Бъдещето на устойчивия добив на редкоземни елементи
източник: AZO MiningКакво представляват редкоземните елементи и къде се намират?Редкоземните елементи (REE) се състоят от 17 метални елемента, съставени от 15 лантанида в периодичната таблица:лантанЦерийПразеодимНеодимовиПрометийсамарийевропийГадолинийТербийДиспрозийХолмийЕрбийТулийИтербийУтецийскандийИтрийПовечето от тях не са толкова редки, колкото подсказва името на групата, но са кръстени през 18-ти и 19-ти век, в сравнение с други по-често срещани „земни“ елементи като вар и магнезий.Церият е най-често срещаният REE и е по-разпространен от медта или оловото.Въпреки това, от геоложка гледна точка, REE рядко се срещат в концентрирани находища, тъй като въглищните пластове, например, ги правят икономически трудни за добив.Вместо това те се намират в четири основни необичайни типа скали; карбонатити, които са необичайни магмени скали, получени от богати на карбонати магми, алкални магмени настройки, йон-абсорбционни глинести отлагания и монацит-ксенотайм-носители на разсипи.Китай добива 95% от редкоземни елементи, за да задоволи търсенето на високотехнологичен начин на живот и възобновяема енергияОт края на 90-те години на миналия век Китай доминира производството на REE, като използва своите собствени йон-абсорбиращи глинести находища, известни като „Южнокитайските глини“.Това е икономично за Китай, тъй като глинестите находища са лесни за извличане на REE чрез използване на слаби киселини.Редкоземните елементи се използват за всякакъв вид високотехнологично оборудване, включително компютри, DVD плейъри, мобилни телефони, осветление, оптични влакна, камери и високоговорители и дори военно оборудване, като реактивни двигатели, системи за насочване на ракети, сателити и анти - противоракетна отбрана.Целта на Парижкото споразумение за климата от 2015 г. е да се ограничи глобалното затопляне до под 2 ˚C, за предпочитане 1,5 ˚C, прединдустриалните нива. Това увеличи търсенето на възобновяема енергия и електрически автомобили, които също изискват REE, за да работят.През 2010 г. Китай обяви, че ще намали износа на REE, за да отговори на собственото си нарастване на търсенето, но също така да запази господстващата си позиция за доставка на високотехнологично оборудване за останалия свят.Китай също е в силна икономическа позиция да контролира доставките на REE, необходими за възобновяеми енергийни източници като слънчеви панели, вятърни и приливни турбини, както и електрически превозни средства.Проект за улавяне на редкоземни елементи от фосфогипсов торФосфогипсът е страничен продукт от тора и съдържа естествено срещащи се радиоактивни елементи като уран и торий. Поради тази причина той се съхранява за неопределено време, което води до рискове от замърсяване на почвата, въздуха и водата.Ето защо изследователи от Penn State University разработиха многоетапен подход, използващ инженерни пептиди, къси низове от аминокиселини, които могат точно да идентифицират и разделят REEs с помощта на специално разработена мембрана.Тъй като традиционните методи за разделяне са недостатъчни, проектът има за цел да разработи нови техники, материали и процеси за разделяне.Дизайнът се ръководи от изчислително моделиране, разработено от Рейчъл Гетман, главен изследовател и доцент по химическо и биомолекулярно инженерство в Клемсън, с изследователите Кристин Дювал и Джули Ренър, разработващи молекулите, които ще се прикрепят към специфични REE.Greenlee ще разгледа как се държат във вода и ще оцени въздействието върху околната среда и различните икономически потенциали при променлив дизайн и работни ситуации.Професорът по химическо инженерство Лорън Грийнли твърди, че: „днес приблизително 200 000 тона редкоземни елементи са уловени в непреработени отпадъци от фосфогипс само във Флорида.“Екипът идентифицира, че традиционното възстановяване е свързано с екологични и икономически бариери, при което те в момента се възстановяват от композитни материали, които изискват изгаряне на изкопаеми горива и са трудоемкиНовият проект ще се фокусира върху възстановяването им по устойчив начин и може да бъде разгърнат в по-голям мащаб за екологични и икономически ползи.Ако проектът е успешен, той може също така да намали зависимостта на САЩ от Китай за предоставяне на редкоземни елементи.Финансиране на проекти на Националната научна фондацияПроектът Penn State REE се финансира от четиригодишна безвъзмездна помощ от $571 658, общо $1,7 милиона, и е сътрудничество с Case Western Reserve University и Clemson University.Алтернативни начини за възстановяване на редкоземни елементиВъзстановяването на RRE обикновено се извършва чрез дребномащабни операции, обикновено чрез излугване и екстракция с разтворител.Въпреки че е прост процес, излугването изисква голямо количество опасни химически реагенти, така че е нежелателно в търговската мрежа.Екстракцията с разтворител е ефективна техника, но не е много ефективна, защото е трудоемка и отнема много време.Друг обичаен начин за възстановяване на REE е чрез агродобив, известен също като електронно копаене, който включва транспортирането на електронни отпадъци, като стари компютри, телефони и телевизори от различни страни до Китай за извличане на REE.Според Програмата на ООН за околната среда през 2019 г. са генерирани над 53 милиона тона електронни отпадъци, като суровини на стойност около 57 милиарда долара съдържат REE и метали.Въпреки че често се рекламира като устойчив метод за рециклиране на материали, той не е лишен от собствен набор от проблеми, които все още трябва да бъдат преодолени.Агродобивът изисква много място за съхранение, инсталации за рециклиране, депониране на отпадъци след възстановяване на REE и включва транспортни разходи, които изискват изгаряне на изкопаеми горива.Проектът на Penn State University има потенциала да преодолее някои от проблемите, свързани с традиционните методи за възстановяване на REE, ако може да удовлетвори собствените си екологични и икономически цели.
