Рідкісноземельні елементи (РЗЕ) є основою сучасних технологій, які живлять все, від вітрових турбін і смартфонів до електромобілів. Хоча вони не є справді рідкісними в земній корі, ефективне їх вилучення є надзвичайно складним і дорогим. Тепер команда з Північно-східного університету оприлюднила революційний метод, який міг би революціонізувати економіку видобутку РЗЕ шляхом використання колосальних обсягів вугільних відходів, уже накопичених у всьому світі.
Проблема з поточними методами вилучення
Традиційний видобуток РЗЕ спирається на розробку спеціалізованих родовищ, процес, який завдає шкоди навколишньому середовищу та географічно зосереджений (часто в політично нестабільних регіонах). Існуючі спроби видобути РЗЕ з вугільних хвостів — шламу, що залишився після видобутку вугілля — перешкоджали низькій ефективності. РЗЕ вкриті стійкими глинистими мінералами, що робить їх розділення надзвичайно складним. Ця неефективність є критичним вузьким місцем: попит на РЗЕ стрімко зростає через перехід на чисту енергію та високотехнологічне виробництво, але ланцюжки постачання залишаються крихкими.
Як працює новий процес
Команда Північно-східного університету розробила двоступеневий процес, який значно підвищує продуктивність екстракції. Спочатку вугільні хвости «варяться» в лужному розчині під впливом мікрохвиль. Це змінює структуру мінералів, що містять РЗЕ, роблячи їх більш пористими. Потім обробка азотною кислотою відокремлює РЗЕ від решти породи.
За словами дослідників, попередня лужна обробка перед кислотним вилуговуванням є ключовою. «Результати показують, що лужна попередня обробка вугільних хвостів перед кислотним вилуговуванням значно впливає на ефективність відновлення РЗЕ з мінімальним відновленням у лужному розчині», – пишуть вони. Ця комбінація забезпечує триразове збільшення ефективності порівняно з існуючими методами.
Чому це важливо: масштаб і стійкість
Потенційний вплив величезний. Підраховано, що з кожних 1,5 мільярдів тонн вугільних відходів можна витягнути понад 600 кілотонн РЗЕ, а близько 2 мільярдів тонн цих відходів накопичено в США в Пенсільванії. Йдеться не лише про ефективність, а й про перетворення пасиву (токсичні відходи) на актив (важливі матеріали).
Цей процес спеціально націлений на неодим, ключовий елемент у високоміцних магнітах, які використовуються в електромобілях, вітрових турбінах і жорстких дисках. Збільшення цього масштабу зменшить залежність від традиційного майнінгу, покращить стійкість ланцюжка поставок і потенційно знизить вартість зелених технологій.
Залишилися проблеми
Незважаючи на перспективність, широке впровадження стикається з перешкодами. Процес видобутку все ще є дорогим і вимагає модифікацій залежно від мінерального складу конкретних вугільних відходів. Крім того, хвости вугілля містять інші цінні елементи, такі як магній, який в ідеалі слід видобувати одночасно для максимальної рентабельності. Ці складності означають, що промислове впровадження потребує часу та подальших досліджень.
Однак цей прорив є значним кроком у розблокуванні величезного, невикористаного ресурсу. Попит на РЗЕ буде лише зростати, і цей новий підхід дає «нове уявлення про механізми вивільнення РЗЕ та потенціал для оптимізації попередньої лужної обробки вугільних відходів для ефективного відновлення РЗЕ».
