Allikas: AZO Mining

Mis on haruldased muldmetallid ja kus neid leidub?

Haruldased muldmetallid (REE-d) koosnevad 17 metallilisest elemendist, mis koosnevad perioodilisustabeli 15 lantaniidist:

Lantaan

Tseerium

Praseodüüm

Neodüüm

Promeetium

Samaarium

Euroopium

Gadoliinium

Terbium

Düsproosium

Holmium

Erbium

tuulium

Ütterbium

Uteetium

Skandium

Ütrium

Enamik neist pole nii haruldased, kui rühma nimi viitab, kuid need said nime 18. ja 19. sajandil, võrreldes teiste levinumate maaelementidega, nagu lubi ja magneesium.

Tseerium on kõige levinum haruldaste muldmetallide (REE) esindaja ja seda leidub rohkem kui vaske või pliid.

Geoloogilisest seisukohast leidub haruldasi maapindu kontsentreeritud leiukohtades harva, kuna näiteks söekihid muudavad nende kaevandamise majanduslikult keeruliseks.

Neid leidub hoopis neljas peamises haruldases kivimitüübis: karbonatiidid, mis on ebatavalised tardkivimid, mis pärinevad karbonaadirikastest magmadest, leeliselistest tardkivimitest, ioonabsorbeerivatest saviladestustest ja monasiidi-ksenotiimi kandvate platseride ladestustest.

Hiina kaevandab 95% haruldastest muldmetallidest, et rahuldada nõudlust kõrgtehnoloogilise elustiili ja taastuvenergia järele

Alates 1990. aastate lõpust on Hiina domineerinud haruldaste muldmetallide tootmises, kasutades oma ioone neeldavaid savimaardlaid, mida tuntakse Lõuna-Hiina savidena.

Hiina jaoks on see ökonoomne, sest savimaardlatest on nõrkade hapete abil lihtne haruldasi muldmetalle eraldada.

Haruldasi muldmetalle kasutatakse igasuguste kõrgtehnoloogiliste seadmete, sealhulgas arvutite, DVD-mängijate, mobiiltelefonide, valgustuse, fiiberoptika, kaamerate ja kõlarite ning isegi sõjavarustuse, näiteks reaktiivmootorite, raketijuhtimissüsteemide, satelliitide ja raketitõrjesüsteemide jaoks.

2015. aasta Pariisi kliimakokkuleppe eesmärk on piirata globaalset soojenemist alla 2 ˚C, eelistatavalt 1,5 ˚C, võrreldes industriaalühiskonna eelse tasemega. See on suurendanud nõudlust taastuvenergia ja elektriautode järele, mis vajavad töötamiseks samuti haruldasi maapindu.

2010. aastal teatas Hiina, et vähendab haruldaste muldmetallide eksporti, et rahuldada oma kasvavat nõudlust, kuid säilitab samal ajal oma domineeriva positsiooni kõrgtehnoloogiliste seadmete tarnimisel ülejäänud maailmale.

Hiinal on ka tugev majanduslik positsioon, et kontrollida taastuvenergia, näiteks päikesepaneelide, tuule- ja loodeteenergia turbiinide ning elektrisõidukite jaoks vajalike haruldaste maametallide pakkumist.

Fosfogüssväetise haruldaste muldmetallide püüdmise projekt

Fosfogips on väetise kõrvalsaadus ja sisaldab looduslikult esinevaid radioaktiivseid elemente, nagu uraan ja toorium. Sel põhjusel ladustatakse seda määramata aja jooksul, millega kaasneb pinnase, õhu ja vee reostamise oht.

Seetõttu on Penn State'i ülikooli teadlased välja töötanud mitmeastmelise lähenemisviisi, kasutades konstrueeritud peptiide – lühikesi aminohapete ahelaid, mis suudavad spetsiaalselt väljatöötatud membraani abil täpselt tuvastada ja eraldada haruldasi essentsiaalelemente.

Kuna traditsioonilised eraldusmeetodid ei ole piisavad, on projekti eesmärk välja töötada uusi eraldustehnikaid, materjale ja protsesse.

Disaini juhib arvutuslik modelleerimine, mille on välja töötanud Clemsoni keemia- ja biomolekulaarse inseneriteaduse juhtivteadur ja dotsent Rachel Getman koos uurijate Christine Duvali ja Julie Renneriga, kes arendavad molekule, mis kinnituvad konkreetsetele haruldastele esemetele.

Greenlee uurib, kuidas nad vees käituvad, ning hindab keskkonnamõju ja erinevat majanduslikku potentsiaali muutuvate projekteerimis- ja töötingimuste korral.

Keemiatehnika professor Lauren Greenlee väidab, et „tänapäeval on ainuüksi Floridas töötlemata fosfokipsijäätmetes lõksus hinnanguliselt 200 000 tonni haruldasi muldmetalle.”

Meeskond tuvastab, et traditsiooniline taaskasutus on seotud keskkonnaalaste ja majanduslike takistustega, mille tõttu neid praegu taaskasutatakse komposiitmaterjalidest, mis nõuab fossiilkütuste põletamist ja on töömahukas.

Uus projekt keskendub nende säästvale taaskasutamisele ja seda võidakse keskkonna- ja majandusliku kasu saamiseks laiemalt rakendada.

Kui projekt õnnestub, võib see vähendada ka USA sõltuvust Hiinast haruldaste muldmetallide tarnimisel.

Riikliku Teadusfondi projekti rahastamine

Penn State'i haruldaste maavarade projekti rahastatakse nelja-aastase toetusega summas 571 658 dollarit, kogusummas 1, 7 miljonit dollarit, ning see on koostöö Case Western Reserve'i ülikooli ja Clemsoni ülikooliga.

Haruldaste muldmetallide taaskasutamise alternatiivsed viisid

RRE eraldamine toimub tavaliselt väikesemahuliste toimingute abil, tavaliselt leostamise ja lahustiekstraktsiooni teel.

Kuigi leostumine on lihtne protsess, nõuab see suures koguses ohtlikke keemilisi reagente, mistõttu on see kaubanduslikult ebasoovitav.

Lahustiekstraktsiooni meetod on küll tõhus, kuid mitte eriti efektiivne, kuna see on töömahukas ja aeganõudev.

Teine levinud viis haruldaste muldmetallide taaskasutamiseks on agrokaevandamine ehk e-kaevandamine, mis hõlmab elektroonikajäätmete, näiteks vanade arvutite, telefonide ja telerite transportimist erinevatest riikidest Hiinasse haruldaste muldmetallide kaevandamiseks.

ÜRO Keskkonnaprogrammi andmetel tekkis 2019. aastal üle 53 miljoni tonni elektroonikajäätmeid, millest umbes 57 miljardi dollari väärtuses toorainena kasutati haruldasi muldmetalle ja metalle.

Kuigi seda peetakse sageli materjalide ringlussevõtu säästvaks meetodiks, on sellel siiski omad probleemid, mis vajavad lahendamist.

Põllumajanduskaevandamine nõuab palju laoruumi, ringlussevõtutehaseid, haruldaste muldmetallide taaskasutamise järgseid prügimäejäätmeid ning sellega kaasnevad transpordikulud, mis omakorda nõuavad fossiilkütuste põletamist.

Penn State'i ülikooli projektil on potentsiaali ületada mõned traditsiooniliste haruldaste muldmetallide taaskasutusmeetoditega seotud probleemid, kui see suudab täita oma keskkonna- ja majanduslikke eesmärke.

---

Postituse aeg: 04.07.2022