Przyszłość wydobycia pierwiastków ziem rzadkich w zrównoważony sposób
2022-02-24
źródło: Górnictwo AZO
Czym są pierwiastki ziem rzadkich i gdzie można je znaleźć?
Pierwiastki ziem rzadkich (REE) składają się z 17 pierwiastków metalicznych, składających się z 15 lantanowców w układzie okresowym: La，Ce，Pr.........
Większość z nich nie jest tak rzadka, jak sugeruje nazwa grupy, ale została nazwana w XVIII i XIX wieku, w porównaniu do innych, bardziej powszechnych pierwiastków „ziemnych”, takich jak wapno i magnezja.Cer jest najpowszechniejszym REE i występuje w większej ilości niż miedź czy ołów.Jednak pod względem geologicznym REE rzadko znajdują się w skoncentrowanych złożach, ponieważ na przykład pokłady węgla utrudniają ich eksploatację z ekonomicznego punktu widzenia.Zamiast tego można je znaleźć w czterech głównych nietypowych typach skał;węglanyty, które są niezwykłymi skałami magmowymi pochodzącymi z magm bogatych w węglany, alkalicznych osadów magmowych, złóż glin absorbujących jony i złóż monazytowo-ksenotymowych.Chiny wydobywają 95% pierwiastków ziem rzadkich w celu zaspokojenia zapotrzebowania na nowoczesny styl życia i energię odnawialnąOd końca lat dziewięćdziesiątych Chiny zdominowały produkcję REE, wykorzystując własne złoża gliny absorbującej jony, znane jako „glinki południowochińskie”.Dla Chin jest to opłacalne, ponieważ złoża gliny są łatwe do wydobycia z REE przy użyciu słabych kwasów.Pierwiastki ziem rzadkich są używane do wszelkiego rodzaju sprzętu hi-tech, w tym komputerów, odtwarzaczy DVD, telefonów komórkowych, oświetlenia, światłowodów, kamer i głośników, a nawet sprzętu wojskowego, takiego jak silniki odrzutowe, systemy naprowadzania rakiet, satelity i -obrona przeciwrakietowa.Celem porozumienia klimatycznego z Paryża z 2015 r. jest ograniczenie globalnego ocieplenia do poziomu poniżej 2 ˚C, najlepiej 1,5 ˚C, poziomu sprzed epoki przemysłowej.Zwiększyło to zapotrzebowanie na energię odnawialną i samochody elektryczne, które również wymagają do działania REE.W 2010 r. Chiny ogłosiły, że ograniczą eksport REE, aby zaspokoić własny wzrost popytu, ale także utrzymają dominującą pozycję w dostarczaniu zaawansowanego technologicznie sprzętu do reszty świata.Chiny mają również silną pozycję ekonomiczną, jeśli chodzi o kontrolowanie dostaw pierwiastków ziem rzadkich potrzebnych do wytwarzania energii odnawialnej, takiej jak panele słoneczne, turbiny wiatrowe i pływowe, a także pojazdy elektryczne.Projekt przechwytywania pierwiastków ziem rzadkich nawozu fosfogipsowegoFosfogips jest produktem ubocznym nawozu 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 wykorzystujące zmodyfikowane peptydy, krótkie ciągi aminokwasów, które mogą dokładnie identyfikować i oddzielać REE przy użyciu specjalnie opracowanej membrany.Ponieważ tradycyjne metody separacji są niewystarczające, projekt ma na celu opracowanie nowych technik, materiałów i procesów separacji.Projekt opiera się na modelowaniu obliczeniowym, opracowanym przez Rachel Getman, głównego badacza i profesora nadzwyczajnego inżynierii chemicznej i biomolekularnej w Clemson, wraz z badaczami Christine Duval i Julie Renner, opracowujących cząsteczki, które będą przyczepiać się do określonych REE.Greenlee przyjrzy się, jak zachowują się w wodzie i oceni wpływ na środowisko oraz różne potencjały ekonomiczne w różnych sytuacjach projektowych i operacyjnych.Profesor inżynierii chemicznej Lauren Greenlee twierdzi, że: „dziś około 200 000 ton pierwiastków ziem rzadkich jest uwięzionych w nieprzetworzonych odpadach fosfogipsowych na samej Florydzie”.Zespół stwierdza, że tradycyjne odzyskiwanie wiąże się z barierami środowiskowymi i ekonomicznymi, przez co są one obecnie odzyskiwane z materiałów kompozytowych, które wymagają spalania paliw kopalnych i są pracochłonneNowy projekt skupi się na ich odzyskiwaniu w sposób zrównoważony i może być wdrażany na większą skalę z korzyścią dla środowiska i gospodarki.Jeśli projekt się powiedzie, może również zmniejszyć zależność USA od Chin w zakresie dostarczania pierwiastków ziem rzadkich.Finansowanie projektów Narodowej Fundacji NaukiProjekt Penn State REE jest finansowany z czteroletniego grantu w wysokości 571 658 USD o łącznej wartości 1,7 miliona USD i jest realizowany we współpracy z Case Western Reserve University i Clemson University.Alternatywne sposoby odzyskiwania pierwiastków ziem rzadkichOdzyskiwanie RRE jest zwykle przeprowadzane przy użyciu operacji na małą skalę, zwykle przez ługowanie i ekstrakcję rozpuszczalnikiem.Chociaż proces jest prosty, ługowanie wymaga dużej ilości niebezpiecznych odczynników chemicznych, dlatego jest niepożądane w handlu.Ekstrakcja rozpuszczalnikiem jest skuteczną techniką, ale nie jest zbyt wydajna, ponieważ jest pracochłonna i czasochłonna.Innym powszechnym sposobem odzyskiwania REE jest agromining, znany również jako e-mining, który obejmuje transport odpadów elektronicznych, takich jak stare komputery, telefony i telewizory z różnych krajów do Chin w celu wydobycia REE.Według Programu Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska w 2019 r. wytworzono ponad 53 miliony ton e-odpadów, z czego około 57 miliardów dolarów surowców zawierających REE i metale.Chociaż często jest reklamowany jako zrównoważona metoda recyklingu materiałów, nie jest pozbawiony własnego zestawu problemów, które wciąż należy przezwyciężyć.Agrominowanie wymaga dużej przestrzeni magazynowej, zakładów recyklingu, składowania odpadów po odzysku REE oraz wiąże się z kosztami transportu, które wymagają spalania paliw kopalnych.Projekt Penn State University ma potencjał, aby przezwyciężyć niektóre problemy związane z tradycyjnymi metodami odzyskiwania REE, jeśli może spełnić własne cele środowiskowe i ekonomiczne.
