източник: AZO Mining

Какво представляват редкоземните елементи и къде се намират?

Редкоземните елементи (REEs) се състоят от 17 метални елемента, съставени от 15 лантанида в периодичната таблица:

Лантана

Церий

Празеодим

Неодим

Прометий

Самарий

Европий

Гадолиний

Тербий

Диспрозий

Холмий

Ербий

Тулий

Итербий

Утетиум

Скандий

Итрий

Повечето от тях не са толкова редки, колкото подсказва името на групата, но са получили имената си през 18-ти и 19-ти век, в сравнение с други по-често срещани „земни“ елементи като вар и магнезий.

Церият е най-разпространеният редкоземелен елемент и е по-изобилен от медта или оловото.

В геоложки план обаче, редкоземните елементи (REE) рядко се срещат в концентрирани находища, тъй като например въглищните пластове правят добива им икономически труден.

Вместо това те се срещат в четири основни необичайни типа скали; карбонатити, които са необичайни магмени скали, получени от богати на карбонати магми, алкални магмени обстановки, йонно-абсорбиращи глинести находища и находища на монацит-ксенотим-носители.

Китай добива 95% от редкоземните елементи, за да задоволи търсенето на високотехнологичен начин на живот и възобновяема енергия

От края на 90-те години на миналия век Китай доминира в производството на редки метали (REE), използвайки собствените си находища на йонно-абсорбционна глина, известни като „южнокитайски глини“.

За Китай е икономично, защото глинените находища са лесни за извличане на редки елементи (REEs) с помощта на слаби киселини.

Редкоземните елементи се използват за всякакви високотехнологични устройства, включително компютри, DVD плейъри, мобилни телефони, осветителни тела, оптични влакна, камери и високоговорители, и дори военно оборудване, като реактивни двигатели, системи за насочване на ракети, сателити и противоракетна отбрана.

Цел на Парижкото споразумение за климата от 2015 г. е да ограничи глобалното затопляне до под 2˚C, за предпочитане 1,5˚C, нивата от прединдустриалния период. Това е увеличило търсенето на възобновяема енергия и електрически автомобили, които също изискват възобновяеми източници на енергия (REE), за да работят.

През 2010 г. Китай обяви, че ще намали износа на редки метали (REE), за да отговори на нарастващото търсене, но също така ще запази господстващата си позиция за доставка на високотехнологично оборудване за останалата част от света.

Китай е и в силна икономическа позиция да контролира доставките на редки елементи (REE), необходими за възобновяеми енергийни източници, като слънчеви панели, вятърни и приливни турбини, както и електрически превозни средства.

Проект за улавяне на редкоземни елементи с фосфогипсов тор

Фосфогипсът е страничен продукт от торовете и съдържа естествено срещащи се радиоактивни елементи като уран и торий. Поради тази причина той се съхранява за неопределено време, със свързаните с него рискове от замърсяване на почвата, въздуха и водата.

Ето защо, изследователи от Университета на Пенсилвания са разработили многоетапен подход, използващ инженерни пептиди, къси низове от аминокиселини, които могат точно да идентифицират и разделят REE с помощта на специално разработена мембрана.

Тъй като традиционните методи за разделяне са недостатъчни, проектът има за цел да разработи нови техники, материали и процеси за разделяне.

Дизайнът се ръководи от компютърно моделиране, разработено от Рейчъл Гетман, главен изследовател и доцент по химично и биомолекулярно инженерство в Клемсън, с изследователи Кристин Дювал и Джули Ренър, които разработват молекулите, които ще се закрепят към специфични REE.

Грийнли ще разгледа как се държат във вода и ще оцени въздействието върху околната среда и различните икономически потенциали при променливи конструктивни и експлоатационни ситуации.

Професорът по химическо инженерство Лорън Грийнли твърди, че „днес само във Флорида около 200 000 тона редкоземни елементи са хванати в капан в необработени отпадъци от фосфогипс“.

Екипът установява, че традиционното възстановяване е свързано с екологични и икономически бариери, като понастоящем те се извличат от композитни материали, което изисква изгарянето на изкопаеми горива и е трудоемко.

Новият проект ще се фокусира върху тяхното възстановяване по устойчив начин и може да бъде разгърнат в по-голям мащаб за екологични и икономически ползи.

Ако проектът е успешен, той би могъл да намали и зависимостта на САЩ от Китай за доставка на редкоземни елементи.

Финансиране на проекти от Националната научна фондация

Проектът REE на Penn State е финансиран с четиригодишна безвъзмездна помощ от 571 658 долара, на обща стойност 1,7 милиона долара, и е съвместен проект с университетите Case Western Reserve и Clemson.

Алтернативни начини за възстановяване на редкоземни елементи

Възстановяването на RRE обикновено се извършва чрез дребномащабни операции, най-често чрез излужване и екстракция с разтворител.

Въпреки че е прост процес, излужването изисква голямо количество опасни химични реагенти, така че е нежелателно от търговска гледна точка.

Екстракцията с разтворител е ефективна техника, но не е много ефикасна, защото е трудоемка и отнема много време.

Друг често срещан начин за извличане на редки елементи (REE) е чрез агромининг, известен още като електронен добив, който включва транспортирането на електронни отпадъци, като стари компютри, телефони и телевизори от различни страни до Китай за извличане на REE.

Според Програмата на ООН за околна среда, през 2019 г. са генерирани над 53 милиона тона електронни отпадъци, като около 57 милиарда долара са суровини, съдържащи редкоземни елементи (REE) и метали.

Въпреки че често се рекламира като устойчив метод за рециклиране на материали, той не е без свои собствени проблеми, които все още трябва да бъдат преодолени.

Агроминното дело изисква много складово пространство, инсталации за рециклиране, депониране на отпадъци след оползотворяване на редки елементи (REE) и е свързано с транспортни разходи, които изискват изгаряне на изкопаеми горива.

Проектът на Държавния университет на Пенсилвания има потенциала да преодолее някои от проблемите, свързани с традиционните методи за оползотворяване на редки елементи (REE), ако може да постигне собствените си екологични и икономически цели.

---

Време на публикуване: 04 юли 2022 г.