は約3万5000[トン]で、政府は国内の希土類生産者と取引業者20社に希土類の輸出を許可する可能性がある。」^[184]

米国地質調査所は、米軍の保護の下、アフガニスタン南部で希土類鉱床の調査を積極的に行っている。2009年以来、USGSは、希土類金属を含む火山岩がヘルマンド州カナシン村付近に存在するというソ連の主張を検証するため、リモートセンシング調査と現地調査を実施してきた。USGSの研究チームは、セリウムやネオジムなどの軽希土類元素を含む死火山の中心部に、かなり広い岩石地帯を発見した。同チームは、130万トンの望ましい岩石を地図上に記したが、これは現在の需要レベルで約10年分の供給量に相当する。国防総省は、その価値を約74億ドルと見積もっている。^[185]

再生可能エネルギーの地政学に関する文献では、希土類元素の地政学的重要性が誇張されており、生産拡大に対する経済的インセンティブの力を過小評価していると主張されている。^{[186] [187]}これは特にネオジムに関係する。風力タービンに使用される永久磁石の役割から、ネオジムは再生可能エネルギーで稼働する世界では地政学的競争の主な対象の一つになるだろうと主張されてきた。しかし、この見方は、ほとんどの風力タービンにはギアがあり、永久磁石を使用していないことを認識していないとして批判されている。^[187]

エリック・アンブラーの1967年の国際的な犯罪スリラーの古典『ダーティ・ストーリー』（別名『ディス・ガン・フォー・ハイヤー』、映画『ディス・ガン・フォー・ハイヤー』（1942年）と混同しないように）のプロットは、架空のアフリカの国にある、採掘可能な希土類鉱床が豊富にある土地を支配するために、2つのライバルの鉱山カルテルが争う様子を描いている。^[188]

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