avots: AZO Mining

Kas ir retzemju elementi un kur tie atrodami?

Retzemju elementi (REE) sastāv no 17 metāliskiem elementiem, kas periodiskajā tabulā sastāv no 15 lantanīdiem:

Lantāns

Cērijs

Prazeodīms

Neodīms

Prometijs

Samārijs

Eiropijs

Gadolīnijs

Terbijs

Disprozijs

Holmijs

Erbijs

Tūlijs

Iterbijs

Utēcijs

Skandijs

Itrijs

Lielākā daļa no tiem nav tik reti sastopami, kā norāda grupas nosaukums, taču tie tika nosaukti 18. un 19. gadsimtā, salīdzinot ar citiem izplatītākiem “zemes” elementiem, piemēram, kaļķi un magniju.

Cērijs ir visizplatītākais retzemju metāls un ir bagātīgāks nekā varš vai svins.

Tomēr ģeoloģiskā ziņā retzemju metāli reti ir atrodami koncentrētās atradnēs, jo, piemēram, ogļu iegulas apgrūtina to ieguvi ekonomiski.

Tā vietā tie ir atrodami četros galvenajos neparastākajos iežu veidos; karbonatītos, kas ir neparasti magmatiskie ieži, kas radušies no karbonātiem bagātām magmām, sārmainos magmatiskajos apstākļos, jonus absorbējošā māla atradnēs un monacīta-ksenotima nesēju atradnēs.

Ķīna iegūst 95% retzemju elementu, lai apmierinātu pieprasījumu pēc augsto tehnoloģiju dzīvesveida un atjaunojamās enerģijas

Kopš 20. gs. deviņdesmito gadu beigām Ķīna ir dominējusi retzemju elementu ražošanā, izmantojot savas jonu absorbcijas māla atradnes, kas pazīstamas kā “Dienvidķīnas māli”.

Ķīnai tas ir ekonomiski izdevīgi, jo māla atradnēs ir viegli iegūt retzemju elementus, izmantojot vājas skābes.

Retzemju elementus izmanto visu veidu augsto tehnoloģiju iekārtās, tostarp datoros, DVD atskaņotājos, mobilajos tālruņos, apgaismojumā, optiskās šķiedras iekārtās, kamerās un skaļruņos, un pat militārajā aprīkojumā, piemēram, reaktīvajos dzinējos, raķešu vadības sistēmās, satelītos un pretraķešu aizsardzībā.

2015. gada Parīzes klimata nolīguma mērķis ir ierobežot globālo sasilšanu zem 2 °C, vēlams, 1,5 °C, salīdzinot ar pirmsindustriālo līmeni. Tas ir palielinājis pieprasījumu pēc atjaunojamās enerģijas un elektroautomobiļiem, kuru darbībai ir nepieciešami arī neatjaunojamie energoresursi (REE).

2010. gadā Ķīna paziņoja, ka samazinās retzemju metālu eksportu, lai apmierinātu savu pieprasījuma pieaugumu, bet vienlaikus saglabās savu dominējošo pozīciju augsto tehnoloģiju iekārtu piegādē pārējai pasaulei.

Ķīna ir arī spēcīgā ekonomiskajā pozīcijā, lai kontrolētu REE piegādi, kas nepieciešama atjaunojamās enerģijas avotiem, piemēram, saules paneļiem, vēja un plūdmaiņu enerģijas turbīnām, kā arī elektriskajiem transportlīdzekļiem.

Fosfogipša mēslojuma retzemju elementu uztveršanas projekts

Fosfogipss ir mēslošanas līdzekļu blakusprodukts un satur dabā sastopamus radioaktīvus elementus, piemēram, urānu un toriju. Šī iemesla dēļ tas tiek uzglabāts bezgalīgi ilgi, radot augsnes, gaisa un ūdens piesārņošanas risku.

Tāpēc Pensilvānijas štata universitātes pētnieki ir izstrādājuši daudzpakāpju pieeju, izmantojot inženierijas ceļā iegūtus peptīdus, īsas aminoskābju virknes, kas var precīzi identificēt un atdalīt REE, izmantojot speciāli izstrādātu membrānu.

Tā kā tradicionālās atdalīšanas metodes nav pietiekamas, projekta mērķis ir izstrādāt jaunas atdalīšanas metodes, materiālus un procesus.

Projektu vada skaitļošanas modelēšana, ko izstrādājusi Reičela Getmena, galvenā pētniece un ķīmiskās un biomolekulārās inženierijas asociētā profesore Klemsonas universitātē, kopā ar pētniecēm Kristīni Duvalu un Džūliju Renneri, kas izstrādā molekulas, kas pieķersies konkrētiem retzemju elementiem.

Grīnlija pētīs, kā tie uzvedas ūdenī, un novērtēs ietekmi uz vidi un dažādu ekonomisko potenciālu mainīgās projektēšanas un ekspluatācijas situācijās.

Ķīmijas inženierzinātņu profesore Lorēna Grīnlija apgalvo, ka: “šodien tikai Floridā neapstrādātos fosfoģipša atkritumos ir iesprostoti aptuveni 200 000 tonnu retzemju elementu.”

Komanda konstatē, ka tradicionālā reģenerācija ir saistīta ar vides un ekonomiskiem šķēršļiem, kuru dēļ tās pašlaik tiek reģenerētas no kompozītmateriāliem, kam nepieciešama fosilā kurināmā dedzināšana un kas ir darbietilpīga.

Jaunais projekts būs vērsts uz to ilgtspējīgu atgūšanu, un to varētu ieviest plašākā mērogā, lai gūtu labumu gan videi, gan ekonomikai.

Ja projekts būs veiksmīgs, tas varētu arī samazināt ASV atkarību no Ķīnas retzemju elementu piegādē.

Nacionālā zinātnes fonda projektu finansējums

Penn State REE projektu finansē četru gadu dotācija 571 658 ASV dolāru apmērā, kuras kopējā summa ir 1,7 miljoni ASV dolāru, un tas ir sadarbība ar Case Western Reserve universitāti un Clemson universitāti.

Alternatīvas metodes retzemju elementu atgūšanai

RRE atgūšana parasti tiek veikta, izmantojot maza mēroga darbības, parasti ar izskalošanu un šķīdinātāja ekstrakciju.

Lai gan izskalošana ir vienkāršs process, tai nepieciešams liels daudzums bīstamu ķīmisko reaģentu, tāpēc tā komerciāli nav vēlama.

Šķīdinātāju ekstrakcija ir efektīva metode, taču tā nav īpaši efektīva, jo ir darbietilpīga un laikietilpīga.

Vēl viens izplatīts veids, kā atgūt REE, ir agroieguve jeb e-ieguve, kas ietver elektronisko atkritumu, piemēram, vecu datoru, tālruņu un televizoru, transportēšanu no dažādām valstīm uz Ķīnu REE ieguvei.

Saskaņā ar ANO Vides programmas datiem 2019. gadā tika radīti vairāk nekā 53 miljoni tonnu elektronisko atkritumu, un aptuveni 57 miljardu dolāru vērtībā izejvielu saturēja retzemju elementus un metālus.

Lai gan to bieži dēvē par ilgtspējīgu materiālu pārstrādes metodi, tai netrūkst savu problēmu, kas joprojām ir jāpārvar.

Ieguves rūpniecībai ir nepieciešama liela uzglabāšanas vieta, pārstrādes rūpnīcas, atkritumu poligoni pēc REE atgūšanas, un tā ir saistīta ar transporta izmaksām, kas prasa fosilā kurināmā dedzināšanu.

Pensilvānijas štata universitātes projektam ir potenciāls pārvarēt dažas problēmas, kas saistītas ar tradicionālajām REE atgūšanas metodēm, ja tas var sasniegt savus vides un ekonomiskos mērķus.

---

Publicēšanas laiks: 2022. gada 4. jūlijs