Tương lai của việc khai thác các nguyên tố đất hiếm một cách bền vững
2022-02-24
nguồn: AZO Mining
Nguyên tố đất hiếm là gì và chúng được tìm thấy ở đâu?
Nguyên tố đất hiếm (REE) bao gồm 17 nguyên tố kim loại, được tạo thành từ 15 lantan trong bảng tuần hoàn: La ， Ce ， Pr .........
Hầu hết chúng không hiếm như tên nhóm cho thấy nhưng được đặt tên vào thế kỷ 18 và 19, so với các nguyên tố 'đất' phổ biến hơn như vôi và magie.Xeri là REE phổ biến nhất và nhiều hơn đồng hoặc chì.Tuy nhiên, về mặt địa chất, REE hiếm khi được tìm thấy trong các mỏ tập trung vì ví dụ như các vỉa than đang gây khó khăn về kinh tế cho việc khai thác.Thay vào đó, chúng được tìm thấy trong bốn loại đá chính không phổ biến;cacbonatit, là những loại đá mácma khác thường có nguồn gốc từ magma giàu cacbonat, đá lửa có tính kiềm, trầm tích đất sét hấp thụ ion và trầm tích chất giả lập mang monazit-xenotime.Trung Quốc khai thác 95% nguyên tố đất hiếm để đáp ứng nhu cầu về lối sống công nghệ cao và năng lượng tái tạoKể từ cuối những năm 1990, Trung Quốc đã thống trị sản xuất REE, sử dụng các mỏ đất sét hấp thụ ion của riêng họ, được gọi là 'Đất sét Nam Trung Quốc'.Đó là điều kinh tế đối với Trung Quốc vì các mỏ đất sét rất đơn giản để chiết xuất REE từ việc sử dụng axit yếu.Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng cho tất cả các loại thiết bị công nghệ cao, bao gồm máy tính, đầu đĩa DVD, điện thoại di động, ánh sáng, sợi quang, máy ảnh và loa và thậm chí cả thiết bị quân sự, chẳng hạn như động cơ phản lực, hệ thống dẫn đường tên lửa, vệ tinh và thiết bị chống -phòng vệ.Mục tiêu của Thỏa thuận khí hậu Paris 2015 là hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức dưới 2 ˚C, tốt nhất là 1,5 ˚C, ở mức tiền công nghiệp.Điều này đã làm tăng nhu cầu về năng lượng tái tạo và ô tô điện, cũng đòi hỏi các REE phải hoạt động.Năm 2010, Trung Quốc tuyên bố sẽ giảm xuất khẩu REE để đáp ứng nhu cầu tăng của chính họ, nhưng cũng duy trì vị trí thống lĩnh trong việc cung cấp thiết bị công nghệ cao cho phần còn lại của thế giới.Trung Quốc cũng có vị thế kinh tế mạnh mẽ để kiểm soát việc cung cấp REE cần thiết cho năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời, gió và tuabin điện thủy triều, cũng như xe điện.Dự án thu giữ các nguyên tố đất hiếm phân bón phốt phoPhosphogypsum là sản phẩm phụ của phân bón và chứa các nguyên tố phóng xạ tự nhiên như uranium và thorium.Vì lý do này, nó được lưu trữ vô thời hạn, kèm theo các nguy cơ gây ô nhiễm đất, không khí và nước.Do đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Penn State đã nghĩ ra một phương pháp tiếp cận đa tầng sử dụng các peptit đã được thiết kế, các chuỗi axit amin ngắn có thể xác định chính xác và phân tách các REE bằng cách sử dụng một màng được phát triển đặc biệt.Vì các phương pháp tách truyền thống không đủ, dự án nhằm mục đích đưa ra các kỹ thuật, vật liệu và quy trình tách mới.Thiết kế được dẫn dắt bởi mô hình tính toán, được phát triển bởi Rachel Getman, nhà điều tra chính và phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại Clemson, cùng với các nhà điều tra Christine Duval và Julie Renner, phát triển các phân tử sẽ bám vào các REE cụ thể.Greenlee sẽ xem xét cách chúng ứng xử trong nước và sẽ đánh giá tác động môi trường và các tiềm năng kinh tế khác nhau trong các tình huống thiết kế và vận hành khác nhau.Giáo sư kỹ thuật hóa học Lauren Greenlee tuyên bố rằng: “Ngày nay, ước tính có khoảng 200.000 tấn nguyên tố đất hiếm bị mắc kẹt trong chất thải phốt pho chưa qua xử lý chỉ riêng ở Florida.”Nhóm nghiên cứu xác định rằng việc phục hồi truyền thống có liên quan đến các rào cản về môi trường và kinh tế, theo đó chúng hiện đang được thu hồi từ các vật liệu composite, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch và sử dụng nhiều lao động.Dự án mới sẽ tập trung vào việc khôi phục chúng một cách bền vững và có thể được triển khai trên quy mô lớn hơn vì lợi ích kinh tế và môi trường.Nếu dự án thành công, nó cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào Trung Quốc trong việc cung cấp các nguyên tố đất hiếm.Tài trợ Dự án Quỹ Khoa học Quốc giaDự án Penn State REE được tài trợ bởi khoản tài trợ 4 năm là 571,658 đô la, tổng trị giá 1,7 triệu đô la, và là sự hợp tác với Đại học Case Western Reserve và Đại học Clemson.Các cách thay thế để khôi phục các nguyên tố đất hiếmPhục hồi RRE thường được thực hiện bằng cách sử dụng các hoạt động quy mô nhỏ, thường là bằng cách lọc và chiết xuất dung môi.Mặc dù một quá trình đơn giản, quá trình rửa trôi đòi hỏi một lượng lớn thuốc thử hóa học nguy hiểm, do đó, về mặt thương mại là điều không mong muốn.Chiết dung môi là một kỹ thuật hiệu quả nhưng không hiệu quả lắm vì tốn nhiều công sức và thời gian.Một cách phổ biến khác để thu hồi REE là thông qua khai thác mỏ nông nghiệp, còn được gọi là khai thác điện tử, liên quan đến việc vận chuyển rác thải điện tử, chẳng hạn như máy tính cũ, điện thoại và truyền hình từ các quốc gia khác nhau đến Trung Quốc để khai thác REE.Theo Chương trình Môi trường của Liên hợp quốc, hơn 53 triệu tấn chất thải điện tử đã được tạo ra vào năm 2019, với khoảng 57 tỷ USD nguyên liệu thô có chứa REE và kim loại.Mặc dù thường được quảng cáo là một phương pháp tái chế vật liệu bền vững, nhưng nó không phải là không có những vấn đề riêng cần phải khắc phục.Khai thác nông nghiệp đòi hỏi nhiều không gian lưu trữ, nhà máy tái chế, chất thải chôn lấp sau khi thu hồi REE và liên quan đến chi phí vận chuyển, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch.Dự án Đại học Bang Penn có tiềm năng khắc phục một số vấn đề liên quan đến các phương pháp phục hồi REE truyền thống nếu nó có thể đáp ứng các mục tiêu kinh tế và môi trường của riêng mình.
