Thế kỷ 18 (khoảng năm 1787), các nhà khảo sát tìm được một loại khoáng vật lạ ở gần làng Ytterby của Thụy Điển. Đây là khoáng vật có tên là Ytteria (vì ở gần làng Ytterby), khi phân tích thì thấy đó là ôxít có trong đất, từ đó đến thế kỷ 19 nhiều nước cũng tìm ra được nhiều loại đất có ôxít lạ và gọi tên chung là đất hiếm (rare earth). Đầu thế kỷ 20 tiếp tục phát hiện có phân tích kỹ hơn thì tìm ra them nhiều loại đất hiếm (Rare Earth = RE; hoặc phần tử đất hiếm – Rare Earth Element = REE). Cuối thế kỷ 20 người ta phát hiện ra rất nhiều loại REE. Sauk hi đã phân tích kỹ từng loại thì khẳng định đó là 17 loại nguyên tố có tính năng kỳ diệu nhưng tồn tại tương đối ít trong vỏ trái đất.
Sau khi đã phát hiện ra tất cả các loại phần tử đất hiếm REE người ta phải phân loại, nghiên cứu tính năng từng loại. Prometi – loại “đất hiếm”, mãi đến năm 1945 vẫn chưa xác định được chính xác. Luteti tinh khiết. Riêng loại REE Xeri có nhiều nhất, bao gồm nhiều phần tử “đất rắn” hơn cả đồng hay chì. Lantan có số nguyên tử ít hơn trong vỏ trái đất cứng rắn; chất này thường lien kết hai nhóm, nhóm có phần tử đất hiếm nhẹ (LREE) và nhóm phần tử đất hiếm nặng (HREE). Bảng dưới đây cho thấy rõ trật tự của 17 REEs.
Bảng của các REEs, số nguyên tử, lượng phân tử (bảng 1)
Các phần tử Lantan có số nguyên tử thấp và thường có nhiều hơn trong vỏ đất lớp cứng. Sự khác biệt nhỏ trong phóng xạ ion, khác nhau cả về vật lý và hóa học, có ở trong nhóm REEs thường gắn với Lantan nhẹ hoặc với Lantan nặng và có them Itri.
Sau nửa thế kỷ 19 và nửa đầu thế kỷ 20, các REEs thường được tìm ra chủ yếu từ các lớp sỏi trầm tích, nhất là ở Nam Mỹ. Từ giữa năm 1965 đến năm 1985, phần lớn REEs lấy từ Mountain Pass, California. Từ năm 1990 Ôxtrâylia là nơi sản xuất nhiều REEs. Cho đến gần đây, Nga cũng là một nước sản xuất các REEs quan trọng, từ các nguồn là các khối đá lơn. Bắt đầu từ những năm 80 của thế kỷ 20, Trung Quốc là nơi sản xuất mạnh các REEs dạng thô, trong khi Ôtrâylia và Mỹ giảm mạnh sản xuất REEs. Từ năm 1998, sản lượng hơn 80% số REEs của thế giới ở dạng thô là của Trung Quốc và phần lớn tập trung ở Nội Mông.
Đánh giá hằng năm sản xuất REEs của thế giới bởi các quốc gia
Bảng trên cho thấy chỉ còn Trung Quốc, Ấn Độ, Nga… và một số nước nhỏ khác là tiếp tục sản xuất REEs đáng kể, trong đó nhiều nhất là Trung Quốc.
Trong những năm cuối thế kỷ 20 đến nay, vai trò của các loại đất hiếm (REEs) ngày càng lớn, ứng dunngj đa dạng trong lĩnh vực công nghệ hiện đại; sản xuất ra ngày càng nhiều sản phẩm mới hiện đại nhất của hang tiêu dung, trang thiết bị điện tử, trong y học, các hang hóa tinh xảo, phân bón… và cả các loại vũ khí, máy bay. Dưới đây nêu một số ứng dụng phổ biến của REEs hiện nay.
Scanđi (Sc) là một lại đất hiếm ít nhất với số nguyên tử bằng 21. Sc được dung chủ yếu trong đồ gốm, chế tạo la-de, Phốtpho và pha lê. Scanđi Ôxít cần dùng trong chế tạo các phát xạ tia cực tím… Chúng được dung làm hợp kim nhôm – scanđi cho các ứng dụng
Trong số nhiều ứng dụng của Itri có: gồm các nồi nấu kim loại, với phốtpho phát sáng, màn hình máy tính và cảm biến đo nhiên liệu ô tô. Itri kết hợp với ôxít zirconi được ứng dụng phát nhiệt độ cao, các tinh thể của hợp kim Itri – sắt rất cần thiết trong trang bị thong tin vi sóng…
Lan tan phối hợp với một số chất khác đã tạo ra hơn 20 loại sản phẩm cao cấp: thiết bị ô tô, hợp kim chứa được hơn 400 lần của lượng khí hydro tương ứng, nguồn phát nhiệt điện tử cho các kính hiển vi điện tử và bảo vệ hiệu ứng Hall, bộ nhấp nháy vô cơ, bộ vách điện tử dày đặc trong sinh học phân tử…
Xeri là loại REE có nhiều nhất, chiếm đến 0.0046% của lớp cứng vỏ trái đất: là hợp kim hỗn tạp trong bột lửa ánh sáng, nam châm vĩnh cửu, phần tử ôxít hóa thể tích trong phân tích định lượng… Praseôđim là vật thể nửa – từ tính (paramagnetic) ở nhiệt độ trên 10K, còn nhiệt độ thấp hơn nó có thể là phản sắt từ hoặc sắt từ, với hang chục tính năng độc đáo: nó được dùng trong các loại máy bay, là kính hoặc tráng men màu vàng, là đơn vị khuếch đại sợi quang…
Eurôpy có thể trở thành siêu dẫn khi đồng thời vừa chịu sức ép nặng, vừa ở nhiệt dộ thấp (1.80K). Eurôpy có rất nhiều ứng dụng thương mại: có thể dung để sản xuất một số loại thủy tinh để chế tạo la-de; cũng có thể dung để sản xuất một số loại phương tiện kiêm tra gien, cũng có thể nghiên cứu để sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân…
Còn Gađôli tuy có rất nhiều ứng dụng rộng lớn, nhưng cũng có một loạt ứng dụng chuyên biệt. Có những hạt nhân bền vững với 61.000 điểm gặp cho Gađôli 155 và 259,000 điểm gặp cho Gađôli 157, dung trong điều trị các khối u với nơ-tron; Gađôli còn được kết hợp với Itri để chế tạo ngọc hồng lựu (màu đỏ thắm)…
Honmi có momen từ cao (10.6µB). Với từ tính như vậy có thể phối hợp với Yttri – sắt để chế tạo la-de hồng lựu cho thiết bị vi sóng; la-de honmi phát từ mắt người 2.08 mi-cron, cho phép dung chữa bệnh và chữa răng…
Tuli có ứng dụng quan trọng trong chữa bệnh có thể theo các nguồn tia X; Tuli cũng có thể dung trong các vật liệu từ và gốm, để dung trong công nghệ vi sóng…
Luteti hiếm có và giá cao, ít dùng trong thương mại. Ngọc hồng lựu (A15, Lu3, O12) thường được dung làm vật liệu thấu kính với độ phóng xạ cao; Xeri tổng hợp với Luteti thường được dùng làm phương pháp rọi kính nhờ máy dò.
Ứng dụng của REEs vô cùng kỳ diệu kể từ khi phát hiện ra các tính năng phong phú của nó.
Theo thống kê, nhu cầu hiện nay về dất hiếm ở mức 134.000 tấn/năm so với khẳ năng sản xuất chỉ khoảng 124.000 tấn từ các mỏ lộ thiên. Một báo cáo của Quố hội Mỹ nói rằng: nhu cầu mua các thành phần của đất hiếm trên thế giới có thể tang lên mức 180.000 tấn/năm vào năm 2012 và lên tới 200.000 vào năm 2014. Sản lượng của Trung Quốc có thể đạt 160.000 tấn/năm. Nhu cầu tang nhanh như vậy có thể dẫn tới mức thiếu hụt khoảng 40.000 tấn vào năm 2014. Riêng Trung Quốc đã có đến 97% tổng các loại đất hiếm (REE) của thế giới.
Năm 1992, Đặng Tiểu Bình đã từng tuyên bố rằng: “Trung Đông có dầu hỏa, thì Trung Quốc có đất hiếm”. Sở dĩ Trung Quốc hiện nay trở thành nguồn cung ứng đến 97% đất hiếm cho thế giới, đó là vì nhiều nước khác thấy rằng khai thắc khoáng sản này tốn kém, mà lại gây nhiều tác hại cho môi trường.
