A ritkaföldfémek fenntartható bányászatának jövője
forrás:AZO MiningMik azok a ritkaföldfémek és hol találhatók?A ritkaföldfémek (REE) 17 fémelemből állnak, amelyek 15 lantanidból állnak a periódusos rendszerben:LantánCériumPrazeodímiumNeodímiumPromethiumSzamáriumEuropiumGadolíniumTerbiumDysprosiumHolmiumErbiumTúliumItterbiumUtetiumScandiumIttriumLegtöbbjük nem olyan ritka, mint a csoportnév sugallja, de a 18. és 19. században kapták a nevét, összehasonlítva más gyakoribb „földi” elemekkel, mint például a mész és a magnézia.A cérium a leggyakoribb REE, és nagyobb mennyiségben fordul elő, mint a réz vagy az ólom.Geológiai vonatkozásban azonban a ritkaföldfémek ritkán találhatók koncentrált lelőhelyekben, mivel például a szénrétegek gazdaságilag megnehezítik a bányászatukat.Ehelyett négy fő nem gyakori kőzettípusban találhatók meg; karbonatitok, amelyek szokatlan magmás kőzetek, amelyek karbonátban gazdag magmákból, lúgos magmás környezetekből, ionabszorpciós agyaglerakódásokból és monacit-xenotime-hordozó lerakódásokból származnak.Kína a ritkaföldfémek 95%-át bányászza, hogy kielégítse a hi-tech életmód és a megújuló energia iránti keresletetAz 1990-es évek vége óta Kína uralja a REE-termelést, saját ionabszorpciós agyaglerakódásait használva, amelyeket „Dél-kínai agyagoknak” neveznek.Kína számára gazdaságos megtenni, mert az agyaglerakódásokat könnyű kinyerni gyenge savak felhasználásával.A ritkaföldfém elemeket mindenféle csúcstechnológiás berendezéshez használják, beleértve a számítógépeket, DVD-lejátszókat, mobiltelefonokat, világítást, száloptikát, kamerákat és hangszórókat, és még katonai felszereléseket is, például sugárhajtóműveket, rakétairányító rendszereket, műholdakat és antitesteket. - rakétavédelem.A 2015-ös párizsi klímaegyezmény célja, hogy a globális felmelegedést 2 ˚C alá, lehetőleg 1,5 ˚C alá, az iparosodás előtti szintre korlátozza. Ez megnövelte a megújuló energiaforrások és az elektromos autók iránti keresletet, amelyek működéséhez szintén szükséges a REE-k.2010-ben Kína bejelentette, hogy csökkenti a ritkaföldfémek exportját, hogy kielégítse saját keresletnövekedését, ugyanakkor megőrzi domináns pozícióját a világ többi részének csúcstechnológiás berendezésekkel való ellátásában.Kína erős gazdasági helyzetben is van a megújuló energiákhoz, például a napelemekhez, a szél- és árapály-erőművekhez, valamint az elektromos járművekhez szükséges REE-ellátás szabályozására.A foszfogipsz műtrágya ritkaföldfém-elemek rögzítési projektjeA foszfogipsz a műtrágyák mellékterméke, és természetben előforduló radioaktív elemeket, például uránt és tóriumot tartalmaz. Emiatt korlátlan ideig tárolják, ezzel együtt jár a talaj, a levegő és a víz szennyezésének kockázata.Ezért a Penn State Egyetem kutatói egy többlépcsős megközelítést dolgoztak ki olyan mesterséges peptidek, rövid aminosavsorok felhasználásával, amelyek egy speciálisan kifejlesztett membrán segítségével pontosan azonosítják és elválasztják a REE-ket.Mivel a hagyományos elválasztási módszerek nem elegendőek, a projekt célja új elválasztási technikák, anyagok és eljárások kidolgozása.A tervezést számítógépes modellezés vezeti, amelyet Rachel Getman, a Clemson kémiai és biomolekuláris mérnöki professzora, Christine Duval és Julie Renner kutatók dolgoztak ki, és fejlesztik azokat a molekulákat, amelyek bizonyos REE-ekhez kapcsolódnak.Greenlee megvizsgálja, hogyan viselkednek a vízben, és felméri a környezeti hatásokat és a különböző gazdasági lehetőségeket változó tervezési és működési helyzetekben.Lauren Greenlee vegyészmérnök professzor azt állítja, hogy „ma becslések szerint 200 000 tonna ritkaföldfém elem van csapdában a feldolgozatlan foszfogipszhulladékban csak Floridában”.A csapat megállapítja, hogy a hagyományos visszanyerés környezeti és gazdasági korlátokkal van összefüggésben, mivel jelenleg azokat kompozit anyagokból nyerik vissza, amelyek fosszilis tüzelőanyagok elégetését igénylik, és munkaigényesek.Az új projekt ezek fenntartható módon történő helyreállítására összpontosít, és a környezeti és gazdasági előnyök érdekében nagyobb léptékben is bevezethető.Ha a projekt sikeres lesz, az csökkentheti az Egyesült Államok Kínától való függőségét is a ritkaföldfémek beszerzésében.Nemzeti Tudományos Alapítvány projektfinanszírozásaA Penn State REE projektet négyéves, 571 658 dolláros, összesen 1,7 millió dolláros támogatásból finanszírozzák, és a Case Western Reserve Egyetemmel és a Clemson Egyetemmel együttműködnek.Alternatív módszerek a ritkaföldfémek helyreállításáraAz RRE visszanyerését jellemzően kis léptékű műveletekkel végzik, általában kilúgozással és oldószeres extrakcióval.Bár egyszerű folyamat, a kilúgozás nagy mennyiségű veszélyes kémiai reagenst igényel, ezért kereskedelmi szempontból nem kívánatos.Az oldószeres extrakció hatékony technika, de nem túl hatékony, mert munka- és időigényes.A REE-k hasznosításának másik gyakori módja a mezőgazdasági bányászat, más néven e-bányászat, amely magában foglalja az elektronikai hulladékok, például régi számítógépek, telefonok és televíziók szállítását különböző országokból Kínába REE-kinyerés céljából.Az ENSZ Környezetvédelmi Programja szerint 2019-ben több mint 53 millió tonna e-hulladék keletkezett, amelyből körülbelül 57 milliárd dollárnyi nyersanyag tartalmaz REE-t és fémeket.Bár gyakran az anyagok újrahasznosításának fenntartható módszereként emlegetik, ez nem mentes a saját problémáitól, amelyeket még le kell küzdeni.A mezőgazdasági bányászat sok tárolóhelyet, újrahasznosító üzemeket, a REE hasznosítása után a hulladéklerakókba helyezését igényel, és szállítási költségekkel jár, amihez fosszilis tüzelőanyagok elégetése szükséges.A Penn State University Project képes leküzdeni a hagyományos REE-visszanyerési módszerekkel kapcsolatos problémák egy részét, ha eleget tud tenni saját környezetvédelmi és gazdasági célkitűzéseinek.
