источник:AZO Mining

Что такое редкоземельные элементы и где они встречаются?

Редкоземельные элементы (РЗЭ) включают 17 металлических элементов, входящих в состав 15 лантаноидов периодической таблицы:

Лантан

Церий

Празеодим

неодимовый

Прометий

Самарий

европий

Гадолиний

Тербий

Диспрозий

Гольмий

Эрбий

Тулий

Иттербий

Утеций

Скандий

Иттрий

Большинство из них не так редки, как следует из названия группы, но получили свое название в XVIII и XIX веках, в отличие от других более распространенных «земляных» элементов, таких как известь и магнезия.

Церий является наиболее распространенным редкоземельным элементом и встречается чаще, чем медь или свинец.

Однако с геологической точки зрения редкоземельные элементы редко встречаются в концентрированных месторождениях, поскольку, например, угольные пласты делают их добычу экономически сложной.

Вместо этого они встречаются в четырех основных необычных типах горных пород: карбонатитах, которые представляют собой необычные магматические породы, образовавшиеся из богатых карбонатами магм, щелочных магматических обстановок, отложений ионно-абсорбционных глин и россыпных отложений, содержащих монацит и ксенотим.

Китай добывает 95% редкоземельных элементов для удовлетворения спроса на высокотехнологичный образ жизни и возобновляемую энергию

С конца 1990-х годов Китай стал лидером в производстве РЗЭ, используя собственные месторождения ионно-абсорбционных глин, известные как «южно-китайские глины».

Для Китая это экономически выгодно, поскольку из месторождений глины легко извлекать РЗЭ с помощью слабых кислот.

Редкоземельные элементы используются во всех видах высокотехнологичного оборудования, включая компьютеры, DVD-плееры, мобильные телефоны, осветительные приборы, волоконную оптику, камеры и динамики, и даже военную технику, такую ​​как реактивные двигатели, системы наведения ракет, спутники и противоракетную оборону.

Целью Парижского климатического соглашения 2015 года является ограничение глобального потепления до уровня ниже 2 ˚C, желательно 1,5 ˚C, доиндустриального уровня. Это увеличило спрос на возобновляемую энергию и электромобили, которым также требуются РЗЭ для работы.

В 2010 году Китай объявил о сокращении экспорта РЗЭ для удовлетворения собственного растущего спроса, но при этом сохранит свое доминирующее положение по поставкам высокотехнологичного оборудования в остальной мир.

Китай также занимает сильную экономическую позицию, позволяющую контролировать поставки РЗЭ, необходимых для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи, ветровые и приливные турбины, а также электромобили.

Проект по улавливанию редкоземельных элементов в фосфогипсовых удобрениях

Фосфогипс является побочным продуктом удобрения и содержит природные радиоактивные элементы, такие как уран и торий. По этой причине он хранится неограниченное время, что сопряжено с рисками загрязнения почвы, воздуха и воды.

Поэтому исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали многоступенчатый подход с использованием сконструированных пептидов — коротких цепочек аминокислот, которые могут точно идентифицировать и разделять РЗЭ с помощью специально разработанной мембраны.

Поскольку традиционных методов разделения недостаточно, проект направлен на разработку новых методов, материалов и процессов разделения.

Проектирование осуществляется на основе компьютерного моделирования, разработанного Рэйчел Гетман, главным исследователем и доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Клемсоне, совместно с исследователями Кристин Дюваль и Джули Реннер, которые разрабатывают молекулы, которые будут прикрепляться к определенным РЗЭ.

Гринли рассмотрит, как они ведут себя в воде, и оценит воздействие на окружающую среду и различные экономические потенциалы при различных конструктивных и эксплуатационных ситуациях.

Профессор химического машиностроения Лорен Гринли утверждает, что: «Сегодня в необработанных отходах фосфогипса только во Флориде содержится около 200 000 тонн редкоземельных элементов».

Группа исследователей установила, что традиционное восстановление сопряжено с экологическими и экономическими барьерами, поскольку в настоящее время восстанавливаются из композитных материалов, что требует сжигания ископаемого топлива и является трудоемким процессом.

Новый проект будет направлен на их устойчивое восстановление и может быть реализован в более крупных масштабах для получения экологических и экономических выгод.

Если проект окажется успешным, он также может снизить зависимость США от Китая в плане поставок редкоземельных элементов.

Финансирование проекта Национального научного фонда

Проект REE Университета штата Пенсильвания финансируется за счет четырехлетнего гранта в размере 571 658 долларов США на общую сумму 1,7 миллиона долларов США и является совместным проектом с Университетом Кейс Вестерн Резерв и Университетом Клемсона.

Альтернативные способы извлечения редкоземельных элементов

Извлечение РЗЭ обычно осуществляется с использованием мелкомасштабных операций, как правило, путем выщелачивания и экстракции растворителем.

Несмотря на простоту процесса, выщелачивание требует большого количества опасных химических реагентов, поэтому нежелательно с коммерческой точки зрения.

Экстракция растворителем является эффективным методом, но не очень эффективным, поскольку он трудоемок и занимает много времени.

Другим распространенным способом извлечения РЗЭ является агромайнинг, также известный как электронная добыча, который подразумевает транспортировку электронных отходов, таких как старые компьютеры, телефоны и телевизоры, из разных стран в Китай для извлечения РЗЭ.

По данным Программы ООН по окружающей среде, в 2019 году было образовано более 53 миллионов тонн электронных отходов, из которых около 57 миллиардов долларов составили сырьевые материалы, содержащие РЗЭ и металлы.

Хотя его часто рекламируют как устойчивый метод переработки материалов, он не лишен ряда проблем, которые еще предстоит преодолеть.

Агродобыча требует больших складских площадей, заводов по переработке, захоронения отходов после извлечения РЗЭ, а также транспортных расходов, требующих сжигания ископаемого топлива.

Проект Университета штата Пенсильвания имеет потенциал для преодоления некоторых проблем, связанных с традиционными методами извлечения РЗЭ, если он сможет удовлетворить собственные экологические и экономические цели.

---

Время публикации: 04-07-2022