Το μέλλον της βιώσιμης εξόρυξης στοιχείων σπάνιων γαιών
πηγή: AZO MiningΤι είναι τα Στοιχεία Σπάνιων Γης και πού βρίσκονται;Τα στοιχεία σπανίων γαιών (REEs) περιλαμβάνουν 17 μεταλλικά στοιχεία, που αποτελούνται από 15 λανθανίδες στον περιοδικό πίνακα:ΛανθάνιοΔημήτριοΠρασεοδύμιοΝεοδύμιοΠρομήθιοΣαμάριοΕυρώπιοΓαδολίνιοΤέρβιοΔυσπρόσιοΧόλμιοΕρβιοΘούλιοΥττερβίοUtetiumΣκάνδιοΥττριοΤα περισσότερα από αυτά δεν είναι τόσο σπάνια όσο υποδηλώνει το όνομα της ομάδας, αλλά ονομάστηκαν τον 18ο και 19ο αιώνα, σε σύγκριση με άλλα πιο κοινά στοιχεία «γης» όπως ο ασβέστης και η μαγνησία.Το δημήτριο είναι το πιο κοινό REE και πιο άφθονο από τον χαλκό ή τον μόλυβδο.Ωστόσο, από γεωλογικούς όρους, οι REE σπάνια βρίσκονται σε συγκεντρωμένα κοιτάσματα καθώς οι ραφές άνθρακα, για παράδειγμα, καθιστούν οικονομικά δύσκολη την εξόρυξή τους.Αντίθετα, βρίσκονται σε τέσσερις κύριους ασυνήθιστους τύπους βράχου. ανθρακίτες, τα οποία είναι ασυνήθιστα πυριγενή πετρώματα που προέρχονται από μάγματα πλούσια σε ανθρακικά, αλκαλικές πυριγενείς θέσεις, κοιτάσματα αργίλου απορρόφησης ιόντων και εναποθέσεις μοναζίτη-ξενοτιμονοφόρου.Η Κίνα εξορύσσει το 95% των στοιχείων σπάνιας γης για να ικανοποιήσει τη ζήτηση για τρόπους ζωής υψηλής τεχνολογίας και ανανεώσιμες πηγές ενέργειαςΑπό τα τέλη της δεκαετίας του 1990, η Κίνα κυριαρχεί στην παραγωγή REE, χρησιμοποιώντας τα δικά της κοιτάσματα αργίλου απορρόφησης ιόντων, γνωστά ως «South China Clays».Είναι οικονομικό για την Κίνα να το κάνει επειδή οι αποθέσεις αργίλου είναι εύκολο να εξαχθούν REE από τη χρήση ασθενών οξέων.Τα στοιχεία σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται για όλα τα είδη εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων υπολογιστών, συσκευών αναπαραγωγής DVD, κινητών τηλεφώνων, φωτισμού, οπτικών ινών, φωτογραφικών μηχανών και ηχείων, ακόμη και στρατιωτικού εξοπλισμού, όπως κινητήρες τζετ, συστήματα καθοδήγησης πυραύλων, δορυφόρους και -πυραυλική άμυνα.Ένας στόχος της Συμφωνίας του Παρισιού για το κλίμα του 2015 είναι να περιοριστεί η υπερθέρμανση του πλανήτη κάτω από τους 2 ˚C, κατά προτίμηση 1,5 ˚C, προβιομηχανικά επίπεδα. Αυτό έχει αυξήσει τη ζήτηση για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οποία απαιτούν επίσης REE για να λειτουργήσουν.Το 2010, η Κίνα ανακοίνωσε ότι θα μειώσει τις εξαγωγές REE για να εκπληρώσει τη δική της αύξηση στη ζήτηση, αλλά και να διατηρήσει την κυρίαρχη θέση της για την προμήθεια εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας στον υπόλοιπο κόσμο.Η Κίνα βρίσκεται επίσης σε ισχυρή οικονομική θέση για τον έλεγχο της προμήθειας REE που απαιτούνται για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ηλιακά πάνελ, ανεμογεννήτριες και παλιρροϊκές ανεμογεννήτριες, καθώς και ηλεκτρικά οχήματα.Έργο σύλληψης σπάνιων γαιών λιπάσματος φωσφογύψουΟ φωσφογύψος είναι ένα υποπροϊόν του λιπάσματος και περιέχει φυσικά ραδιενεργά στοιχεία όπως το ουράνιο και το θόριο. Για το λόγο αυτό, αποθηκεύεται επ' αόριστον, με σχετικούς κινδύνους ρύπανσης του εδάφους, του αέρα και των υδάτων.Ως εκ τούτου, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State έχουν επινοήσει μια προσέγγιση πολλαπλών σταδίων χρησιμοποιώντας μηχανικά πεπτίδια, σύντομες σειρές αμινοξέων που μπορούν να αναγνωρίσουν και να διαχωρίσουν με ακρίβεια τα REE χρησιμοποιώντας μια ειδικά αναπτυγμένη μεμβράνη.Καθώς οι παραδοσιακές μέθοδοι διαχωρισμού είναι ανεπαρκείς, το έργο στοχεύει να επινοήσει νέες τεχνικές, υλικά και διαδικασίες διαχωρισμού.Ο σχεδιασμός καθοδηγείται από υπολογιστική μοντελοποίηση, που αναπτύχθηκε από τη Rachel Getman, κύρια ερευνήτρια και αναπληρώτρια καθηγήτρια χημικής και βιομοριακής μηχανικής στο Clemson, με τις ερευνήτριες Christine Duval και Julie Renner, να αναπτύσσουν τα μόρια που θα κολλήσουν σε συγκεκριμένους REE.Η Greenlee θα εξετάσει πώς συμπεριφέρονται στο νερό και θα αξιολογήσει τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο και τις διαφορετικές οικονομικές δυνατότητες υπό ποικίλες συνθήκες σχεδιασμού και λειτουργίας.Η καθηγήτρια χημικής μηχανικής Lauren Greenlee, ισχυρίζεται ότι: «σήμερα, υπολογίζεται ότι 200.000 τόνοι σπάνιων γαιών είναι παγιδευμένοι σε μη επεξεργασμένα απόβλητα φωσφογύψου μόνο στη Φλόριντα».Η ομάδα εντοπίζει ότι η παραδοσιακή ανάκτηση συνδέεται με περιβαλλοντικά και οικονομικά εμπόδια, με τα οποία επί του παρόντος ανακτώνται από σύνθετα υλικά, τα οποία απαιτούν την καύση ορυκτών καυσίμων και είναι εντάσεως εργασίαςΤο νέο έργο θα επικεντρωθεί στην ανάκτησή τους με βιώσιμο τρόπο και ενδέχεται να αναπτυχθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα για περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη.Εάν το έργο είναι επιτυχές, θα μπορούσε επίσης να μειώσει την εξάρτηση των ΗΠΑ από την Κίνα για την παροχή στοιχείων σπάνιων γαιών.Χρηματοδότηση έργου του Εθνικού Ιδρύματος ΕπιστημώνΤο έργο Penn State REE χρηματοδοτείται από τετραετή επιχορήγηση 571.658 δολαρίων, συνολικού ύψους 1,7 εκατομμυρίων δολαρίων, και είναι μια συνεργασία με το Case Western Reserve University και το Πανεπιστήμιο Clemson.Εναλλακτικοί τρόποι για την ανάκτηση σπάνιων γαιών στοιχείωνΗ ανάκτηση RRE πραγματοποιείται συνήθως χρησιμοποιώντας εργασίες μικρής κλίμακας, συνήθως με έκπλυση και εκχύλιση με διαλύτη.Αν και είναι απλή διαδικασία, η έκπλυση απαιτεί μεγάλη ποσότητα επικίνδυνων χημικών αντιδραστηρίων, επομένως είναι ανεπιθύμητη εμπορικά.Η εκχύλιση με διαλύτη είναι μια αποτελεσματική τεχνική, αλλά δεν είναι πολύ αποδοτική, επειδή είναι εντατική και χρονοβόρα.Ένας άλλος συνηθισμένος τρόπος για την ανάκτηση REE είναι μέσω της γεωργίας, επίσης γνωστής ως e-mining, η οποία περιλαμβάνει τη μεταφορά ηλεκτρονικών απορριμμάτων, όπως παλιούς υπολογιστές, τηλέφωνα και τηλεόραση από διάφορες χώρες στην Κίνα για εξόρυξη REE.Σύμφωνα με το Περιβαλλοντικό Πρόγραμμα του ΟΗΕ, πάνω από 53 εκατομμύρια τόνοι ηλεκτρονικών αποβλήτων δημιουργήθηκαν το 2019, με περίπου 57 δισεκατομμύρια δολάρια πρώτες ύλες που περιέχουν REE και μέταλλα.Αν και συχνά διαφημίζεται ως βιώσιμη μέθοδος ανακύκλωσης υλικών, δεν είναι χωρίς το δικό της σύνολο προβλημάτων που πρέπει ακόμα να ξεπεραστούν.Η γεωργία απαιτεί πολύ χώρο αποθήκευσης, εγκαταστάσεις ανακύκλωσης, απορρίμματα χωματερής μετά την ανάκτηση REE και συνεπάγεται κόστος μεταφοράς, που απαιτεί την καύση ορυκτών καυσίμων.Το Penn State University Project έχει τη δυνατότητα να ξεπεράσει ορισμένα από τα προβλήματα που σχετίζονται με τις παραδοσιακές μεθόδους ανάκτησης REE εάν μπορεί να ικανοποιήσει τους δικούς του περιβαλλοντικούς και οικονομικούς στόχους.
