джерело: AZO Mining

Що таке рідкоземельні елементи та де вони знаходяться?

Рідкоземельні елементи (РЗЕ) складаються з 17 металевих елементів, що складаються з 15 лантаноїдів періодичної таблиці:

Лантану

Церій

Празеодим

Неодим

Прометій

Самарій

Європіум

Гадоліній

Тербій

Диспрозій

Гольмій

Ербій

Тулій

Ітербій

Утецій

Скандій

Ітрій

Більшість із них не такі рідкісні, як випливає з назви групи, але були названі у 18 та 19 століттях, порівняно з іншими більш поширеними «земними» елементами, такими як вапно та магнезія.

Церій є найпоширенішим РЗЕ і його більше, ніж мідь або свинець.

Однак, з геологічної точки зору, РЗЕ рідко зустрічаються в концентрованих родовищах, оскільки, наприклад, вугільні пласти роблять їх видобуток економічно складним.

Натомість вони зустрічаються у чотирьох основних незвичайних типах гірських порід: карбонатитах, які є незвичайними магматичними породами, що утворюються з багатих на карбонати магм, лужних магматичних умовах, іонно-поглинаючих глинистих відкладеннях та розсипних відкладеннях монацит-ксенотимоносних порід.

Китай видобуває 95% рідкоземельних елементів, щоб задовольнити попит на високотехнологічний спосіб життя та відновлювану енергетику

З кінця 1990-х років Китай домінує у виробництві РЗЕ, використовуючи власні родовища іонно-абсорбційної глини, відомі як «Південнокитайські глини».

Для Китаю це економічно вигідно, оскільки з глинистих родовищ легко видобувати РЗЕ за допомогою слабких кислот.

Рідкісноземельні елементи використовуються для всілякого високотехнологічного обладнання, включаючи комп'ютери, DVD-програвачі, мобільні телефони, освітлення, волоконну оптику, камери та динаміки, і навіть військову техніку, таку як реактивні двигуни, системи наведення ракет, супутники та протиракетна оборона.

Метою Паризької кліматичної угоди 2015 року є обмеження глобального потепління до рівня нижче 2 °C, бажано 1,5 °C, доіндустріального періоду. 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 власне зростання попиту, але водночас збереже своє домінуюче становище у постачанні високотехнологічного обладнання решті світу.

Китай також має міцне економічне становище, щоб контролювати постачання РЗЕ, необхідних для відновлюваних джерел енергії, таких як сонячні панелі, вітрові та припливні турбіни, а також електромобілі.

Проект захоплення рідкісноземельних елементів на основі фосфогіпсових добрив

Фосфогіпс є побічним продуктом виробництва добрив і містить природні радіоактивні елементи, такі як уран і торій. З цієї причини його зберігають необмежений час, що пов'язано з ризиками забруднення ґрунту, повітря та води.

Тому дослідники з Університету штату Пенсильванія розробили багатоетапний підхід з використанням сконструйованих пептидів – коротких ланцюгів амінокислот, які можуть точно ідентифікувати та розділяти РЗЕ за допомогою спеціально розробленої мембрани.

Оскільки традиційні методи розділення є недостатніми, проєкт спрямований на розробку нових методів розділення, матеріалів та процесів.

Розробка здійснюється на основі комп'ютерного моделювання, розробленого Рейчел Гетман, головним дослідником і доцентом хімічної та біомолекулярної інженерії в Клемсоні, разом з дослідниками Крістін Дюваль та Джулі Реннер, які розробляють молекули, що будуть чіплятися до певних REE.

Грінлі розгляне їхню поведінку у воді та оцінить вплив на навколишнє середовище й різні економічні потенціали за різних проектних та експлуатаційних умов.

Професор хімічної інженерії Лорен Грінлі стверджує, що: «сьогодні лише у Флориді у необроблених відходах фосфогіпсу міститься близько 200 000 тонн рідкоземельних елементів».

Команда визначила, що традиційне відновлення пов'язане з екологічними та економічними бар'єрами, через що наразі їх відновлюють з композитних матеріалів, що вимагає спалювання викопного палива та є трудомістким.

Новий проєкт буде зосереджений на їхньому сталому відновленні та може бути розгорнутий у більших масштабах для екологічних та економічних вигод.

Якщо проєкт буде успішним, він також може зменшити залежність США від Китаю у постачанні рідкоземельних елементів.

Фінансування проекту Національного наукового фонду

Проєкт REE Університету штату Пенсильванія фінансується чотирирічним грантом у розмірі 571 658 доларів США, загальним обсягом 1,7 мільйона доларів США, і є результатом співпраці з Університетом Кейс Вестерн Резерв та Університетом Клемсона.

Альтернативні способи відновлення рідкоземельних елементів

Відновлення РЗЕ зазвичай здійснюється за допомогою дрібномасштабних операцій, зазвичай шляхом вилуговування та екстракції розчинником.

Хоча вилуговування є простим процесом, воно вимагає великої кількості небезпечних хімічних реагентів, тому є небажаним у комерційних цілях.

Екстракція розчинником є ​​ефективним методом, але не дуже ефективним, оскільки він трудомісткий та вимагає багато часу.

Ще один поширений спосіб видобутку РЗЕ – це агромайнінг, 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.

Згідно з даними Програми ООН з навколишнього середовища, у 2019 році було утворено понад 53 мільйони тонн електронних відходів, з яких близько 57 мільярдів доларів США становили сировинні матеріали, що містять редкоземельні елементи (РЗЕ) та метали.

Хоча його часто рекламують як сталий метод переробки матеріалів, він не позбавлений власного набору проблем, які все ще потребують вирішення.

Агровидобуток потребує багато місця для зберігання, переробних заводів, захоронення відходів після вилучення РЗЕ, а також пов'язаний з транспортними витратами, що вимагає спалювання викопного палива.

Проект Університету штату Пенсильванія має потенціал подолати деякі проблеми, пов'язані з традиційними методами відновлення РЗЕ, якщо він зможе задовольнити власні екологічні та економічні цілі.

---

Час публікації: 04 липня 2022 р.