Il futuro dell’estrazione sostenibile degli elementi delle terre rare
fonte:AZO MiningCosa sono gli elementi delle terre rare e dove si trovano?Gli elementi delle terre rare (REE) comprendono 17 elementi metallici, costituiti da 15 lantanidi nella tavola periodica:LantanioCerioPraseodimioNeodimioPromezioSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioOlmioErbioTulioItterbioUtezioScandioIttrioLa maggior parte di essi non sono così rari come suggerisce il nome del gruppo, ma sono stati nominati nei secoli XVIII e XIX, rispetto ad altri elementi "terrestri" più comuni come la calce e la magnesia.Il cerio è il REE più comune ed è più abbondante del rame o del piombo.Tuttavia, in termini geologici, le terre rare si trovano raramente in depositi concentrati poiché i giacimenti di carbone, ad esempio, ne rendono economicamente difficile l’estrazione.Si trovano invece in quattro principali tipi di rocce non comuni; carbonatiti, che sono rocce ignee insolite derivate da magmi ricchi di carbonato, ambienti ignei alcalini, depositi di argilla che assorbono ioni e depositi di placer portatori di monazite-xenotime.La Cina estrae il 95% degli elementi delle terre rare per soddisfare la domanda di stili di vita hi-tech e di energie rinnovabiliDalla fine degli anni '90, la Cina ha dominato la produzione di terre rare, utilizzando i propri depositi di argilla che assorbono ioni, noti come "Argille della Cina meridionale".È economico per la Cina farlo perché è semplice estrarre REE dai depositi di argilla utilizzando acidi deboli.Gli elementi delle terre rare vengono utilizzati per tutti i tipi di apparecchiature hi-tech, inclusi computer, lettori DVD, telefoni cellulari, illuminazione, fibre ottiche, fotocamere e altoparlanti e persino apparecchiature militari, come motori a reazione, sistemi di guida missilistica, satelliti e anti-missili. -difesa missilistica.Uno degli obiettivi dell’Accordo sul clima di Parigi del 2015 è quello di limitare il riscaldamento globale al di sotto dei 2°C, preferibilmente 1,5°C, rispetto ai livelli preindustriali. Ciò ha aumentato la domanda di energia rinnovabile e di auto elettriche, che richiedono anche il funzionamento delle REE.Nel 2010, la Cina ha annunciato che avrebbe ridotto le esportazioni di terre rare per soddisfare l’aumento della domanda, ma avrebbe anche mantenuto la sua posizione dominante nella fornitura di apparecchiature hi-tech al resto del mondo.La Cina è anche in una forte posizione economica per controllare la fornitura di REE necessarie per le energie rinnovabili come pannelli solari, turbine eoliche e mareomotrici, nonché veicoli elettrici.Progetto di cattura di elementi di terre rare con fertilizzante al fosfogessoIl fosfogesso è un sottoprodotto del fertilizzante e contiene elementi radioattivi presenti in natura come l'uranio e il torio. Per questo motivo viene immagazzinato a tempo indeterminato, con rischi associati di inquinamento del suolo, dell’aria e dell’acqua.Pertanto, i ricercatori della Penn State University hanno ideato un approccio multistadio utilizzando peptidi ingegnerizzati, brevi stringhe di amminoacidi in grado di identificare e separare accuratamente le REE utilizzando una membrana appositamente sviluppata.Poiché i metodi di separazione tradizionali sono insufficienti, il progetto mira a ideare nuove tecniche, materiali e processi di separazione.La progettazione è guidata dalla modellazione computazionale, sviluppata da Rachel Getman, ricercatrice principale e professore associato di ingegneria chimica e biomolecolare alla Clemson, con i ricercatori Christine Duval e Julie Renner, che sviluppano le molecole che si attaccheranno a REE specifiche.Greenlee esaminerà il loro comportamento in acqua e valuterà l'impatto ambientale e le diverse potenzialità economiche in situazioni di progettazione e funzionamento variabili.La professoressa di ingegneria chimica Lauren Greenlee, afferma che: “oggi, circa 200.000 tonnellate di elementi di terre rare sono intrappolate nei rifiuti di fosfogesso non trasformato nella sola Florida”.Il team identifica che il recupero tradizionale è associato a barriere ambientali ed economiche, per cui attualmente vengono recuperati da materiali compositi, che richiedono la combustione di combustibili fossili e richiedono molta manodoperaIl nuovo progetto si concentrerà sul loro recupero in modo sostenibile e potrebbe essere implementato su scala più ampia per vantaggi ambientali ed economici.Se il progetto avrà successo, potrebbe anche ridurre la dipendenza degli Stati Uniti dalla Cina per la fornitura di terre rare.Finanziamento del progetto della National Science FoundationIl progetto Penn State REE è finanziato da una sovvenzione quadriennale di 571.658 dollari, per un totale di 1,7 milioni di dollari, ed è una collaborazione con la Case Western Reserve University e la Clemson University.Modi alternativi per recuperare gli elementi delle terre rareIl recupero dell'RRE viene generalmente effettuato utilizzando operazioni su piccola scala, comunemente mediante lisciviazione ed estrazione con solvente.Sebbene sia un processo semplice, la lisciviazione richiede un'elevata quantità di reagenti chimici pericolosi, quindi non è desiderabile dal punto di vista commerciale.L’estrazione con solvente è una tecnica efficace ma non è molto efficiente perché richiede molto tempo e manodopera.Un altro modo comune per recuperare le REE è attraverso l’agromining, noto anche come e-mining, che prevede il trasporto di rifiuti elettronici, come vecchi computer, telefoni e televisori da vari paesi alla Cina per l’estrazione delle REE.Secondo il Programma ambientale delle Nazioni Unite, nel 2019 sono stati generati oltre 53 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici, con circa 57 miliardi di dollari di materie prime contenenti REE e metalli.Anche se spesso pubblicizzato come un metodo sostenibile per riciclare i materiali, non è esente da una serie di problemi che devono ancora essere superati.L’agromining richiede molto spazio di stoccaggio, impianti di riciclaggio, rifiuti in discarica dopo il recupero delle terre rare e comporta costi di trasporto, che richiedono la combustione di combustibili fossili.Il progetto della Penn State University ha il potenziale per superare alcuni dei problemi associati ai tradizionali metodi di recupero delle terre rare se riesce a soddisfare i propri obiettivi ambientali ed economici.
