källa: AZO Mining

Vad är sällsynta jordartselement och var finns de?

Rare earth elements (REEs) består av 17 metalliska element, uppbyggda av 15 lantanider i det periodiska systemet:

Lantan

Cerium

Praseodym

Neodym

Prometium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Thulium

Ytterbium

Utetium

Skandium

Yttrium

De flesta av dem är inte så sällsynta som gruppnamnet antyder utan namngavs på 1700- och 1800-talen, i jämförelse med andra vanligare "jordelement" som kalk och magnesia.

Cerium är den vanligaste REE och rikligare än koppar eller bly.

Men i geologiska termer finns REE sällan i koncentrerade fyndigheter eftersom kollag, till exempel, gör dem ekonomiskt svåra att bryta.

De finns istället i fyra huvudsakligen ovanliga bergarter; karbonatiter, som är ovanliga magmatiska bergarter som härrör från karbonatrika magma, alkaliska magmatiska miljöer, jonabsorberande leravlagringar och monazit-xenotid-bärare avlagringar.

Kina bryter 95 % av sällsynta jordartselement för att tillfredsställa efterfrågan på högteknologiska livsstilar och förnybar energi

Sedan slutet av 1990-talet har Kina dominerat REE-produktionen genom att använda sina egna jonabsorberande leravlagringar, kända som "South China Clays".

Det är ekonomiskt för Kina att göra eftersom leravlagringarna är enkla att utvinna REE från att använda svaga syror.

Sällsynta jordartsmetaller används för alla typer av högteknologisk utrustning, inklusive datorer, DVD-spelare, mobiltelefoner, belysning, fiberoptik, kameror och högtalare, och till och med militär utrustning, såsom jetmotorer, missilstyrningssystem, satelliter och anti -missilförsvar.

Ett mål med klimatavtalet från Paris 2015 är att begränsa den globala uppvärmningen till under 2 ˚C, helst 1,5 ˚C, förindustriella nivåer. Detta har ökat efterfrågan på förnybar energi och elbilar, vilket också kräver REE för att fungera.

2010 meddelade Kina att det skulle minska REE-exporten för att möta sin egen ökade efterfrågan, men också behålla sin dominerande ställning för att leverera högteknologisk utrustning till resten av världen.

Kina har också en stark ekonomisk position för att kontrollera tillgången på REE som behövs för förnybar energi som solpaneler, vind- och tidvattenkraftsturbiner samt elfordon.

Fosfogipsgödselmedel fånga sällsynta jordartselement

Fosfogips är en biprodukt av gödningsmedel och innehåller naturligt förekommande radioaktiva ämnen som uran och torium. Av denna anledning lagras den på obestämd tid, med tillhörande risker för att förorena mark, luft och vatten.

Därför har forskare vid Penn State University utarbetat en flerstegsmetod med hjälp av konstruerade peptider, korta strängar av aminosyror som exakt kan identifiera och separera REE med hjälp av ett speciellt utvecklat membran.

Eftersom traditionella separationsmetoder är otillräckliga, syftar projektet till att ta fram nya separationstekniker, material och processer.

Designen leds av beräkningsmodellering, utvecklad av Rachel Getman, huvudforskare och docent i kemi- och biomolekylär ingenjörsteknik vid Clemson, tillsammans med utredarna Christine Duval och Julie Renner, som utvecklar molekylerna som kommer att fästa vid specifika REEs.

Greenlee kommer att titta på hur de beter sig i vatten och kommer att bedöma miljöpåverkan och olika ekonomiska potentialer under varierande design och driftssituationer.

Kemiteknikprofessor Lauren Greenlee hävdar att: "idag uppskattningsvis 200 000 ton sällsynta jordartsmetaller är fångade i obearbetat fosforgipsavfall bara i Florida."

Teamet identifierar att traditionell återvinning är förknippad med miljömässiga och ekonomiska barriärer, där de för närvarande återvinns från kompositmaterial, som kräver förbränning av fossila bränslen och är arbetskrävande

Det nya projektet kommer att fokusera på att återvinna dem på ett hållbart sätt och kan komma att rullas ut i större skala för miljömässiga och ekonomiska fördelar.

Om projektet blir framgångsrikt kan det också minska USA:s beroende av Kina för att tillhandahålla sällsynta jordartsmetaller.

National Science Foundation projektfinansiering

Penn State REE-projektet finansieras av ett fyraårigt anslag på 571 658 USD, totalt 1,7 miljoner USD, och är ett samarbete med Case Western Reserve University och Clemson University.

Alternativa sätt att återställa sällsynta jordartselement

RRE-återvinning utförs vanligtvis med småskaliga operationer, vanligtvis genom urlakning och lösningsmedelsextraktion.

Även om det är en enkel process, kräver urlakning en stor mängd farliga kemiska reagenser, så det är inte önskvärt kommersiellt.

Lösningsmedelsextraktion är en effektiv teknik men är inte särskilt effektiv eftersom den är arbetskrävande och tidskrävande.

Ett annat vanligt sätt för REE att återvinnas är genom agromining, även känd som e-mining, vilket innebär transport av elektroniskt avfall, såsom gamla datorer, telefoner och TV från olika länder till Kina för REE-utvinning.

Enligt FN:s miljöprogram genererades över 53 miljoner ton e-avfall 2019, med cirka 57 miljarder dollar råvaror som innehåller REE och metaller.

Även om den ofta framhålls som en hållbar metod för att återvinna material, är den inte utan sina egna problem som fortfarande måste övervinnas.

Agromining kräver mycket lagringsutrymme, återvinningsanläggningar, deponi avfall efter REE-återvinning och innebär transportkostnader, vilket kräver förbränning av fossila bränslen.

Penn State University Project har potential att övervinna några av problemen som är förknippade med traditionella REE-återvinningsmetoder om det kan uppfylla sina egna miljömässiga och ekonomiska mål.

---

Posttid: 2022-03-03