izvor: AZO Rudarstvo

Što su rijetki zemni elementi i gdje se nalaze?

Rijetkozemni elementi (REE) sastoje se od 17 metalnih elemenata, sastavljenih od 15 lantanida u periodnom sustavu elemenata:

Lantan

Cerij

Prazeodim

Neodimij

Prometij

Samarij

Europij

Gadolinij

Terbij

Disprozij

Holmij

Erbij

Tulij

Iterbij

Utecij

Skandij

Itrij

Većina njih nije toliko rijetka kao što naziv skupine sugerira, ali su imenovani u 18. i 19. stoljeću, u usporedbi s drugim češćim 'zemljanim' elementima poput vapna i magnezija.

Cerij je najčešći REE i obilniji je od bakra ili olova.

Međutim, u geološkom smislu, REE se rijetko nalaze u koncentriranim naslagama jer ih, na primjer, ugljeni slojevi čine ekonomski teškim za rudarenje.

Umjesto toga, nalaze se u četiri glavne neuobičajene vrste stijena; karbonatiti, koji su neobične magmatske stijene nastale iz magme bogate karbonatima, alkalne magmatske okoline, naslaga gline apsorpcijom iona i naslaga monazita i ksenotima.

Kina iskopava 95% rijetkih zemnih elemenata kako bi zadovoljila potražnju za visokotehnološkim načinom života i obnovljivom energijom

Od kasnih 1990-ih, Kina dominira proizvodnjom elemenata rijetkih metala (REE), koristeći vlastita nalazišta gline za apsorpciju iona, poznata kao "južnokineske gline".

Za Kinu je to ekonomično jer je jednostavno izdvojiti REE iz glinenih naslaga pomoću slabih kiselina.

Rijetki zemni elementi koriste se za sve vrste visokotehnološke opreme, uključujući računala, DVD playere, mobitele, rasvjetu, optička vlakna, kamere i zvučnike, pa čak i vojnu opremu, poput mlaznih motora, sustava za navođenje projektila, satelita i proturaketne obrane.

Cilj Pariškog sporazuma o klimi iz 2015. je ograničiti globalno zagrijavanje na ispod 2 °C, po mogućnosti 1,5 °C, predindustrijske razine. To je povećalo potražnju za obnovljivim izvorima energije i električnim automobilima, kojima su za rad također potrebni REE.

Kina je 2010. godine najavila da će smanjiti izvoz elemenata reda kako bi zadovoljila vlastiti porast potražnje, ali i zadržala dominantnu poziciju u opskrbi visokotehnološkom opremom ostatka svijeta.

Kina je također u snažnoj ekonomskoj poziciji da kontrolira opskrbu elementima reda potrebnim za obnovljive izvore energije poput solarnih panela, vjetroelektrana i turbina na energiju plime i oseke, kao i električnih vozila.

Projekt hvatanja rijetkih zemnih elemenata gnojivom od fosfogipsa

Fosfogips je nusproizvod gnojiva i sadrži prirodno prisutne radioaktivne elemente poput urana i torija. Zbog toga se skladišti neograničeno, s povezanim rizicima onečišćenja tla, zraka i vode.

Stoga su istraživači sa Sveučilišta Penn State osmislili višestupanjski pristup korištenjem inženjerskih peptida, kratkih nizova aminokiselina koji mogu točno identificirati i odvojiti REE pomoću posebno razvijene membrane.

Budući da tradicionalne metode odvajanja nisu dovoljne, projekt ima za cilj osmisliti nove tehnike odvajanja, materijale i procese.

Dizajn je vođen računalnim modeliranjem, koje je razvila Rachel Getman, glavna istraživačica i izvanredna profesorica kemijskog i biomolekularnog inženjerstva na Clemsonu, s istraživačicama Christine Duval i Julie Renner, koje razvijaju molekule koje će se vezati za specifične REE elemente.

Greenlee će ispitati kako se ponašaju u vodi te će procijeniti utjecaj na okoliš i različite ekonomske potencijale u promjenjivim projektnim i operativnim situacijama.

Profesorica kemijskog inženjerstva Lauren Greenlee tvrdi da je: „danas se procjenjuje da je samo na Floridi 200 000 tona rijetkih zemnih elemenata zarobljeno u neobrađenom otpadu od fosfogipsa.“

Tim je utvrdio da je tradicionalno iskorištavanje povezano s ekološkim i ekonomskim preprekama, pri čemu se trenutno iskorištavaju kompozitni materijali, što zahtijeva izgaranje fosilnih goriva i radno je intenzivno.

Novi projekt usredotočit će se na njihovo održivo iskorištavanje i mogao bi se primijeniti u većim razmjerima zbog ekoloških i ekonomskih koristi.

Ako projekt bude uspješan, mogao bi smanjiti i ovisnost SAD-a o Kini u opskrbi rijetkim zemnim elementima.

Financiranje projekta Nacionalne zaklade za znanost

Projekt Penn State REE financira se četverogodišnjom potporom od 571.658 dolara, ukupno 1,7 milijuna dolara, a nastao je u suradnji sa Sveučilištem Case Western Reserve i Sveučilištem Clemson.

Alternativni načini za dobivanje rijetkih zemnih elemenata

Oporavak RRE obično se provodi u malim operacijama, najčešće ispiranjem i ekstrakcijom otapalima.

Iako je jednostavan proces, ispiranje zahtijeva veliku količinu opasnih kemijskih reagensa, pa je komercijalno nepoželjno.

Ekstrakcija otapalom je učinkovita tehnika, ali nije baš učinkovita jer je radno intenzivna i oduzima puno vremena.

Drugi uobičajeni način oporabe elemenata reda je agrorudarenje, poznato i kao e-rudarenje, koje uključuje prijevoz elektroničkog otpada, poput starih računala, telefona i televizora iz raznih zemalja u Kinu radi ekstrakcije elemenata reda.

Prema Programu UN-a za okoliš, u 2019. godini generirano je preko 53 milijuna tona elektroničkog otpada, s oko 57 milijardi dolara sirovina koje sadrže REE i metale.

Iako se često predstavlja kao održiva metoda recikliranja materijala, nije bez vlastitih problema koje još treba prevladati.

Agrorudarstvo zahtijeva puno skladišnog prostora, postrojenja za recikliranje, odlaganje otpada nakon oporabe elemenata reda i uključuje troškove prijevoza, što zahtijeva sagorijevanje fosilnih goriva.

Projekt Sveučilišta Penn State ima potencijal prevladati neke od problema povezanih s tradicionalnim metodama oporabe elemenata reda ako može zadovoljiti vlastite ekološke i ekonomske ciljeve.

---

Vrijeme objave: 04.07.2022.