Fremtiden for bæredygtig udvinding af sjældne jordarters elementer
kilde: AZO MiningHvad er sjældne jordarters elementer, og hvor findes de?Sjældne jordarters grundstoffer (REE'er) omfatter 17 metalliske grundstoffer, der består af 15 lanthanider i det periodiske system:LanthanumCeriumPraseodymiumNeodymPromethiumSamariumEuropiumGadoliniumTerbiumDysprosiumHolmiumErbiumThuliumYtterbiumUtetiumScandiumYttriumDe fleste af dem er ikke så sjældne, som gruppenavnet antyder, men blev navngivet i det 18. og 19. århundrede, sammenlignet med andre mere almindelige 'jord'-elementer såsom kalk og magnesia.Cerium er den mest almindelige REE og mere rigelig end kobber eller bly.Men i geologisk henseende findes REE sjældent i koncentrerede forekomster, da kullag f.eks. gør dem økonomisk vanskelige at udvinde.De findes i stedet i fire hovedsædvanlige bjergarter; karbonatitter, som er usædvanlige magmatiske bjergarter afledt af karbonatrige magmaer, alkaliske magmatiske omgivelser, ionabsorberende leraflejringer og monazit-xenotime-bærer-placeraflejringer.Kina udvinder 95 % af sjældne jordarters elementer for at tilfredsstille efterspørgslen efter højteknologisk livsstil og vedvarende energiSiden slutningen af 1990'erne har Kina domineret REE-produktionen ved at bruge sine egne ionabsorberende leraflejringer, kendt som 'South China Clays'.Det er økonomisk for Kina at gøre, fordi leraflejringerne er nemme at udvinde REE'er ved at bruge svage syrer.Sjældne jordelementer bruges til alle former for højteknologisk udstyr, herunder computere, dvd-afspillere, mobiltelefoner, belysning, fiberoptik, kameraer og højttalere, og endda militært udstyr, såsom jetmotorer, missilstyringssystemer, satellitter og anti -missilforsvar.Et mål med Paris-klimaaftalen fra 2015 er at begrænse den globale opvarmning til under 2 ˚C, helst 1,5 ˚C, førindustrielle niveauer. Dette har øget efterspørgslen efter vedvarende energi og elbiler, som også kræver REE'er for at fungere.I 2010 annoncerede Kina, at det ville reducere REE-eksporten for at opfylde sin egen stigning i efterspørgslen, men også fastholde sin dominerende stilling til at levere højteknologisk udstyr til resten af verden.Kina er også i en stærk økonomisk position til at kontrollere forsyningen af REE'er, der er nødvendige for vedvarende energi, såsom solpaneler, vind- og tidevandskraftturbiner samt elektriske køretøjer.Phosphogypsum Fertilizer Rare Earth Elements Capture ProjectFosfogips er et biprodukt af gødning og indeholder naturligt forekommende radioaktive grundstoffer som uran og thorium. Af denne grund opbevares det på ubestemt tid, med tilhørende risici for at forurene jord, luft og vand.Derfor har forskere ved Penn State University udtænkt en flertrinstilgang ved hjælp af konstruerede peptider, korte strenge af aminosyrer, der nøjagtigt kan identificere og adskille REE'er ved hjælp af en specialudviklet membran.Da traditionelle separationsmetoder er utilstrækkelige, sigter projektet mod at udtænke nye separationsteknikker, materialer og processer.Designet er ledet af beregningsmodellering, udviklet af Rachel Getman, hovedforsker og lektor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved Clemson, med efterforskerne Christine Duval og Julie Renner, der udvikler de molekyler, der vil låse på specifikke REE'er.Greenlee vil se på, hvordan de opfører sig i vand og vil vurdere miljøpåvirkningen og forskellige økonomiske potentialer under variable design- og driftssituationer.Professor i kemiingeniør Lauren Greenlee hævder, at: "i dag er anslået 200.000 tons sjældne jordarters grundstoffer fanget i uforarbejdet phosphogipsaffald alene i Florida."Holdet identificerer, at traditionel nyttiggørelse er forbundet med miljømæssige og økonomiske barrierer, hvorved de i øjeblikket genvindes fra kompositmaterialer, som kræver afbrænding af fossile brændstoffer og er arbejdskrævendeDet nye projekt vil fokusere på at genvinde dem på en bæredygtig måde og kan blive udrullet i større skala til miljømæssige og økonomiske fordele.Hvis projektet lykkes, kan det også reducere USA's afhængighed af Kina for at levere sjældne jordarters grundstoffer.National Science Foundation projektfinansieringPenn State REE-projektet er finansieret af et fireårigt tilskud på $571.658, i alt $1,7 millioner, og er et samarbejde med Case Western Reserve University og Clemson University.Alternative måder at genvinde sjældne jordarters elementer påRRE-genvinding udføres typisk ved hjælp af små operationer, almindeligvis ved udvaskning og opløsningsmiddelekstraktion.Selvom det er en simpel proces, kræver udvaskning en høj mængde af farlige kemiske reagenser, så det er uønsket kommercielt.Opløsningsmiddelekstraktion er en effektiv teknik, men den er ikke særlig effektiv, fordi den er arbejdskrævende og tidskrævende.En anden almindelig måde, hvorpå REE'er kan genvindes, er gennem agromining, også kendt som e-mining, som involverer transport af elektronisk affald, såsom gamle computere, telefoner og fjernsyn fra forskellige lande til Kina for REE-udvinding.Ifølge FN's miljøprogram blev der genereret over 53 millioner tons e-affald i 2019, med omkring 57 milliarder dollars råmaterialer indeholdende REE'er og metaller.Selvom den ofte udråbes som en bæredygtig metode til genbrug af materialer, er den ikke uden sit eget sæt af problemer, der stadig skal overvindes.Agrominering kræver meget lagerplads, genbrugsanlæg, lossepladsaffald efter REE-genvinding og involverer transportomkostninger, som kræver afbrænding af fossile brændstoffer.Penn State University-projektet har potentialet til at overvinde nogle af problemerne forbundet med traditionelle REE-genvindingsmetoder, hvis det kan opfylde sine egne miljømæssige og økonomiske mål.
