Jordartsmetaller

rare erth metals

De första jordartsmetallerna upptäcktes i Ytterby i Sverige år 1794. Därför har många av dessa fått namn uppkallade efter Ytterby såsom yttrium, terbium, erbium and ytterbium. Ytterby blev och är därmed ett världsnamn i geologiska kretsar.

Jordartsmetallerna är 17 till antalet, nämligen skandium (Sc) och yttrium (Y) i periodiska systemets grupp 3 samt lantan (La) och de övriga fjorton lantanoiderna Cerium (Ce) , Praseodym (Pr) , Neodym (Nd) , Prometium (Pm) , Samarium (Sm) , Europium (Eu) , Gadolinium (Gd) , Terbium (Tb) , Dysprosium (Dy) , Holmium (Ho) , Erbium (Er) , Tulium (Tm) , Ytterbium (Yb) , Lutetium (Lu).

Jordartsmetallerna levde i runt tvåhundra år ett ganska undanskymt liv i skuggan av sina berömda kusiner basmetallerna och ädelmetallerna. Men 1987 belönades de två forskarna Georg Bednorz och Alexander Müller, som upptäckte att ett keramiskt material där yttrium ingick kunde ge supraledande egenskaper, med Nobelpriset i fysik.

Under 1990-talet vaknade intresset för jordartsmetaller och i början av 2000-talet sköt priserna i höjden, med en rusning 2009-2010 bl.a. för att kina införde exportkvoter. De upptrissade priserna var dock överdrivna och under 2011 skönk priserna kraftigt.

Jordartsmetallernas egenskaper

Anledningen till den stora efterfråga på jordartsmetaller är att de har unika egenskaper och är oumbärliga i många produkter.
Med jordartsmetaller kan man skapa starkare magnetism, hårdare legeringar och lägre motstånd i elektriska kretsar.

Handel med jordartsmetaller

Fram till och med omkring 1950 stod Indien och Brasilien för den övervägande delen av all produktion av sällsynta jordartsmetaller, innan Sydafrika övertog denna roll. Mellan 1960 och 1980 var det från Kalifornien som större delen av alla sällsynta jordartsmetaller hade sitt ursprung varefter Kina kom att svara för större delen av all produktion. Kina har sedan dess haft den dominerande rollen utan någon som helst konkurrens, och svarar i dagsläget för mellan 95 och 97 procent av den globala produktionen.

Med lägre priser lyckades de kinesiska gruvorna slå ut den internationella konkurrensen under 1990- och 00-talet. Kina kontrollerade 2011 i praktiken mer än 95 procent av utbudet. Omkring 2005, när den internationella konkurrensen var utslagen, ändrade Kina plötsligt taktik och började införa exportkvoter på jordartsmetallerna. Kvoterna ströps sedan med 35 procent från 2009 och med ytterligare 40 procent 2010.

Samtidigt skärptes miljökraven i Kina. Många mindre gruvor tvingades stänga och inga nya tilllåts öppna. Det uppstod brist på flera råvaror och priserna har många gånger fyrfaldigats eller mer. Priset på dysprosium, som används bland annat i styrstavar i kärnkraftverk och för datalagringsenheter, har till exempel stigit 20 gånger från 150 till 3000 dollar per kilo.

Kina har en medveten strategi att försöka utveckla sin egen industri från att producera råvaror till att i stället sälja förädlade produkter. De internationella företag som fick problem med försörjningen erbjöds bättre priser på färdiga komponenter från Kina. Ett annat alternativ för dem är att flytta verksamhet till Kina.

Det finns uppskattningsvis 200 projekt runt om på jorden där förhoppningsfulla entreprenörer försöker få igång gruvdrift. Det kanske mest kända är en startup i USA vid namn Molycorp.

Bolaget har köpt loss gruvan Mountain Pass Rare Earth Mine från Chevron. Gruvan var länge den dominerande producenten av jordartsmetaller. Högkonjukturen tycks ha varit under 1960-talet när efterfrågan var stor efter europium som användes till färg-tv-apparater. Gruvan stängdes 2002 sedan ett dräneringsrör läckt ut radioaktivt vatten i öknen vilket fick myndigheterna att kräva stängning. I juli 2009 gjorde Molycorp börsdebut på 14 cent per aktie. Första dagen föll kursen 14 procent. Men sedan gick det snabbt uppåt. Aktien ökade med som mest 370 gånger i värde.

Molycorps största konkurrent utanför Kina är det australiensiska företaget Lynas Corp som äger gruvan Mount Weld i Australien och även en fyndighet i Malawi i Östafrika.

När Molycorp kommer upp i produktion väntas de nå 20 000 ton per år och det kan kanske dubblas till 40 000 ton. Lynas i Australien beräknas nå 15 000 ton per år 2015. Även med dessa två företag i full produktion kommer Kina att ha handeln med sällsynta jordartsmetaller i ett stadigt grepp.

Kina kontrollerar en tredjedel av världens kända förekomster av sällsynta jordartsmetaller. USA har 13 procent och Australien, Grönland och Kanada har också stora reserver men för närvarande ingen produktion. 2009 var Indien den näst största producenten med en produktion på 2 700 ton, vilket kan jämföras med Kinas 120 000 ton.

Utvinning

De sällsynta jordartsmetallerna är inte så sällsynta. Och eftersom vi talar om så små absoluta tal räcker det med att en gruva kommer i gång så påverkar det hela världsmarknadspriset. Det stora problemet är faktiskt inte att hitta metallerna utan att finna en metod att kemiskt fälla ut dem. Det är inte många som har den kunskapen och det fordras omfattande laboratorieförsök vid alla nya gruvor.

Malmen bryts ner till sand som bearbetas med olika syror som svavel för att anrika fram de sällsynta jordartsmetallerna. Varje metall kan behöva sin egen process och vid varje fyndighet måste processen finjusteras. Även här har Kina en fördel då de har två nationella laboratorier som enbart sysslar med forskning och utveckling kring detta. Den kinesiska organisationen Chinese Society of Rare Earth har 100 000 registrerade forskare. I Kinas industricenter för sällsynta jordartsmetaller i Baotou i Mongoliet finns i dag 50 västerländska företag verksamma.

Men oavsett om det tar tid att få fram kunskapen i väst så kommer det allt fler nya gruvor.

Att utvinna sällsynta jordartsmetaller är både mer komplicerat och kostsamt än att bryta till exempel ädelmetaller som guld.
Större delen av värdet när det gäller sällsynta jordartsmetaller tillförs löpande genom att de förädlas.
Innan jordartsmetallerna kan användas krävs det att de genomgår en rad förädlingsmoment:

Produktion – De sällsynta jordartsmetallerna bryts och förs ut från fyndigheten.
Separering – De separata oxiderna separeras från malmen.
Raffinering – De sällsynta jordartsmetallerna renas till metaller med olika renhetsgrader.
Gjutning – De sällsynta jordartsmetallerna smälts till tackor.
Tillverkning – Tackorna av de sällsynta jordartsmetallerna omvandlas till komponenter.

Till skillnad från större delen av övrig gruvproduktionen skapar brytning av sällsynta jordartsmetaller radioaktivt avfall vilket innebär hårda restriktioner vid brytning.

Efterfrågan

Den totala efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller uppgick år 2010 till 135 000 ton. Det totala värdet på detta uppgick till 8 miljarder USD. 2015 väntas produktionen uppgå till 215 000 ton.

Olika jordartsmetaller

Sällsynta jordartsmetaller är viktiga på grund av deras specificitet, mångsidighet och unika egenskaper (katalytisk, kemiska, elektriska, metallurgiska, kärnkraft, magnetiska och optiska).
Utbudet av produkter där de används idag är brett, alltifrån fordonsindustrins katalysatorer och petroleum krackning till högspecialiserad teknik som nukleära batterier, supraledare och kraftfulla miniatyrmagneter.
Jordartsmetallarna är därmed ekonomiskt, miljömässigt och tekniskt viktiga.

Hittills har vi talat om jordartsmetallerna som en homogen grupp. Men det finns 17 metaller inom denna grupp och efterfrågan ser helt olika ut för dem.

Grovt sett delas de sällsynta jordartsmetallerna upp i två undergrupper: lätta och tunga.
Det finns sex lätta jordartsmetaller, däribland lantan, cerium och praseodym. Dessa används alla för till exempel legeringar, katalysatorer, polering och glas.

Neodym och Samarium används för att göra neodymmagneter och samariumkoboltmagneter, de två starkaste permanentmagneter som finns. Neodymmagneter används till exempel i hårddiskar och andra tillämpningar där man behöver starka men små magneter, men större mängder neodym går åt om man vill göra permanentmagneter för elmotorer och generatorer. Små vindkraftverk behöver till exempel använda neodymmagneter i generatorn för att göra den effektiv i förhållande till sin vikt. Efterfrågan är stor och det är framför allt här utbudet kommer att växa när Molycorp och Lynas kommer upp i full produktion. Enligt analytikerkåren väntas priserna då falla kraftigt från 2012 års nivåer.

Den andra stora huvudgruppen är de tio tunga jordartsmetallerna såsom yttrium, dysprosium, gadolinium, erbium och europium. Erbium är till exempel nödvändigt för att kunna bygga kostnadseffektiva förstärkare till fiberoptiska system som används i all tyngre data- och telekommunikation. Terbium, europium och yttrium används till teveskärmar (tjockteve), lysrör och lågenergilampor. Utan dessa ämnen kan man helt enkelt inte tillverka lysrör och lågenergilampor. Liksom för lantan och neodym är världsproduktionen helt koncentrerad till Kina.

Dysprosium används till magneter och yttrium till lågenergilampor. Dessa ämnen kommer det att råda fortsatt brist på även efter att Molycorp och Lynas fått fart på sin utvinning.

Jordartsmetaller i Sverige

Sverige är ju jordartsmetallernas vagga. Men produktionen har upphört. Ingången till Ytterby gruva är igenmurad.

Men det finns fler intressanta orter i Sverige. Cirka 1,5 mil nordost om Gränna, hittills mest känt för sina polkagrisar, ligger Norra Kärr. Redan 1906 gjorde Statens geologiska undersökningar en beskrivning av fyndplatsen med de speciella bergarterna, som går under samlingsnamnet nefelinsyenit. En döptes till grännait, en annan till kaxtorpit efter gården Kaxtorp.

Under några år efter kriget försökte Boliden utvinna zirkonium, men utan större ekonomisk framgång. På 1970-talet gjorde man ett nytt försök med nefelinsyenit som glasråvara, men inte heller det var lyckat. Intresset för Norra Kärr somnade åter in och Boliden släppte rättigheterna. Men med de senaste årens prisutveckling har Norra Kärr åter blivit intressant. Först på plats var det kanadensiska bolaget Tasman Metals som 2009 intecknade området genom det svenska bolaget Tasmet AB, registrerat i Boden.

Strax före jul 2009 började bolaget borra för att undersöka förekomsten av sällsynta jordartsmetaller. Det blev 26 hål och det visade sig finnas höga halter av yttrium och dysprosium. I dag räknas Norra Kärr som världens fjärde största fyndighet av tunga jordartsmetaller efter Nechalacho i norra Kanada, Kvanefjeld på södra Grönland och Strange Lake, också i Kanada.

Ser man även till koncentrationen ligger Norra Kärr högst i klassen internationellt, vad gäller tunga jordartsmetaller. I Norra Kärr utgör de tunga metallerna 52 procent. Närmast kommer projekten Strange Lake med 42 procent och Kutessay II med 46 procent i Kirgizistan.

- Den fördel vi har är att vi etablerar oss i ett land med befintlig infrastruktur. Det finns el, vägar, järnväg och det är inte mer än nio mil till hamnen i Norrköping, säger Mark Saxon, vd för Tasman Metals.

Den totala tillgången i Norra Kärr bedöms vara minst 60,5 miljoner ton. Förmodligen kommer Tasman Metals endast att bryta malmen och koncentrera den i Norra Kärr, men företaget undersöker också möjligheten till vidareförädling. Eudialyten har fördelen att den löser upp sig tämligen enkelt vid rumstemperatur och tillsats av svavelsyra. Själva anrikningen och renframställningen kan göras i Estland där det redan finns en anläggning som ägs av Molycorp.

Just nu studeras genomförbarheten av projekten och förbereds för tillstånd. Arbetet med att ansöka om en så kallad bearbetningskoncession har påbörjats. En sådan ger ensamrätt till fyndigheten i 25 år. Bara underlaget för detta tillstånd tar minst ett år att ta fram då till exempel vattenprov från alla säsonger ska samlas in och analyseras. Tidigast 2016 kan Norra Kärr vara i produktion.

Om Norra Kärr ger 60 miljoner ton totalt kan man leka med tanken att 1,5 miljoner ton per år produceras.

Förutom Norra Kärr har Tasman Metals även säkrat rättigheter i andra kända nordiska fyndigheter som i Särna, Alnön (utanför Sundsvall), Biggejavri i Norge och Korsnäs och Otanmaki i Finland.

Även LKAB har möjlighet att utvinna sällsynta jordartsmetaller från sina slagghögar. Dessa innehåller höga halter av apatit ur vilket flera tunga jordartsmetaller kan utvinnas.

Hur länge nedgången som inleddes 2011 kommer att pågå är svårt att avgöra men som alltid kommer priserna att gå upp och ner i takt med att tillgången och efterfrågan ändras.