อะไรคือ “ธาตุหายาก”

นักวิจัยออกมาเตือนว่าเทคโนโลยีสมัยใหม่พึ่งพาโลหะและธาตุกึ่งโลหะรวมทั้ง “ธาตุหายาก” ถึง 62 ชนิด โดยที่ยังหาวัสดุอื่นทดแทนไม่ได้ ทำให้เกิดความกังวลว่านวัตกรรมในอนาคตจะถดถอย และเป็นโจทย์ให้นักวิทยาศาสตร์ต้องพัฒนาวัสดุทดแทนจากสิ่งที่มีอยู่เหลือเฝือและหาได้ง่ายแทน

(อ่านเพิ่มเติม - สมาร์ทโฟนต้องใช้ “ธาตุหายาก” ถึง 62 ชนิด โดยไม่มีวัสดุอื่นทดแทน )

หลายคนอาจสงสัยว่า “ธาตุหายาก” (Rare earth element) คืออะไร? ต้องดั้นด้นไปค้นหาที่ใดบ้าง? หายากกว่าเพชรหรือไม่?

ตามนิยามของ สหพันธ์เคมีบริสุทธิ์และประยุกต์สากล (International Union of Pure and Applied Chemistry) หรือ IUPAC ธาตุหายากเป็นธาตุโลหะ 17 ตัวในตารางธาตุ คือ สแกนเดียม (Scandium) อิทเทรียม (Yttrium) และธาตุในอนุกรมแลนทาไนด์ (Lanthanide Series) 15 ตัว ได้แก่ แลนทานัม (Lanthanhanum) ซีเรียม (Cerium) พราซีโอดิเมียม (Praseodymium) นีโอไดเมียม (Neodymium) โปรเมเธียม (Promethium) ซามาเรียม (Samarium) ยูโรเปียม (Europium) กาโดลิเนียม (Gadolinium) เทอร์เบียม (Terbium) ดิสโพรเซียม (Dysprosium) โฮลเมียม (Holmium) เออร์เบียม (Erbium) ธูเลียม (Thulium) อิทเทอร์เบียม (Ytterbium) และ ลูเทเทียม (Lutetium)

สำหรับสแกนเดียม และอิทเทรียม ซึ่งไม่ได้มีเลขอะตอมเรียงเป็นชุดเดียวกับธาตุในอนุกรมแลนทาไนด์ แต่ถูกจัดให้เป็นธาตุหายากด้วยนั้น เพราะมักพบในองค์ประกอบแร่เดียวกับที่พบธาตุแลนทาไนด์ และแสดงคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน

ถึงแม้จะชื่อว่าธาตุหายาก แต่ในความเป็นจริงธาตุเหล่านี้กลับมีอยู่ในเปลือกโลกอย่างเหลือเฝือ ยกตัวอย่าง ซีเรียมซึ่งมีอยู่เปลือกโลกมากเป็นอันดับ 25 ของธาตุทั้งหมดใกล้เคียงกับธาตุทองแดง แต่เพราะคุณสมบัติทางธรณีเคมีธาตุหายากจึงมีอยู่อย่างกระจัดกระจาย และไม่อยู่รวมกันอย่างเข้มข้นมากพอที่จะสกัดออกมาเพื่อใช้ประโยชน์ได้ในราคาถูก

ข้อมูลจากห้องสมุดพลังงานปรมาณู สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ (ปส.) ระบุว่า ธาตุหายากได้รับความสนใจเป็นครั้งแรก เมื่อปี 2330 ซึ่ง พันโท ซี เอ อาร์เรนเนียส (C.A. Arrhenius) ได้พบแร่สีดำที่มีลักษณะพิเศษต่างจากแร่อื่นๆ ที่พบในเหมืองที่เมืองอิทเทอร์บี (Ytterby) ของสวีเดน และอีก 7 ปีต่อมา โจฮัน กาโดลิน (Johan Gadolin) นักเคมีชาวฟินแลนด์แยกสารประกอบออกไซด์ออกจากแร่สีดำดังกล่าว และตั้งชื่อว่า อิทเทรีย (Yttria) จากนั้นในปี 2346 มีการค้นพบออกไซด์ของธาตุหายากอีกตัวในเหมืองที่เมืองบาสต์นาสของสวีเดน และตั้งชื่อว่า ซีเรีย (Ceria) แต่ต้องใช้เวลากว่า 100 ปี จึงเข้าใจว่าทั้งสองตัวยังประกอบด้วยธาตุหายากอีกหลายชนิดและสกัดออกมาได้หมด

สำหรับเมืองไทยมีหน่วยงานเกี่ยวกับธาตุหายาก คือ ศูนย์วิจัยและพัฒนาธาตุหายาก สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) ซึ่งมีศูนย์ปฏิบัติการอยู่ที่คลองห้า อ.คลองหลวง จ.ปทุมธานี โดยย้อนกลับไปเมื่อปี 2517 มีการเรียกร้องให้ไทยระงับการส่งแร่โมนาไซต์และแร่กัมมันตรังสีอื่นๆ ออกนอกประเทศ โดยให้กรมทรัพยากรธรณีและสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติร่วมดำเนินการ จากนั้นจึงมีการตั้งโรงงานแปรรูปแร่โมนาไซต์และแร่กัมมันตรังสีอื่นๆ ที่รับผิดชอบโดย ปส.มาตั้งแต่ปี 2530 และเปลี่ยนชื่อเป็นศูนย์วิจัยและพัฒนาธาตุหายากในเวลาต่อมา


อ่านเพิ่มเติม
ข้อมูลเกี่ยวกับ “ธาตุหายาก” และ ศูนย์วิจัยและพัฒนาธาตุหายาก สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) จากหนังสือ “ศูนย์วิจัยและพัฒนาธาตุหายาก” โดย ห้องสมุดพลังงานปรมาณู สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ