kilde: AZO Mining

Hvad er sjældne jordarters grundstoffer, og hvor findes de?

Sjældne jordarter (REE) består af 17 metalliske grundstoffer, der er opbygget af 15 lanthanider i det periodiske system:

Lanthanum

Cerium

Praseodym

Neodym

Promethium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Thulium

Ytterbium

Utetium

Scandium

Yttrium

De fleste af dem er ikke så sjældne, som gruppenavnet antyder, men blev navngivet i det 18. og 19. århundrede i sammenligning med andre mere almindelige 'jord'-elementer såsom kalk og magnesia.

Cerium er den mest almindelige REE og mere rigelig end kobber eller bly.

Geologisk set findes rige metaller dog sjældent i koncentrerede forekomster, da f.eks. kulsømme gør dem økonomisk vanskelige at udvinde.

De findes i stedet i fire ualmindelige bjergartstyper; karbonatitter, som er usædvanlige magmatiske bjergarter udvundet af karbonatrige magmaer, alkaliske magmatiske miljøer, ionabsorberende leraflejringer og monazit-xenotimbærerplaceringer.

Kina udvinder 95% af sjældne jordarter for at tilfredsstille efterspørgslen efter højteknologiske livsstile og vedvarende energi.

Siden slutningen af ​​1990'erne har Kina domineret produktionen af ​​​​reflejede metaller ved at udnytte sine egne ionabsorptionslerforekomster, kendt som 'Sydkinesiske ler'.

Det er økonomisk for Kina at gøre det, fordi lerforekomsterne er enkle at udvinde REE'er fra ved hjælp af svage syrer.

Sjældne jordarter bruges til alle former for højteknologisk udstyr, herunder computere, dvd-afspillere, mobiltelefoner, belysning, fiberoptik, kameraer og højttalere og endda militært udstyr, såsom jetmotorer, missilstyringssystemer, satellitter og antimissilforsvar.

Et mål i Parisaftalen fra 2015 er at begrænse den globale opvarmning til under 2 °C, helst 1,5 °C, på niveau med førindustrielle forhold. Dette har øget efterspørgslen efter vedvarende energi og elbiler, som også kræver vedvarende energikilder for at fungere.

I 2010 annoncerede Kina, at det ville reducere eksporten af ​​​​refrøede metaller for at imødekomme sin egen stigende efterspørgsel, men også opretholde sin dominerende position inden for levering af højteknologisk udstyr til resten af ​​​​verden.

Kina er også i en stærk økonomisk position til at kontrollere forsyningen af ​​vedvarende energikilder, der er nødvendige til vedvarende energi såsom solpaneler, vind- og tidevandsturbiner samt elbiler.

Fosforgipsgødning Projekt til indfangning af sjældne jordarter

Fosforgips er et biprodukt af gødning og indeholder naturligt forekommende radioaktive elementer såsom uran og thorium. Af denne grund opbevares det på ubestemt tid, med tilhørende risiko for forurening af jord, luft og vand.

Derfor har forskere ved Penn State University udtænkt en flertrinsmetode, der bruger konstruerede peptider, korte strenge af aminosyrer, der præcist kan identificere og adskille REE'er ved hjælp af en specialudviklet membran.

Da traditionelle separationsmetoder er utilstrækkelige, sigter projektet mod at udvikle nye separationsteknikker, materialer og processer.

Designet ledes af beregningsmodellering, udviklet af Rachel Getman, hovedforsker og lektor i kemisk og biomolekylær teknik ved Clemson, med forskerne Christine Duval og Julie Renner, der udvikler de molekyler, der vil binde sig til specifikke REE'er.

Greenlee vil se på, hvordan de opfører sig i vand, og vil vurdere miljøpåvirkningen og forskellige økonomiske potentialer under variable design- og driftssituationer.

Lauren Greenlee, professor i kemiteknik, hævder, at: "I dag er der anslået 200.000 tons sjældne jordarter fanget i uforarbejdet fosforgipsaffald alene i Florida."

Holdet identificerer, at traditionel genvinding er forbundet med miljømæssige og økonomiske barrierer, hvorved de i øjeblikket genvindes fra kompositmaterialer, som kræver afbrænding af fossile brændstoffer og er arbejdskrævende.

Det nye projekt vil fokusere på at genvinde dem på en bæredygtig måde og kan muligvis blive udrullet i større skala af miljømæssige og økonomiske fordele.

Hvis projektet lykkes, kan det også reducere USA's afhængighed af Kina for at levere sjældne jordarter.

Finansiering af National Science Foundation-projekter

Penn State REE-projektet er finansieret af en fireårig bevilling på $571.658, i alt $1,7 millioner, og er et samarbejde med Case Western Reserve University og Clemson University.

Alternative måder at genvinde sjældne jordarter

RRE-genvinding udføres typisk ved hjælp af småskalaoperationer, almindeligvis ved udvaskning og opløsningsmiddelekstraktion.

Selvom det er en simpel proces, kræver udvaskning en stor mængde farlige kemiske reagenser, så det er uønsket kommercielt.

Opløsningsmiddelekstraktion er en effektiv teknik, men den er ikke særlig effektiv, fordi den er arbejdskrævende og tidskrævende.

En anden almindelig måde at genvinde REE på er gennem agromining, også kendt som e-mining, som involverer transport af elektronisk affald, såsom gamle computere, telefoner og fjernsyn fra forskellige lande til Kina til udvinding af REE.

Ifølge FN's miljøprogram blev der genereret over 53 millioner tons e-affald i 2019, hvoraf råmaterialer indeholdt REE og metaller til en værdi af omkring 57 milliarder dollars.

Selvom den ofte fremhæves som en bæredygtig metode til genbrug af materialer, er den ikke uden sine egne problemer, der stadig skal overvindes.

Agrominedrift kræver meget lagerplads, genbrugsanlæg, lossepladsaffald efter genvinding af REE og involverer transportomkostninger, som kræver afbrænding af fossile brændstoffer.

Penn State University-projektet har potentiale til at overvinde nogle af de problemer, der er forbundet med traditionelle metoder til genvinding af REE, hvis det kan opfylde sine egne miljømæssige og økonomiske mål.

---

Opslagstidspunkt: 4. juli 2022