zdroj: AZO Mining

Čo sú to prvky vzácnych zemín a kde sa nachádzajú?

Prvky vzácnych zemín (REE) zahŕňajú 17 kovových prvkov, ktoré sú v periodickej tabuľke zložené z 15 lantanoidov:

Lantan

Cér

Prazeodým

Neodým

Prométium

Samárium

Európium

Gadolínium

Terbium

Dysprózium

Holmium

Erbium

Túlium

Yterbium

Utecium

Skandium

Ytrium

Väčšina z nich nie je taká vzácna, ako naznačuje názov skupiny, ale pomenovali ich v 18. a 19. storočí v porovnaní s inými bežnejšími „zemnými“ prvkami, ako sú vápno a horčík.

Cér je najbežnejším vzácnym kovom (REE) a je hojnejší ako meď alebo olovo.

Z geologického hľadiska sa však prvky vzácnych krajín (REE) v koncentrovaných ložiskách nachádzajú len zriedka, pretože napríklad uhoľné sloje sťažujú ich ťažbu.

Namiesto toho sa nachádzajú v štyroch hlavných neobvyklých typoch hornín; karbonatity, čo sú nezvyčajné vyvreté horniny odvodené z magmy bohatej na uhličitany, alkalické vyvreté prostredia, ílovité ložiská absorbujúce ióny a ložiská monazitu a xenotimu.

Čína ťaží 95 % prvkov vzácnych zemín, aby uspokojila dopyt po high-tech životnom štýle a obnoviteľnej energii

Od konca 90. rokov 20. storočia dominuje Čína v produkcii prvkov vzácnych krajín, pričom využíva vlastné ložiská ílov absorbujúcich ióny, známe ako „juhočínske íly“.

Pre Čínu je to ekonomické, pretože ložiská ílu sa dajú ľahko extrahovať pomocou slabých kyselín pomocou vzácnych živíc.

Prvky vzácnych zemín sa používajú vo všetkých druhoch high-tech zariadení vrátane počítačov, DVD prehrávačov, mobilných telefónov, osvetlenia, optických vlákien, kamier a reproduktorov, a dokonca aj vo vojenskom vybavení, ako sú prúdové motory, systémy navádzania rakiet, satelity a protiraketová obrana.

Cieľom Parížskej dohody o klíme z roku 2015 je obmedziť globálne otepľovanie na menej ako 2 °C, najlepšie 1,5 °C, oproti úrovni z predindustriálneho obdobia. To zvýšilo dopyt po obnoviteľných zdrojoch energie a elektromobiloch, ktoré na svoju prevádzku tiež vyžadujú zdroje energie z obnoviteľných zdrojov.

V roku 2010 Čína oznámila, že zníži vývoz prvkov vzácnych krajín, aby uspokojila svoj rastúci dopyt, ale zároveň si udrží dominantné postavenie v dodávkach high-tech zariadení do zvyšku sveta.

Čína má tiež silnú ekonomickú pozíciu na kontrolu dodávok vzácnych kovov (REE) potrebných pre obnoviteľné zdroje energie, ako sú solárne panely, veterné a prílivové turbíny, ako aj elektrické vozidlá.

Projekt zachytávania prvkov vzácnych zemín s použitím fosfosadrového hnojiva

Fosfosadra je vedľajší produkt hnojív a obsahuje prirodzene sa vyskytujúce rádioaktívne prvky, ako je urán a tórium. Z tohto dôvodu sa skladuje na dobu neurčitú, čo predstavuje súvisiace riziko znečistenia pôdy, ovzdušia a vody.

Preto výskumníci z Penn State University navrhli viacstupňový prístup s využitím upravených peptidov, krátkych reťazcov aminokyselín, ktoré dokážu presne identifikovať a oddeliť REE pomocou špeciálne vyvinutej membrány.

Keďže tradičné separačné metódy sú nedostatočné, cieľom projektu je navrhnúť nové separačné techniky, materiály a procesy.

Návrh je vedený výpočtovým modelovaním, ktoré vyvinula Rachel Getmanová, hlavná výskumníčka a docentka chemického a biomolekulárneho inžinierstva v Clemsone, spolu s výskumníčkami Christine Duvalovou a Julie Rennerovou, ktoré vyvíjajú molekuly, ktoré sa prichytia na špecifické zložky vzácnych živíc (REE).

Greenlee sa zameria na to, ako sa správajú vo vode, a posúdi vplyv na životné prostredie a rôzne ekonomické potenciály za rôznych konštrukčných a prevádzkových podmienok.

Profesorka chemického inžinierstva Lauren Greenlee tvrdí, že: „Len na Floride je dnes v nespracovanom fosfosadrovom odpade uväznených odhadom 200 000 ton prvkov vzácnych zemín.“

Tím zistil, že tradičná recyklácia je spojená s environmentálnymi a ekonomickými bariérami, pričom v súčasnosti sa recykluje z kompozitných materiálov, čo si vyžaduje spaľovanie fosílnych palív a je náročné na pracovnú silu.

Nový projekt sa zameria na ich zhodnocovanie udržateľným spôsobom a môže sa rozšíriť vo väčšom rozsahu z dôvodu environmentálnych a ekonomických výhod.

Ak bude projekt úspešný, mohol by tiež znížiť závislosť USA od Číny v oblasti dodávok prvkov vzácnych zemín.

Financovanie projektu Národnej vedeckej nadácie

Projekt Penn State REE je financovaný štvorročným grantom vo výške 571 658 dolárov, čo predstavuje celkovú sumu 1,7 milióna dolárov, a je výsledkom spolupráce s Case Western Reserve University a Clemson University.

Alternatívne spôsoby získavania prvkov vzácnych zemín

Zvyšovanie RRE sa zvyčajne vykonáva v malom rozsahu, bežne lúhovaním a extrakciou rozpúšťadlom.

Hoci je lúhovanie jednoduchý proces, vyžaduje si vysoké množstvo nebezpečných chemických činidiel, takže je komerčne nežiaduce.

Extrakcia rozpúšťadlom je účinná technika, ale nie je veľmi účinná, pretože je prácna a časovo náročná.

Ďalším bežným spôsobom získavania prvkov vzácnych krajín (REE) je agroťažba, známa aj ako elektronická ťažba, ktorá zahŕňa prepravu elektronického odpadu, ako sú staré počítače, telefóny a televízory, z rôznych krajín do Číny na extrakciu REE.

Podľa Programu OSN pre životné prostredie bolo v roku 2019 vyprodukovaných viac ako 53 miliónov ton elektronického odpadu, pričom približne 57 miliárd dolárov predstavovali suroviny obsahujúce vzácne zeminy a kovy.

Hoci sa často propaguje ako udržateľná metóda recyklácie materiálov, nie je bez problémov, ktoré je stále potrebné prekonať.

Ťažba v poľnohospodárstve si vyžaduje veľa skladovacieho priestoru, recyklačné závody, skládkovanie odpadu po získaní vzácnych vzácnych kovov a zahŕňa náklady na dopravu, ktoré si vyžadujú spaľovanie fosílnych palív.

Projekt Penn State University má potenciál prekonať niektoré problémy spojené s tradičnými metódami získavania vzácnych kovov (REE), ak dokáže splniť svoje vlastné environmentálne a ekonomické ciele.

---

Čas uverejnenia: 4. júla 2022