источник: АЗО Майнинг

Что такое редкоземельные элементы и где они встречаются?

Редкоземельные элементы (РЗЭ) состоят из 17 металлических элементов, состоящих из 15 лантаноидов периодической таблицы:

Лантан

Церий

Празеодим

Неодим

Прометий

Самарий

европий

Гадолиний

Тербий

Диспрозий

Гольмий

Эрбий

Тулий

Иттербий

Утеций

Скандий

Иттрий

Большинство из них не так редки, как предполагает название группы, но были названы в 18 и 19 веках по сравнению с другими более распространенными «земными» элементами, такими как известь и магнезия.

Церий является наиболее распространенным РЗЭ, и его больше, чем меди или свинца.

Однако с геологической точки зрения РЗЭ редко встречаются в концентрированных месторождениях, поскольку, например, угольные пласты делают их добычу экономически трудной.

Вместо этого они встречаются в четырех основных необычных типах горных пород; карбонатиты — необычные магматические породы, образовавшиеся из богатых карбонатами магм, щелочных магматических обстановок, отложений ионно-поглощающих глин и россыпных месторождений монацит-ксенотима.

Китай добывает 95% редкоземельных элементов для удовлетворения спроса на высокотехнологичный образ жизни и возобновляемые источники энергии

С конца 1990-х годов Китай доминирует в производстве РЗЭ, используя собственные месторождения ионно-абсорбционных глин, известные как «Южно-Китайские глины».

Китаю это экономически выгодно, поскольку из глинистых месторождений легко извлечь РЗЭ с помощью слабых кислот.

Редкоземельные элементы используются во всех видах высокотехнологичного оборудования, включая компьютеры, DVD-плееры, сотовые телефоны, освещение, оптоволокно, камеры и динамики, и даже в военном оборудовании, таком как реактивные двигатели, системы наведения ракет, спутники и средства противодействия. -ПРО.

Целью Парижского климатического соглашения 2015 года является ограничение глобального потепления до уровня ниже 2 ˚C, предпочтительно 1,5 ˚C, доиндустриального уровня. Это увеличило спрос на возобновляемые источники энергии и электромобили, для работы которых также требуются возобновляемые источники энергии.

В 2010 году Китай объявил, что сократит экспорт РЗЭ, чтобы удовлетворить собственный растущий спрос, но при этом сохранит свою доминирующую позицию в поставках высокотехнологичного оборудования в остальной мир.

Китай также находится в сильной экономической позиции, позволяющей контролировать поставки РЗЭ, необходимых для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели, ветряные и приливные турбины, а также электромобили.

Проект по улавливанию редкоземельных элементов из фосфогипсовых удобрений

Фосфогипс является побочным продуктом удобрений и содержит встречающиеся в природе радиоактивные элементы, такие как уран и торий. По этой причине он хранится неопределенно долго, что сопряжено с риском загрязнения почвы, воздуха и воды.

Поэтому исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали многоэтапный подход с использованием сконструированных пептидов, коротких цепочек аминокислот, которые могут точно идентифицировать и разделять РЗЭ с помощью специально разработанной мембраны.

Поскольку традиционных методов разделения недостаточно, проект направлен на разработку новых методов, материалов и процессов разделения.

Проект основан на компьютерном моделировании, разработанном Рэйчел Гетман, главным исследователем и доцентом химической и биомолекулярной инженерии в Клемсоне, а исследователи Кристин Дюваль и Джули Реннер разрабатывают молекулы, которые будут цепляться за определенные РЗЭ.

Гринли рассмотрит, как они ведут себя в воде, и оценит воздействие на окружающую среду и различные экономические потенциалы в различных проектных и эксплуатационных ситуациях.

Профессор химического машиностроения Лорен Гринли утверждает, что: «сегодня только во Флориде в необработанных фосфогипсовых отходах содержится около 200 000 тонн редкоземельных элементов».

Команда определяет, что традиционное восстановление связано с экологическими и экономическими барьерами, поскольку в настоящее время их извлекают из композитных материалов, которые требуют сжигания ископаемого топлива и являются трудоемкими.

Новый проект будет сосредоточен на их устойчивом восстановлении и может быть развернут в более широком масштабе для получения экологических и экономических выгод.

Если проект окажется успешным, он также может снизить зависимость США от Китая в поставках редкоземельных элементов.

Финансирование проекта Национального научного фонда

Проект REE в штате Пенсильвания финансируется за счет четырехлетнего гранта в размере 571 658 долларов США на общую сумму 1,7 миллиона долларов США и является результатом сотрудничества Университета Кейс Вестерн Резерв и Университета Клемсона.

Альтернативные способы восстановления редкоземельных элементов

Восстановление RRE обычно осуществляется с использованием небольших операций, обычно путем выщелачивания и экстракции растворителем.

Несмотря на простоту процесса, выщелачивание требует большого количества опасных химических реагентов, поэтому оно нежелательно с коммерческой точки зрения.

Экстракция растворителем является эффективным методом, но не очень эффективным, поскольку он трудоемкий и требует много времени.

Еще одним распространенным способом восстановления РЗЭ является агродобыча, также известная как электронный майнинг, которая включает в себя транспортировку электронных отходов, таких как старые компьютеры, телефоны и телевизоры, из разных стран в Китай для добычи РЗЭ.

По данным Программы ООН по окружающей среде, в 2019 году было произведено более 53 миллионов тонн электронных отходов, из которых около 57 миллиардов долларов содержало сырье, содержащее РЗЭ и металлы.

Хотя его часто рекламируют как экологически безопасный метод переработки материалов, он не лишен собственных проблем, которые еще предстоит преодолеть.

Агромайнинг требует много площадей для хранения, заводов по переработке отходов, захоронения отходов после восстановления РЗЭ, а также требует транспортных расходов, которые требуют сжигания ископаемого топлива.

Проект Университета штата Пенсильвания имеет потенциал для преодоления некоторых проблем, связанных с традиционными методами восстановления РЗЭ, если он сможет удовлетворить свои собственные экологические и экономические цели.

---

Время публикации: 03 марта 2022 г.