Przyszłość wydobywania pierwiastków ziem rzadkich w sposób zrównoważony
źródło: AZO MiningCo to są pierwiastki ziem rzadkich i gdzie można je znaleźć?Pierwiastki ziem rzadkich (REE) obejmują 17 pierwiastków metalicznych, składających się z 15 lantanowców w układzie okresowym:LantanCerPrazeodymNeodymPrometSamarEuropGadolinTerbDysprozHolmErbTulIterbUtetSkandItrWiększość z nich nie jest tak rzadka, jak sugeruje nazwa grupy, ale została nazwana w XVIII i XIX wieku w porównaniu z innymi, bardziej powszechnymi pierwiastkami „ziemi”, takimi jak wapno i tlenek magnezu.Cer jest najpowszechniejszym REE i występuje częściej niż miedź czy ołów.Jednak z geologicznego punktu widzenia REE rzadko występują w skoncentrowanych złożach, ponieważ na przykład pokłady węgla utrudniają ich wydobywanie z ekonomicznego punktu widzenia.Zamiast tego można je znaleźć w czterech głównych, rzadkich typach skał; karbonatyty, które są niezwykłymi skałami magmowymi pochodzącymi z magm bogatych w węglany, zasadowych osadów magmowych, złóż gliny pochłaniającej jony i złóż osadów zawierających monacyt i ksenotym.Chiny wydobywają 95% pierwiastków ziem rzadkich, aby zaspokoić popyt na zaawansowany technologicznie styl życia i energię odnawialnąOd końca lat 90. XX wieku Chiny zdominowały produkcję REE, wykorzystując własne złoża gliny pochłaniającej jony, znane jako „glinki południowochińskie”.Jest to opłacalne dla Chin, ponieważ złoża gliny można łatwo wydobyć z REE przy użyciu słabych kwasów.Pierwiastki ziem rzadkich są wykorzystywane we wszelkiego rodzaju zaawansowanym technologicznie sprzęcie, w tym w komputerach, odtwarzaczach DVD, telefonach komórkowych, oświetleniu, światłowodach, kamerach i głośnikach, a nawet sprzęcie wojskowym, takim jak silniki odrzutowe, systemy naprowadzania rakiet, satelity i systemy przeciwlotnicze. -obrona przeciwrakietowa.Celem porozumienia klimatycznego z Paryża z 2015 r. jest ograniczenie globalnego ocieplenia do poziomu poniżej 2 ˚C, a najlepiej 1,5 ˚C w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej. Zwiększyło to zapotrzebowanie na energię odnawialną i samochody elektryczne, które do działania również wymagają REE.W 2010 roku Chiny ogłosiły, że ograniczą eksport REE, aby zaspokoić własny wzrost popytu, ale jednocześnie utrzymać dominującą pozycję w dostarczaniu sprzętu hi-tech dla reszty świata.Chiny mają również silną pozycję gospodarczą, aby kontrolować dostawy REE potrzebnych do wytwarzania energii odnawialnej, takich jak panele słoneczne, turbiny wiatrowe i pływowe, a także pojazdy elektryczne.Projekt wychwytywania pierwiastków ziem rzadkich nawozów fosforowo-gipsowychFosfogips jest produktem ubocznym nawozów i zawiera naturalnie występujące pierwiastki promieniotwórcze, takie jak uran i tor. Z tego powodu jest przechowywany przez czas nieokreślony, co wiąże się z ryzykiem zanieczyszczenia gleby, powietrza i wody.Dlatego naukowcy z Penn State University opracowali wieloetapowe podejście z wykorzystaniem zmodyfikowanych peptydów, krótkich ciągów aminokwasów, które mogą dokładnie identyfikować i oddzielać REE przy użyciu specjalnie opracowanej membrany.Ponieważ tradycyjne metody separacji są niewystarczające, celem projektu jest opracowanie nowych technik, materiałów i procesów separacji.Projekt opiera się na modelowaniu obliczeniowym opracowanym przez Rachel Getman, główną badaczkę i profesor nadzwyczajną inżynierii chemicznej i biomolekularnej w Clemson, wraz z badaczkami Christine Duval i Julie Renner, które opracowują cząsteczki, które będą przyczepiać się do określonych REE.Greenlee przyjrzy się, jak zachowują się one w wodzie i oceni wpływ na środowisko oraz różne potencjały ekonomiczne w zmiennych sytuacjach projektowych i operacyjnych.Profesor inżynierii chemicznej Lauren Greenlee twierdzi, że: „w samej Florydzie w nieprzetworzonych odpadach fosfogipsowych uwięzionych jest obecnie około 200 000 ton pierwiastków ziem rzadkich”.Zespół stwierdza, że tradycyjny odzysk wiąże się z barierami środowiskowymi i ekonomicznymi, przez co obecnie odzyskuje się je z materiałów kompozytowych, które wymagają spalania paliw kopalnych i są pracochłonneNowy projekt skupi się na ich odzyskiwaniu w sposób zrównoważony i może zostać wdrożony na większą skalę z korzyścią dla środowiska i gospodarki.Jeśli projekt zakończy się sukcesem, może również zmniejszyć zależność USA od Chin w zakresie dostaw pierwiastków ziem rzadkich.Finansowanie projektu Narodowej Fundacji NaukiProjekt REE w Penn State jest finansowany z czteroletniego grantu w wysokości 571 658 dolarów na łączną kwotę 1,7 miliona dolarów i powstał we współpracy z Case Western Reserve University i Clemson University.Alternatywne sposoby odzyskiwania pierwiastków ziem rzadkichOdzysk RRE zwykle przeprowadza się na małą skalę, zwykle poprzez ługowanie i ekstrakcję rozpuszczalnikiem.Chociaż jest to prosty proces, ługowanie wymaga dużej ilości niebezpiecznych odczynników chemicznych, dlatego jest niepożądane z komercyjnego punktu widzenia.Ekstrakcja rozpuszczalnikiem jest skuteczną techniką, ale niezbyt wydajną, ponieważ jest pracochłonna i czasochłonna.Innym powszechnym sposobem odzyskiwania REE jest agrominacja, znana również jako e-mining, która obejmuje transport odpadów elektronicznych, takich jak stare komputery, telefony i telewizory, z różnych krajów do Chin w celu ekstrakcji REE.Według Programu Środowiskowego ONZ w 2019 r. wytworzono ponad 53 miliony ton e-odpadów, z czego około 57 miliardów dolarów na surowce zawierające REE i metale.Chociaż często jest reklamowana jako zrównoważona metoda recyklingu materiałów, nie jest pozbawiona własnego zestawu problemów, które nadal wymagają przezwyciężenia.Agrominarstwo wymaga dużej powierzchni magazynowej, zakładów recyklingu, składowania odpadów po odzyskiwaniu REE i wiąże się z kosztami transportu, co wiąże się ze spalaniem paliw kopalnych.Projekt Penn State University ma potencjał przezwyciężenia niektórych problemów związanych z tradycyjnymi metodami odzyskiwania REE, jeśli może spełnić swoje własne cele środowiskowe i ekonomiczne.
