Heimild: AZO Mining

Hvað eru sjaldgæf jarðefni og hvar finnast þau?

Sjaldgæf jarðefni (REE) samanstanda af 17 málmþáttum, sem eru myndaðir úr 15 lantaníðum í lotukerfinu:

Lantan

Seríum

Praseódíum

Neodymium

Prómetíum

Samaríum

Evrópíum

Gadolín

Terbíum

Dysprosíum

Hólmíum

Erbíum

Þúlíum

Ytterbíum

Útetíum

Skandín

Yttríum

Flest þeirra eru ekki eins sjaldgæf og nafnið á hópnum gefur til kynna en fengu nöfn á 18. og 19. öld, í samanburði við önnur algengari jarðefni eins og kalk og magnesíu.

Serín er algengasta rafeindaefnið og meira af því en kopar eða blý.

Hins vegar, jarðfræðilega séð, finnast rafeindaefni sjaldan í þéttum jarðlögum þar sem til dæmis kolalög gera þau efnahagslega erfið í námum.

Þau finnast í staðinn í fjórum helstu óalgengum bergtegundum; karbónatítum, sem eru óvenjuleg storkuberg sem myndast úr karbónatríkri kviku, basískum storkubergjum, jónagleypandi leirútfellingum og mónasít-xenótím-berandi útfellingum.

Kína vinnur 95% af sjaldgæfum jarðefnum til að uppfylla eftirspurn eftir hátæknilífsstíl og endurnýjanlegri orku.

Frá síðari hluta tíunda áratugarins hefur Kína ráðið ríkjum í framleiðslu á rafeindasírópi og nýtt sér sínar eigin jónagleypandi leirútfellingar, þekktar sem „Suður-Kínaleirarnir“.

Þetta er hagkvæmt fyrir Kína að gera þetta vegna þess að það er auðvelt að vinna REE úr leirnámunum með því að nota veikar sýrur.

Sjaldgæf jarðefni eru notuð í alls kyns hátæknibúnað, þar á meðal tölvur, DVD-spilara, farsíma, lýsingu, ljósleiðara, myndavélar og hátalara, og jafnvel herbúnað, svo sem þotuhreyfla, eldflaugaleiðsögukerfi, gervihnetti og eldflaugavarnir.

Markmið Parísarsamkomulagsins um loftslagsmál frá 2015 er að takmarka hlýnun jarðar við 2°C, helst 1,5°C, á stigum fyrir iðnbyltingu. Þetta hefur aukið eftirspurn eftir endurnýjanlegri orku og rafmagnsbílum, sem einnig krefjast raforkuframleiðslu til að starfa.

Árið 2010 tilkynnti Kína að það myndi draga úr útflutningi á rafeindabúnaði til að mæta aukinni eftirspurn, en jafnframt viðhalda ráðandi stöðu sinni í að útvega hátæknibúnað til umheimsins.

Kína er einnig í sterkri efnahagslegri stöðu til að stjórna framboði á endurnýjanlegum orkugjöfum sem þarf fyrir endurnýjanlega orku eins og sólarplötur, vind- og sjávarfallaorkuver, sem og rafmagnsbíla.

Verkefni um að fanga fosfórgípsáburð sjaldgæfra jarðefna

Fosfórgíps er aukaafurð áburðar og inniheldur náttúrulega geislavirk frumefni eins og úran og þórín. Þess vegna er það geymt um óákveðinn tíma, með tilheyrandi hættu á mengun jarðvegs, lofts og vatns.

Þess vegna hafa vísindamenn við Penn State háskólann þróað fjölþrepa aðferð sem notar tilbúna peptíð, stutta strengi amínósýra sem geta nákvæmlega greint og aðskilið REE ensímin með því að nota sérstaklega þróaða himnu.

Þar sem hefðbundnar aðskilnaðaraðferðir eru ófullnægjandi miðar verkefnið að því að þróa nýjar aðskilnaðartækni, efni og ferla.

Hönnunin er leidd af tölvulíkönum, sem þróuð voru af Rachel Getman, aðalrannsakanda og dósent í efna- og lífsameindaverkfræði við Clemson, ásamt rannsakendunum Christine Duval og Julie Renner, sem þróa sameindirnar sem munu festast við ákveðin REE-efni.

Greenlee mun skoða hvernig þau haga sér í vatni og meta umhverfisáhrif og mismunandi efnahagslegan möguleika við breytilegar hönnunar- og rekstraraðstæður.

Lauren Greenlee, prófessor í efnaverkfræði, fullyrðir að: „Í dag séu áætlaðar 200.000 tonn af sjaldgæfum jarðefnum föst í óunnum fosfórgipsúrgangi í Flórída einni saman.“

Teymið bendir á að hefðbundin endurvinnsla tengist umhverfislegum og efnahagslegum hindrunum, þar sem hún er nú endurheimt úr samsettum efnum, sem krefjast brennslu jarðefnaeldsneytis og er vinnuaflsfrek.

Nýja verkefnið mun einbeita sér að því að endurheimta þau á sjálfbæran hátt og gæti verið innleitt í stærri skala til að hafa umhverfislegan og efnahagslegan ávinning.

Ef verkefnið tekst gæti það einnig dregið úr ósjálfstæði Bandaríkjanna gagnvart Kína fyrir sjaldgæfa jarðmálma.

Verkefnastyrkir Þjóðarvísindasjóðs

Verkefnið við Penn State REE er fjármagnað með fjögurra ára styrk að upphæð $571.658, samtals $1,7 milljónir, og er samstarfsverkefni Case Western Reserve háskólans og Clemson háskólans.

Aðrar leiðir til að endurheimta sjaldgæf jarðefni

Endurheimt RRE er venjulega framkvæmd í litlum mæli, oftast með útskolun og leysiefnaútdrátt.

Þótt útskolun sé einföld aðferð krefst hún mikils magns af hættulegum efnafræðilegum hvarfefnum, og er því óæskileg í viðskiptalegum tilgangi.

Útdráttur með leysiefnum er áhrifarík aðferð en ekki mjög skilvirk vegna þess að hún er vinnuaflsfrek og tímafrek.

Önnur algeng leið til að endurheimta rafeindabúnað er með landbúnaðarnámuvinnslu, einnig þekkt sem rafræn námugrófun, sem felur í sér flutning á rafeindaúrgangi, svo sem gömlum tölvum, símum og sjónvörpum frá ýmsum löndum til Kína til vinnslu þeirra.

Samkvæmt Umhverfisstofnun Sameinuðu þjóðanna mynduðust yfir 53 milljónir tonna af rafrænum úrgangi árið 2019, þar af um 57 milljarðar dollara í hráefnum sem innihéldu rafeindaefni og málma.

Þótt hún sé oft talin sjálfbær aðferð til að endurvinna efni, þá eru þar einnig ýmis vandamál sem þarf að yfirstíga.

Landbúnaðarnám krefst mikils geymslurýmis, endurvinnslustöðva, urðunarúrgangs eftir endurheimt rafeindaefna og felur í sér flutningskostnað, sem felur í sér brennslu jarðefnaeldsneytis.

Verkefnið við Penn State háskólann hefur möguleika á að vinna bug á sumum af þeim vandamálum sem tengjast hefðbundnum aðferðum til endurheimtar rafeindaefna ef það nær sínum eigin umhverfis- og efnahagslegu markmiðum.

---

Birtingartími: 4. júlí 2022