Майбутнє сталого видобутку рідкоземельних елементів
Джерело: AZO MiningЩо таке рідкоземельні елементи і де вони знаходяться?Рідкоземельні елементи (РЗЕ) складаються з 17 металевих елементів, які складаються з 15 лантаноїдів у періодичній таблиці:лантанцерійПразеодимНеодимовийПрометійСамарійєвропійГадолінійТербійДиспрозійГольмійЕрбійТулійІтербійУтеційскандійІтрійБільшість із них не такі рідкісні, як випливає з назви групи, але були названі в 18-му та 19-му століттях, порівняно з іншими більш поширеними «земляними» елементами, такими як вапно та магнезія.Церій є найпоширенішим REE і більш поширеним, ніж мідь або свинець.Однак у геологічному плані РЗЕ рідко зустрічаються в зосереджених родовищах, оскільки, наприклад, вугільні пласти ускладнюють їх економічний видобуток.Натомість вони зустрічаються в чотирьох основних незвичайних типах порід;карбонатити, які є незвичайними виверженими породами, що походять із багатих карбонатами магм, лужних вивержених обстановок, іонно-абсорбційних глинистих родовищ і монацит-ксенотимових розсипів.Китай видобуває 95% рідкоземельних елементів, щоб задовольнити попит на високотехнологічний спосіб життя та відновлювану енергіюЗ кінця 1990-х років Китай домінував у виробництві РЗЕ, використовуючи власні родовища глини, що поглинає іони, відомі як «Південнокитайські глини».Для Китаю це економічно вигідно, оскільки глинисті родовища легко видобувати РЗЕ за допомогою слабких кислот.Рідкоземельні елементи використовуються для різного високотехнологічного обладнання, включаючи комп’ютери, DVD-програвачі, мобільні телефони, освітлювальні прилади, волоконну оптику, камери та динаміки, і навіть військову техніку, таку як реактивні двигуни, системи наведення ракет, супутники та антибіотики. - протиракетна оборона.Метою Паризької кліматичної угоди 2015 року є обмеження глобального потепління до рівня нижче 2 ˚C, бажано 1,5 ˚C, до індустріального рівня.Це збільшило попит на відновлювані джерела енергії та електромобілі, для роботи яких також потрібні РЗЕ.У 2010 році Китай оголосив, що скоротить експорт РЗЕ, щоб задовольнити свій власний попит, але також зберегти свою домінуючу позицію в постачанні високотехнологічного обладнання в решту світу.Китай також має сильну економічну позицію, щоб контролювати постачання РЗЕ, необхідних для відновлюваних джерел енергії, таких як сонячні батареї, вітряні та приливні енергетичні турбіни, а також електромобілі.Проект захоплення рідкісноземельних елементів у фосфогіпсових добривахФосфогіпс є побічним продуктом добрив і містить природні радіоактивні елементи, такі як уран і торій.З цієї причини він зберігається необмежений час, що супроводжується ризиком забруднення ґрунту, повітря та води.Тому дослідники з Університету штату Пенсільванія розробили багатоетапний підхід із використанням сконструйованих пептидів, коротких рядків амінокислот, які можуть точно ідентифікувати та розділяти РЗЕ за допомогою спеціально розробленої мембрани.Оскільки традиційних методів поділу недостатньо, проект спрямований на розробку нових методів поділу, матеріалів і процесів.Дизайн базується на обчислювальному моделюванні, розробленому Рейчел Гетман, головним дослідником і доцентом хімічної та біомолекулярної інженерії в Клемсоні, з дослідниками Крістін Дюваль і Джулі Реннер, які розробляють молекули, які будуть закріплюватися на конкретних REE.Грінлі розгляне, як вони поводяться у воді, і оцінить вплив на навколишнє середовище та різні економічні потенціали за змінних умов проектування та експлуатації.Професор хімічної інженерії Лорен Грінлі стверджує, що «сьогодні приблизно 200 000 тонн рідкоземельних елементів ув’язнено в необроблених відходах фосфогіпсу лише у Флориді».Команда встановила, що традиційне відновлення пов’язане з екологічними та економічними бар’єрами, через що їх наразі відновлюють із композитних матеріалів, які вимагають спалювання викопного палива та є трудомісткими.Новий проект буде зосереджений на відновленні їх у стійкий спосіб і може бути розгорнутий у більших масштабах для отримання екологічних та економічних переваг.Якщо проект буде успішним, він також може зменшити залежність США від Китаю у постачанні рідкоземельних елементів.Фінансування проекту Національного наукового фондуПроект Penn State REE фінансується чотирирічним грантом у розмірі 571 658 доларів США на загальну суму 1,7 мільйона доларів США та є результатом співпраці з Case Western Reserve University та Clemson University.Альтернативні способи відновлення рідкоземельних елементівВідновлення РВД зазвичай здійснюється за допомогою невеликих операцій, як правило, шляхом вилуговування та екстракції розчинником.Незважаючи на простий процес, вилуговування вимагає великої кількості небезпечних хімічних реагентів, тому є небажаним у комерційних цілях.Екстракція розчинником є ефективною технікою, але не надто ефективною, оскільки вона трудомістка та забирає багато часу.Іншим поширеним способом відновлення РЗЕ є агровидобуток, також відомий як електронний майнінг, який передбачає транспортування електронних відходів, таких як старі комп’ютери, телефони та телевізори, з різних країн до Китаю для видобутку РЗЕ.За даними Програми ООН з навколишнього середовища, у 2019 році було утворено понад 53 мільйони тонн електронних відходів із сировиною на суму близько 57 мільярдів доларів, що містить РЗЕ та метали.Хоча його часто рекламують як екологічний метод переробки матеріалів, він не позбавлений ряду проблем, які все ще потрібно подолати.Агровидобуток вимагає багато місця для зберігання, переробних заводів, звалищ відходів після відновлення РЗЕ, а також передбачає витрати на транспортування, які потребують спалювання викопного палива.Проект Університету штату Пенсільванія має потенціал для подолання деяких проблем, пов’язаних із традиційними методами відновлення РЗЕ, якщо він зможе задовольнити свої екологічні та економічні цілі.
