bron:AZO Mining

Wat zijn zeldzame aardelementen en waar worden ze gevonden?

Zeldzame aardelementen (REE's) omvatten 17 metaalelementen, bestaande uit 15 lanthaniden in het periodiek systeem:

Lanthaan

Cerium

Praseodymium

Neodymium

Promethium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Thulium

Ytterbium

Utetium

Scandium

Yttrium

De meeste zijn niet zo zeldzaam als de groepsnaam doet vermoeden, maar werden genoemd in de 18e en 19e eeuw, in vergelijking met andere, meer algemene 'aarde'-elementen zoals kalk en magnesiumoxide.

Cerium is de meest voorkomende REE en komt overvloediger voor dan koper of lood.

In geologische termen worden REE's echter zelden aangetroffen in geconcentreerde afzettingen, omdat steenkoollagen het bijvoorbeeld economisch moeilijk maken om ze te winnen.

In plaats daarvan worden ze aangetroffen in vier belangrijke, ongebruikelijke gesteentesoorten; carbonatieten, dit zijn ongebruikelijke stollingsgesteenten die zijn afgeleid van carbonaatrijke magma's, alkalische stollingsgesteenten, ionenabsorberende kleiafzettingen en afzettingen van monaziet-xenotiemdragers.

China ontgint 95% van de zeldzame aardmetalen om aan de vraag naar hi-tech levensstijlen en hernieuwbare energie te voldoen

Sinds het einde van de jaren negentig domineert China de REE-productie, waarbij gebruik wordt gemaakt van zijn eigen ionenabsorberende kleiafzettingen, bekend als de 'Zuid-Chinese klei'.

Het is voor China economisch verantwoord om dit te doen, omdat de kleiafzettingen eenvoudig met behulp van zwakke zuren uit de kleiafzettingen kunnen worden gewonnen.

Zeldzame aardmetalen worden gebruikt voor allerlei hi-tech apparatuur, waaronder computers, dvd-spelers, mobiele telefoons, verlichting, glasvezel, camera's en luidsprekers, en zelfs militaire uitrusting, zoals straalmotoren, raketgeleidingssystemen, satellieten en anti-raketsystemen. -raketverdediging.

Een doelstelling van het Klimaatakkoord van Parijs uit 2015 is om de opwarming van de aarde te beperken tot minder dan 2 ˚C, bij voorkeur 1,5 ˚C, pre-industriële niveaus. Hierdoor is de vraag naar hernieuwbare energie en elektrische auto’s toegenomen, waarvoor ook REE’s nodig zijn.

In 2010 kondigde China aan dat het de export van REE zou verminderen om aan zijn eigen stijgende vraag te voldoen, maar ook zijn dominante positie voor het leveren van hi-tech apparatuur aan de rest van de wereld zou behouden.

China bevindt zich ook in een sterke economische positie om het aanbod van hernieuwbare energiebronnen, zoals zonnepanelen, wind- en getijdenenergieturbines, en elektrische voertuigen te controleren.

Fosfogipsmeststof voor het opvangen van zeldzame aardelementen

Fosfogips is een bijproduct van kunstmest en bevat van nature voorkomende radioactieve elementen zoals uranium en thorium. Om deze reden wordt het voor onbepaalde tijd opgeslagen, met de bijbehorende risico's op vervuiling van bodem, lucht en water.

Daarom hebben onderzoekers van Penn State University een meertrapsaanpak bedacht met behulp van speciaal ontwikkelde peptiden, korte reeksen aminozuren die REE's nauwkeurig kunnen identificeren en scheiden met behulp van een speciaal ontwikkeld membraan.

Omdat traditionele scheidingsmethoden ontoereikend zijn, heeft het project tot doel nieuwe scheidingstechnieken, materialen en processen te ontwikkelen.

Het ontwerp wordt geleid door computationele modellering, ontwikkeld door Rachel Getman, hoofdonderzoeker en universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire engineering bij Clemson, met onderzoekers Christine Duval en Julie Renner, die de moleculen ontwikkelen die zich zullen hechten aan specifieke REE's.

Greenlee zal kijken naar hoe ze zich in water gedragen en de impact op het milieu en de verschillende economische mogelijkheden onder variabele ontwerp- en exploitatiesituaties beoordelen.

Professor Lauren Greenlee, hoogleraar chemische technologie, beweert dat: “tegenwoordig alleen al in Florida naar schatting 200.000 ton zeldzame aardelementen gevangen zitten in onverwerkt fosforgipsafval.”

Het team stelt vast dat traditioneel herstel gepaard gaat met ecologische en economische barrières, waarbij ze momenteel worden teruggewonnen uit composietmaterialen, waarvoor de verbranding van fossiele brandstoffen nodig is en arbeidsintensief is.

Het nieuwe project zal zich richten op het op een duurzame manier terugwinnen ervan en kan op grotere schaal worden uitgerold vanwege ecologische en economische voordelen.

Als het project succesvol is, kan het ook de afhankelijkheid van de VS van China voor het leveren van zeldzame aardmetalen verminderen.

Projectfinanciering van de National Science Foundation

Het Penn State REE-project wordt gefinancierd door een vierjarige subsidie ​​van $571.658, in totaal $1,7 miljoen, en is een samenwerking met Case Western Reserve University en Clemson University.

Alternatieve manieren om zeldzame aardelementen te herstellen

De terugwinning van RRE wordt doorgaans uitgevoerd met behulp van kleinschalige operaties, gewoonlijk door uitloging en oplosmiddelextractie.

Hoewel het een eenvoudig proces is, vereist het uitlogen een grote hoeveelheid gevaarlijke chemische reagentia, wat commercieel ongewenst is.

Oplosmiddelextractie is een effectieve techniek, maar is niet erg efficiënt omdat het arbeidsintensief en tijdrovend is.

Een andere veel voorkomende manier om REE's terug te winnen is via agromining, ook wel e-mining genoemd, waarbij elektronisch afval, zoals oude computers, telefoons en televisie, van verschillende landen naar China wordt getransporteerd voor de winning van REE.

Volgens het VN-milieuprogramma werd in 2019 meer dan 53 miljoen ton elektronisch afval gegenereerd, waarbij grondstoffen voor ongeveer 57 miljard dollar REE's en metalen bevatten.

Hoewel het vaak wordt aangeprezen als een duurzame methode voor het recyclen van materialen, is het niet zonder problemen die nog moeten worden overwonnen.

Agromining vereist veel opslagruimte, recyclinginstallaties, stortafval na terugwinning van REE, en brengt transportkosten met zich mee, waarvoor fossiele brandstoffen moeten worden verbrand.

Het Penn State University Project heeft het potentieel om enkele van de problemen die gepaard gaan met traditionele REE-terugwinningsmethoden te overwinnen als het aan zijn eigen ecologische en economische doelstellingen kan voldoen.

---

Posttijd: maart-03-2022