крыніца: AZO Mining

Што такое рэдказямельныя элементы і дзе яны сустракаюцца?

Рэдказямельныя элементы (РЗЭ) складаюцца з 17 металічных элементаў, якія складаюцца з 15 лантанідаў перыядычнай табліцы:

Лантана

Цэрый

Празеадым

Неадым

Праметый

Самарый

Еўропій

Гадаліній

Тэрбій

Дыспразій

Гольмій

Эрбій

Тулій

Ітэрбій

Утэцый

Скандый

Ітрый

Большасць з іх не такія рэдкія, як вынікае з назвы групы, але былі названыя ў 18 і 19 стагоддзях, у параўнанні з іншымі больш распаўсюджанымі «зямнымі» элементамі, такімі як вапна і магнезія.

Цэрый з'яўляецца найбольш распаўсюджаным РЗЭ і сустракаецца ў большай колькасці, чым медзь або свінец.

Аднак, з геалагічнага пункту гледжання, РЗЭ рэдка сустракаюцца ў канцэнтраваных радовішчах, бо, напрыклад, вугальныя пласты робяць іх здабычу эканамічна цяжкай.

Замест гэтага яны сустракаюцца ў чатырох асноўных рэдкіх тыпах горных парод: карбанатытах, якія з'яўляюцца незвычайнымі магматычнымі пародамі, што ўтвараюцца з багатых карбанатамі магм, шчолачных магматычных абстаноўках, радовішчах іонна-паглынальнай гліны і радовішчах манацыту-ксенатыму.

Кітай здабывае 95% рэдказямельных элементаў, каб задаволіць попыт на высокатэхналагічны лад жыцця і аднаўляльныя крыніцы энергіі

З канца 1990-х гадоў Кітай дамінуе ў вытворчасці РЗЭ, выкарыстоўваючы ўласныя радовішчы іонна-паглынальнай гліны, вядомыя як «паўднёвакітайскія гліны».

Для Кітая гэта эканамічна выгадна, бо з радовішчаў гліны лёгка здабываць РЗЭ з выкарыстаннем слабых кіслот.

Рэдказямельныя элементы выкарыстоўваюцца для вырабу ўсіх відаў высокатэхналагічнага абсталявання, у тым ліку кампутараў, DVD-плэераў, мабільных тэлефонаў, асвятляльных прыбораў, валаконнай оптыкі, камер і дынамікаў, і нават ваеннай тэхнікі, такой як рэактыўныя рухавікі, сістэмы навядзення ракет, спадарожнікі і сістэмы супрацьракетнай абароны.

Адной з мэтаў Парыжскага пагаднення па клімаце 2015 года з'яўляецца абмежаванне глабальнага пацяплення да ўзроўню ніжэй за 2 °C, пераважна 1,5 °C, даіндустрыяльнага перыяду. Гэта павялічыла попыт на аднаўляльныя крыніцы энергіі і электрамабілі, для працы якіх таксама патрабуюцца аднаўляльныя крыніцы энергіі (РЗЭ).

У 2010 годзе Кітай абвясціў, што скароціць экспарт РЗЭ, каб задаволіць уласны рост попыту, але пры гэтым захавае сваё дамінуючае становішча ў пастаўках высокатэхналагічнага абсталявання астатняму свету.

Кітай таксама мае моцную эканамічную пазіцыю, каб кантраляваць пастаўкі рэдказемных элементаў, неабходных для аднаўляльных крыніц энергіі, такіх як сонечныя батарэі, ветравыя і прыліўныя турбіны, а таксама электрамабілі.

Праект па ўлоўліванні рэдказямельных элементаў фосфагіпсавымі ўгнаеннямі

Фосфагіпс — гэта пабочны прадукт вытворчасці ўгнаенняў, які змяшчае прыродныя радыеактыўныя элементы, такія як уран і торый. Па гэтай прычыне ён захоўваецца бясконца доўга, што звязана з рызыкай забруджвання глебы, паветра і вады.

Таму даследчыкі з Універсітэта штата Пенсільванія распрацавалі шматступенны падыход з выкарыстаннем штучна распрацаваных пептыдаў — кароткіх ланцужкоў амінакіслот, якія могуць дакладна ідэнтыфікаваць і аддзяляць рэдказемна-зялёныя злучэнні (РЗЗ) з дапамогай спецыяльна распрацаванай мембраны.

Паколькі традыцыйныя метады падзелу недастаткова эфектыўныя, праект накіраваны на распрацоўку новых метадаў падзелу, матэрыялаў і працэсаў.

Распрацоўка праводзіцца на аснове вылічальнага мадэлявання, распрацаванага Рэйчал Гетман, галоўным даследчыкам і дацэнтам хімічнай і біямалекулярнай інжынерыі ў Клемсане, разам з даследчыкамі Крысцін Дзюваль і Джулі Рэнер, якія распрацоўваюць малекулы, што будуць прымацоўвацца да пэўных рэшткаў чыстага рэчыва (РЗЭ).

Грынлі разгледзіць іх паводзіны ў вадзе і ацэніць уплыў на навакольнае асяроддзе і розныя эканамічныя патэнцыялы ў розных канструктыўных і эксплуатацыйных умовах.

Прафесар хімічнай інжынерыі Лорэн Грынлі сцвярджае, што: «сёння толькі ў Фларыдзе каля 200 000 тон рэдказямельных элементаў затрымалася ў неапрацаваных адходах фосфагіпсу».

Каманда вызначыла, што традыцыйная здабыча звязана з экалагічнымі і эканамічнымі бар'ерамі, у выніку чаго ў цяперашні час яны здабываюцца з кампазітных матэрыялаў, што патрабуе спальвання выкапнёвага паліва і з'яўляецца працаёмкім.

Новы праект будзе сканцэнтраваны на іх устойлівым аднаўленні і можа быць рэалізаваны ў больш шырокіх маштабах дзеля экалагічных і эканамічных выгад.

Калі праект будзе паспяховым, ён таксама можа паменшыць залежнасць ЗША ад Кітая ў пастаўках рэдказямельных элементаў.

Фінансаванне праекта Нацыянальнага навуковага фонду

Праект Penn State REE фінансуецца чатырохгадовым грантам у памеры 571 658 долараў ЗША, агульным аб'ёмам 1,7 мільёна долараў ЗША, і з'яўляецца сумесным праектам з Case Western Reserve University і Clemson University.

Альтэрнатыўныя спосабы здабывання рэдказямельных элементаў

Аднаўленне РЗЭ звычайна ажыццяўляецца з выкарыстаннем дробных аперацый, звычайна шляхам вылугавання і экстракцыі растваральнікам.

Нягледзячы на ​​просты працэс, вылугаванне патрабуе вялікай колькасці небяспечных хімічных рэагентаў, таму непажадана ў камерцыйных мэтах.

Экстракцыя растваральнікам — эфектыўны метад, але не вельмі эфектыўны, бо ён працаёмкі і патрабуе шмат часу.

Яшчэ адзін распаўсюджаны спосаб здабычы РЗЭ — гэта аграздабыча карысных выкапняў, таксама вядомая як электронны здабыча, якая прадугледжвае транспарціроўку электронных адходаў, такіх як старыя кампутары, тэлефоны і тэлевізары, з розных краін у Кітай для здабычы РЗЭ.

Паводле звестак Праграмы ААН па навакольным асяроддзі, у 2019 годзе было ўтворана больш за 53 мільёны тон электронных адходаў, прычым каля 57 мільярдаў долараў ЗША складалі сыравіну, якая ўтрымлівала радовішчы з нізкім утрыманнем збожжа і металы.

Нягледзячы на ​​тое, што часта гэта рэкламуецца як устойлівы метад перапрацоўкі матэрыялаў, ён не пазбаўлены ўласных праблем, якія ўсё яшчэ трэба пераадолець.

Аграздабыча карысных выкапняў патрабуе шмат месца для захоўвання, перапрацоўчых заводаў, звалкі адходаў пасля здабычы РЗЭ, а таксама спалучае выдаткі на транспарт, якія патрабуюць спальвання выкапнёвага паліва.

Праект Універсітэта штата Пенсільванія мае патэнцыял пераадолець некаторыя праблемы, звязаныя з традыцыйнымі метадамі здабычы РЗЭ, калі ён зможа задаволіць свае ўласныя экалагічныя і эканамічныя мэты.

---

Час публікацыі: 04 ліпеня 2022 г.