lähde: AZO Mining

Mitä ovat harvinaiset maametallit ja mistä niitä löytyy?

Harvinaiset maametallit (REE) koostuvat 17 metallista alkuaineesta, jotka koostuvat 15 lantanidista jaksollisessa taulukossa:

Lantaani

Cerium

Praseodyymi

Neodyymi

Prometium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Tulium

Ytterbium

Utetium

Skandium

Yttrium

Useimmat niistä eivät ole niin harvinaisia ​​kuin ryhmän nimi antaa ymmärtää, mutta ne nimettiin 1700- ja 1800-luvuilla verrattuna muihin yleisempiin "maa"alkuaineisiin, kuten kalkkiin ja magnesiumoksidiin.

Cerium on yleisin harvinaisten maametallien lajike ja sitä on runsaammin kuin kuparia tai lyijyä.

Geologisesti tarkasteltuna harvinaisia ​​maapähkinöitä löytyy kuitenkin harvoin keskittyneistä esiintymistä, koska esimerkiksi hiilikerrostumat tekevät niiden louhinnasta taloudellisesti vaikeaa.

Niitä esiintyy sen sijaan neljässä epätavallisessa kivilajityypissä: karbonaattitiiteissa, jotka ovat epätavallisia magmakiviä, jotka ovat peräisin karbonaattirikkaista magmoista, emäksisissä magmakiviympäristöissä, ioneja absorptiosavikerrostumissa ja monasiitti-ksenotiimipitoisissa paikkakivikerrostumissa.

Kiina louhii 95 % harvinaisista maametalleista tyydyttääkseen huipputeknologisen elämäntavan ja uusiutuvan energian kysynnän

1990-luvun lopulta lähtien Kiina on hallinnut harvinaisten maametallien tuotantoa hyödyntäen omia ioneja absorptiosaviesiintymiään, jotka tunnetaan nimellä "Etelä-Kiinan savi".

Kiinalle se on taloudellista, koska saviesiintymistä on helppo erottaa harvinaisia ​​​​epäonnistumisia (REE) heikkojen happojen avulla.

Harvinaisia ​​maametalleja käytetään kaikenlaisissa huipputeknologisissa laitteissa, kuten tietokoneissa, DVD-soittimissa, matkapuhelimissa, valaistuksessa, valokuiduissa, kameroissa ja kaiuttimissa, ja jopa sotilasvälineissä, kuten suihkumoottoreissa, ohjusohjausjärjestelmissä, satelliiteissa ja ohjuspuolustuksessa.

Vuoden 2015 Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteena on rajoittaa maapallon lämpeneminen alle kahteen celsiusasteeseen, mieluiten 1,5 celsiusasteeseen, esiteollisella kaudella vallinneeseen tasoon. Tämä on lisännyt uusiutuvan energian ja sähköautojen kysyntää, jotka myös tarvitsevat toimiakseen harvinaisia ​​​​energialähteitä.

Vuonna 2010 Kiina ilmoitti vähentävänsä harvinaisten maametallien vientiä tyydyttääkseen oman kasvavan kysyntänsä, mutta säilyttävänsä samalla määräävän asemansa huipputeknologian laitteiden toimittajana muualle maailmaan.

Kiinalla on myös vahva taloudellinen asema hallita uusiutuvien energialähteiden, kuten aurinkopaneelien, tuuli- ja vuorovesivoimaturbiinien sekä sähköajoneuvojen, tarvitsemien harvinaisten maametallien tarjontaa.

Fosfogysum-lannoite, harvinaisten maametallien talteenottoprojekti

Fosfogypsumi on lannoitteiden sivutuote ja sisältää luonnossa esiintyviä radioaktiivisia alkuaineita, kuten uraania ja toriumia. Tästä syystä sitä varastoidaan loputtomiin, mikä aiheuttaa maaperän, ilman ja veden saastumisriskejä.

Siksi Penn State Universityn tutkijat ovat kehittäneet monivaiheisen lähestymistavan, jossa käytetään muokattuja peptidejä, lyhyitä aminohappojen ketjuja, jotka pystyvät tunnistamaan ja erottamaan harvinaiset aminohapot tarkasti erityisesti kehitetyn kalvon avulla.

Koska perinteiset erotusmenetelmät eivät riitä, hankkeen tavoitteena on kehittää uusia erotustekniikoita, materiaaleja ja prosesseja.

Suunnittelua johtaa laskennallinen mallinnus, jonka on kehittänyt Rachel Getman, Clemsonin kemian ja biomolekyylitekniikan päätutkija ja apulaisprofessori, sekä tutkijat Christine Duval ja Julie Renner, jotka kehittävät molekyylejä, jotka kiinnittyvät tiettyihin harvinaisiin epäpuhtauksiin.

Greenlee tarkastelee niiden käyttäytymistä vedessä ja arvioi ympäristövaikutuksia ja erilaisia ​​taloudellisia mahdollisuuksia vaihtelevissa suunnittelu- ja käyttötilanteissa.

Kemiantekniikan professori Lauren Greenlee väittää, että: ”Pelkästään Floridassa arviolta 200 000 tonnia harvinaisia ​​maametalleja on loukussa käsittelemättömässä fosfokipsijätteessä.”

Tiimi tunnistaa, että perinteiseen talteenottoon liittyy ympäristöllisiä ja taloudellisia esteitä, ja niitä otetaan tällä hetkellä talteen komposiittimateriaaleista, mikä vaatii fossiilisten polttoaineiden polttamista ja on työvoimavaltaista.

Uusi hanke keskittyy niiden kestävään talteenottoon, ja sitä voidaan laajentaa laajempaan mittakaavaan ympäristö- ja taloushyötyjen saavuttamiseksi.

Jos hanke onnistuu, se voi myös vähentää Yhdysvaltojen riippuvuutta Kiinasta harvinaisten maametallien toimittajana.

Kansallisen tiedesäätiön projektirahoitus

Penn Staten REE-projektia rahoitetaan nelivuotisella 571 658 dollarin avustuksella, jonka kokonaissumma on 1,7 miljoonaa dollaria, ja se on yhteistyössä Case Western Reserve Universityn ja Clemsonin yliopiston kanssa.

Vaihtoehtoisia tapoja harvinaisten maametallien talteenottoon

RRE-talteenotto suoritetaan tyypillisesti pienimuotoisina menetelminä, yleensä liuotuksen ja liuotinuuton avulla.

Vaikka liuotus on yksinkertainen prosessi, se vaatii suuren määrän vaarallisia kemiallisia reagensseja, joten se on kaupallisesti ei-toivottavaa.

Liuotinuutto on tehokas menetelmä, mutta ei kovin tehokas, koska se on työvoimavaltaista ja aikaa vievää.

Toinen yleinen tapa harvinaisten maametallien talteenottoon on agromining, joka tunnetaan myös nimellä e-mining, johon kuuluu elektroniikkajätteen, kuten vanhojen tietokoneiden, puhelimien ja televisioiden, kuljettaminen eri maista Kiinaan harvinaisten maametallien louhintaa varten.

YK:n ympäristöohjelman mukaan vuonna 2019 tuotettiin yli 53 miljoonaa tonnia elektroniikkajätettä, josta noin 57 miljardin dollarin arvosta raaka-aineita oli harvinaisia ​​maametalleja ja metalleja.

Vaikka sitä usein mainostetaan kestävänä materiaalien kierrätysmenetelmänä, sillä on omat ongelmansa, jotka on vielä ratkaistava.

Maatalousteollisuus vaatii paljon varastotilaa, kierrätyslaitoksia, kaatopaikkajätettä harvinaisten maametallien talteenoton jälkeen ja siihen liittyy kuljetuskustannuksia, jotka edellyttävät fossiilisten polttoaineiden polttamista.

Penn State Universityn projektilla on potentiaalia ratkaista joitakin perinteisiin harvinaisten maametallien talteenottomenetelmiin liittyviä ongelmia, jos se pystyy täyttämään omat ympäristölliset ja taloudelliset tavoitteensa.

---

Julkaisun aika: 04.07.2022