Tương lai của việc khai thác các nguyên tố đất hiếm một cách bền vững
nguồn:Khai thác AZOCác nguyên tố đất hiếm là gì và chúng được tìm thấy ở đâu?Các nguyên tố đất hiếm (REE) bao gồm 17 nguyên tố kim loại, được tạo thành từ 15 nguyên tố nhóm Lantan trong bảng tuần hoàn:LanthanumXeriPraseodymiumNeodymiumPromethiSa-ma-riEuropigadoliniTerbiDysprosiHolmiErbiThuliYtterbitử cungvụ bê bốiYttriHầu hết chúng không hiếm như tên nhóm gợi ý nhưng được đặt tên vào thế kỷ 18 và 19, so với các nguyên tố 'đất' phổ biến hơn khác như vôi và magie.Xeri là loại REE phổ biến nhất và có nhiều hơn đồng hoặc chì.Tuy nhiên, về mặt địa chất, REE hiếm khi được tìm thấy ở các mỏ tập trung vì các vỉa than chẳng hạn đang khiến việc khai thác chúng trở nên khó khăn về mặt kinh tế.Thay vào đó, chúng được tìm thấy trong bốn loại đá không phổ biến chính; cacbonatite, là các loại đá lửa bất thường có nguồn gốc từ magma giàu cacbonat, môi trường lửa có tính kiềm, trầm tích đất sét hấp thụ ion và trầm tích sa khoáng monazite-xenotime.Trung Quốc khai thác 95% nguyên tố đất hiếm để đáp ứng nhu cầu về lối sống công nghệ cao và năng lượng tái tạoKể từ cuối những năm 1990, Trung Quốc đã thống trị hoạt động sản xuất của REE, sử dụng các mỏ đất sét hấp thụ ion của chính mình, được gọi là 'Đất sét Nam Trung Quốc'.Điều này là kinh tế đối với Trung Quốc vì các mỏ đất sét dễ dàng khai thác REE bằng cách sử dụng axit yếu.Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng cho tất cả các loại thiết bị công nghệ cao, bao gồm máy tính, đầu DVD, điện thoại di động, hệ thống chiếu sáng, cáp quang, máy ảnh và loa, và thậm chí cả các thiết bị quân sự, như động cơ phản lực, hệ thống dẫn đường tên lửa, vệ tinh và hệ thống chống tên lửa. -phòng thủ tên lửa.Mục tiêu của Thỏa thuận Khí hậu Paris 2015 là hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức dưới 2 ˚C, tốt nhất là 1,5 ˚C, mức tiền công nghiệp. Điều này đã làm tăng nhu cầu về năng lượng tái tạo và ô tô điện, vốn cũng đòi hỏi các REE phải hoạt động.Năm 2010, Trung Quốc tuyên bố sẽ giảm xuất khẩu REE để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của nước này, nhưng vẫn duy trì vị thế thống trị trong việc cung cấp thiết bị công nghệ cao cho phần còn lại của thế giới.Trung Quốc cũng đang ở vị thế kinh tế mạnh mẽ để kiểm soát việc cung cấp REE cần thiết cho năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời, tua-bin năng lượng gió và thủy triều cũng như xe điện.Dự án thu giữ các nguyên tố đất hiếm bằng phân bón PhosphogypsumPhosphogypsum là sản phẩm phụ của phân bón và chứa các nguyên tố phóng xạ tự nhiên như uranium và thorium. Vì lý do này, nó được lưu trữ vô thời hạn, có nguy cơ gây ô nhiễm đất, không khí và nước.Do đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Pennsylvania đã nghĩ ra một phương pháp tiếp cận nhiều tầng bằng cách sử dụng các peptide được thiết kế, các chuỗi axit amin ngắn có thể xác định và phân tách chính xác REE bằng cách sử dụng màng được phát triển đặc biệt.Do các phương pháp phân tách truyền thống không còn hiệu quả nên dự án nhằm mục đích đưa ra các kỹ thuật, vật liệu và quy trình phân tách mới.Thiết kế được dẫn dắt bởi mô hình tính toán, được phát triển bởi Rachel Getman, nhà nghiên cứu chính và phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại Clemson, cùng với các nhà điều tra Christine Duval và Julie Renner, phát triển các phân tử sẽ bám vào các REE cụ thể.Greenlee sẽ xem xét cách chúng hoạt động trong nước và sẽ đánh giá tác động môi trường cũng như các tiềm năng kinh tế khác nhau trong các tình huống vận hành và thiết kế khác nhau.Giáo sư kỹ thuật hóa học Lauren Greenlee tuyên bố rằng: “Ngày nay, ước tính có khoảng 200.000 tấn nguyên tố đất hiếm bị giữ lại trong chất thải phosphogypsum chưa qua xử lý chỉ riêng ở Florida”.Nhóm nghiên cứu xác định rằng quá trình phục hồi truyền thống có liên quan đến các rào cản về môi trường và kinh tế, theo đó chúng hiện được phục hồi từ vật liệu composite, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch và sử dụng nhiều lao động.Dự án mới sẽ tập trung vào việc phục hồi chúng một cách bền vững và có thể được triển khai trên quy mô lớn hơn vì lợi ích kinh tế và môi trường.Nếu dự án thành công, nó cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc của Mỹ vào Trung Quốc trong việc cung cấp các nguyên tố đất hiếm.Quỹ khoa học quốc gia tài trợ cho dự ánDự án REE của bang Pennsylvania được tài trợ bởi khoản trợ cấp 4 năm trị giá 571.658 USD, tổng trị giá 1,7 triệu USD và là sự hợp tác với Đại học Case Western Reserve và Đại học Clemson.Các cách khác để phục hồi các nguyên tố đất hiếmViệc thu hồi RRE thường được thực hiện bằng cách sử dụng các hoạt động quy mô nhỏ, thường là bằng cách lọc và chiết bằng dung môi.Mặc dù là một quy trình đơn giản nhưng quá trình lọc đòi hỏi một lượng lớn thuốc thử hóa học độc hại, do đó không được mong muốn về mặt thương mại.Chiết bằng dung môi là một kỹ thuật hiệu quả nhưng hiệu quả không cao vì tốn nhiều công sức và thời gian.Một cách phổ biến khác để thu hồi REE là thông qua khai thác nông nghiệp, còn được gọi là khai thác điện tử, bao gồm việc vận chuyển chất thải điện tử, như máy tính, điện thoại và tivi cũ từ nhiều quốc gia khác nhau đến Trung Quốc để khai thác REE.Theo Chương trình Môi trường Liên hợp quốc, hơn 53 triệu tấn rác điện tử đã được tạo ra vào năm 2019, với khoảng 57 tỷ USD nguyên liệu thô có chứa REE và kim loại.Mặc dù thường được quảng cáo là một phương pháp tái chế vật liệu bền vững, nhưng nó không phải là không có những vấn đề riêng cần phải khắc phục.Hoạt động khai thác nông nghiệp đòi hỏi nhiều không gian lưu trữ, nhà máy tái chế, chất thải chôn lấp sau khi REE thu hồi và liên quan đến chi phí vận chuyển, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch.Dự án Đại học bang Pennsylvania có khả năng khắc phục một số vấn đề liên quan đến các phương pháp phục hồi REE truyền thống nếu nó có thể đáp ứng các mục tiêu kinh tế và môi trường của chính mình.
