πηγή: AZO Mining

Τι είναι τα στοιχεία των σπάνιων γαιών και πού βρίσκονται;

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών (ΣΓΕ) αποτελούνται από 17 μεταλλικά στοιχεία, που αποτελούνται από 15 λανθανίδες στον περιοδικό πίνακα:

Λανθάνιο

Δημήτριο

Πρασεοδύμιο

Νεοδύμιο

Προμήθιο

Σαμάριο

Ευρώπιο

Γαδολίνιο

Τέρβιο

Δυσπρόσιο

Χόλμιο

Ερβιο

Θούλιο

Υττερβίο

Ουτέτιο

Σκάνδιο

Υττριο

Τα περισσότερα από αυτά δεν είναι τόσο σπάνια όσο υποδηλώνει το όνομα της ομάδας, αλλά ονομάστηκαν τον 18ο και 19ο αιώνα, σε σύγκριση με άλλα πιο κοινά «γήινα» στοιχεία όπως ο ασβέστης και η μαγνησία.

Το δημήτριο είναι το πιο κοινό σπάνιο είδος (ΣΕΕ) και πιο άφθονο από τον χαλκό ή τον μόλυβδο.

Ωστόσο, από γεωλογικής άποψης, οι σπάνιες εναποθέσεις άνθρακα σπάνια βρίσκονται σε συγκεντρωμένα κοιτάσματα, καθώς οι φλέβες άνθρακα, για παράδειγμα, καθιστούν την εξόρυξή τους οικονομικά δύσκολη.

Αντίθετα, βρίσκονται σε τέσσερις κύριους ασυνήθιστους τύπους πετρωμάτων: τους καρβονατίτες, οι οποίοι είναι ασυνήθιστα πυριγενή πετρώματα που προέρχονται από μάγματα πλούσια σε ανθρακικά άλατα, αλκαλικά πυριγενή περιβάλλοντα, αποθέσεις αργίλου απορρόφησης ιόντων και αποθέσεις πλακιδίων που φέρουν μοναζίτη-ξενοτίμο.

Η Κίνα εξορύσσει το 95% των σπάνιων γαιών για να ικανοποιήσει τη ζήτηση για hi-tech τρόπους ζωής και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, η Κίνα κυριαρχεί στην παραγωγή σπάνιων γαιών, χρησιμοποιώντας τα δικά της κοιτάσματα αργίλου απορρόφησης ιόντων, γνωστά ως «άργιλοι της Νότιας Κίνας».

Είναι οικονομικό για την Κίνα να το κάνει αυτό, επειδή τα κοιτάσματα αργίλου είναι εύκολο να εξαχθούν οι σπάνιες ενώσεις με τη χρήση ασθενών οξέων.

Τα στοιχεία σπάνιων γαιών χρησιμοποιούνται για κάθε είδους εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας, όπως υπολογιστές, συσκευές αναπαραγωγής DVD, κινητά τηλέφωνα, φωτισμό, οπτικές ίνες, κάμερες και ηχεία, ακόμη και στρατιωτικό εξοπλισμό, όπως κινητήρες αεριωθούμενων, συστήματα καθοδήγησης πυραύλων, δορυφόρους και αντιπυραυλική άμυνα.

Ένας στόχος της Συμφωνίας του Παρισιού για το Κλίμα του 2015 είναι ο περιορισμός της υπερθέρμανσης του πλανήτη σε επίπεδα κάτω από 2 ˚C, κατά προτίμηση 1,5 ˚C, τα οποία ήταν τα προβιομηχανικά επίπεδα. Αυτό έχει αυξήσει τη ζήτηση για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τα οποία απαιτούν επίσης REE για να λειτουργήσουν.

Το 2010, η Κίνα ανακοίνωσε ότι θα μειώσει τις εξαγωγές σπάνιων υλών για να καλύψει την αύξηση της ζήτησης, αλλά και να διατηρήσει την κυρίαρχη θέση της στην προμήθεια εξοπλισμού υψηλής τεχνολογίας στον υπόλοιπο κόσμο.

Η Κίνα βρίσκεται επίσης σε ισχυρή οικονομική θέση ώστε να ελέγχει την προμήθεια σπάνιων μορφών ενέργειας που απαιτούνται για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ηλιακοί συλλέκτες, αιολικοί και παλιρροϊκοί στρόβιλοι, καθώς και ηλεκτρικά οχήματα.

Έργο Σύλληψης Σπάνιων Γαιών με Λίπασμα Φωσφογύψου

Ο φωσφογύψος είναι υποπροϊόν λιπάσματος και περιέχει φυσικά ραδιενεργά στοιχεία όπως ουράνιο και θόριο. Για αυτόν τον λόγο, αποθηκεύεται επ' αόριστον, με συναφείς κινδύνους ρύπανσης του εδάφους, του αέρα και του νερού.

Ως εκ τούτου, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Penn State έχουν επινοήσει μια πολυσταδιακή προσέγγιση χρησιμοποιώντας τροποποιημένα πεπτίδια, μικρές σειρές αμινοξέων που μπορούν να αναγνωρίσουν και να διαχωρίσουν με ακρίβεια τα REE χρησιμοποιώντας μια ειδικά αναπτυγμένη μεμβράνη.

Καθώς οι παραδοσιακές μέθοδοι διαχωρισμού δεν επαρκούν, το έργο στοχεύει στην ανάπτυξη νέων τεχνικών, υλικών και διαδικασιών διαχωρισμού.

Ο σχεδιασμός καθοδηγείται από υπολογιστική μοντελοποίηση, η οποία αναπτύχθηκε από την Rachel Getman, κύρια ερευνήτρια και αναπληρώτρια καθηγήτρια χημικής και βιομοριακής μηχανικής στο Clemson, με τις ερευνήτριες Christine Duval και Julie Renner, να αναπτύσσουν τα μόρια που θα προσκολληθούν σε συγκεκριμένα REE.

Το Greenlee θα εξετάσει πώς συμπεριφέρονται στο νερό και θα αξιολογήσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και τις διαφορετικές οικονομικές δυνατότητες υπό μεταβλητές συνθήκες σχεδιασμού και λειτουργίας.

Η καθηγήτρια χημικής μηχανικής Λόρεν Γκρίνλι ισχυρίζεται ότι: «σήμερα, εκτιμάται ότι 200.000 τόνοι σπάνιων γαιών είναι παγιδευμένοι σε μη επεξεργασμένα απόβλητα φωσφογύψου μόνο στη Φλόριντα».

Η ομάδα αναγνωρίζει ότι η παραδοσιακή ανάκτηση συνδέεται με περιβαλλοντικά και οικονομικά εμπόδια, με αποτέλεσμα να ανακτώνται σήμερα από σύνθετα υλικά, τα οποία απαιτούν την καύση ορυκτών καυσίμων και απαιτούν μεγάλη εργασία.

Το νέο έργο θα επικεντρωθεί στην ανάκτησή τους με βιώσιμο τρόπο και ενδέχεται να εφαρμοστεί σε μεγαλύτερη κλίμακα για περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη.

Εάν το έργο είναι επιτυχές, θα μπορούσε επίσης να μειώσει την εξάρτηση των ΗΠΑ από την Κίνα για την προμήθεια σπάνιων γαιών.

Χρηματοδότηση Έργου από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών

Το έργο REE του Penn State χρηματοδοτείται από τετραετή επιχορήγηση ύψους 571.658 δολαρίων, συνολικού ύψους 1,7 εκατομμυρίων δολαρίων, και αποτελεί συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Case Western Reserve και το Πανεπιστήμιο Clemson.

Εναλλακτικοί τρόποι ανάκτησης σπάνιων γαιών

Η ανάκτηση RRE πραγματοποιείται συνήθως με τη χρήση εργασιών μικρής κλίμακας, συνήθως με έκπλυση και εκχύλιση με διαλύτη.

Αν και είναι μια απλή διαδικασία, η έκπλυση απαιτεί μεγάλη ποσότητα επικίνδυνων χημικών αντιδραστηρίων, επομένως είναι ανεπιθύμητη από εμπορική άποψη.

Η εκχύλιση με διαλύτη είναι μια αποτελεσματική τεχνική, αλλά όχι πολύ αποτελεσματική επειδή απαιτεί πολύ χρόνο και απαιτεί πολλή εργασία.

Ένας άλλος συνηθισμένος τρόπος ανάκτησης των σπάνιων αποβλήτων είναι η αγρο-εξόρυξη, γνωστή και ως ηλεκτρονική εξόρυξη, η οποία περιλαμβάνει τη μεταφορά ηλεκτρονικών αποβλήτων, όπως παλιών υπολογιστών, τηλεφώνων και τηλεοράσεων, από διάφορες χώρες στην Κίνα για την εξόρυξη σπάνιων αποβλήτων.

Σύμφωνα με το Πρόγραμμα Περιβάλλοντος των Ηνωμένων Εθνών, το 2019 δημιουργήθηκαν πάνω από 53 εκατομμύρια τόνοι ηλεκτρονικών αποβλήτων, με περίπου 57 δισεκατομμύρια δολάρια πρώτων υλών που περιείχαν σπάνιες μορφές ενέργειας και μέταλλα.

Αν και συχνά διαφημίζεται ως μια βιώσιμη μέθοδος ανακύκλωσης υλικών, δεν είναι χωρίς τα δικά της προβλήματα που πρέπει ακόμη να ξεπεραστούν.

Η αγρο-εξόρυξη απαιτεί πολύ χώρο αποθήκευσης, μονάδες ανακύκλωσης, απόβλητα υγειονομικής ταφής μετά την ανάκτηση των σπάνιων ελαίων και συνεπάγεται κόστος μεταφοράς, το οποίο απαιτεί την καύση ορυκτών καυσίμων.

Το Πρόγραμμα του Πανεπιστημίου Penn State έχει τη δυνατότητα να ξεπεράσει ορισμένα από τα προβλήματα που σχετίζονται με τις παραδοσιακές μεθόδους ανάκτησης σπάνιων ελαίων, εάν μπορεί να ικανοποιήσει τους δικούς του περιβαλλοντικούς και οικονομικούς στόχους.

---

Ώρα δημοσίευσης: 04 Ιουλίου 2022