zdroj: AZO Mining

Co jsou prvky vzácných zemin a kde se nacházejí?

Prvky vzácných zemin (REE) zahrnují 17 kovových prvků, které se v periodické tabulce skládají z 15 lanthanoidů:

Lanthan

Cer

Praseodym

Neodym

Promethium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Thulium

Ytterbium

Utecium

Skandium

Yttrium

Většina z nich není tak vzácná, jak název skupiny napovídá, ale byly pojmenovány v 18. a 19. století, ve srovnání s jinými běžnějšími „zemními“ prvky, jako je vápno a hořčík.

Cer je nejběžnějším elementem vzácných rostlin a je hojnější než měď nebo olovo.

Z geologického hlediska se však kovy vzácných zemin (REE) v koncentrovaných ložiskách vyskytují jen zřídka, protože například uhelné sloje ztěžují jejich těžbu.

Místo toho se nacházejí ve čtyřech hlavních neobvyklých typech hornin; karbonatitech, což jsou neobvyklé vyvřelé horniny odvozené z magmat bohatých na uhličitany, alkalických vyvřelých prostředích, jílových ložiscích absorbujících ionty a rýžových ložiscích s nosiči monazitu a xenotimu.

Čína těží 95 % prvků vzácných zemin, aby uspokojila poptávku po hi-tech životním stylu a obnovitelných zdrojích energie

Od konce 90. let 20. století dominuje v produkci prvků vzácných zemí Čína a využívá svá vlastní ložiska iontově absorpčního jílu, známá jako „jihočínské jíly“.

Pro Čínu je to ekonomické, protože z jílových ložisek se snadno získají prvky vzácných zemin (REE) za použití slabých kyselin.

Prvky vzácných zemin se používají pro nejrůznější hi-tech zařízení, včetně počítačů, DVD přehrávačů, mobilních telefonů, osvětlení, optických vláken, kamer a reproduktorů, a dokonce i pro vojenské vybavení, jako jsou proudové motory, systémy navádění raket, satelity a protiraketová obrana.

Cílem Pařížské dohody o klimatu z roku 2015 je omezit globální oteplování na méně než 2 °C, nejlépe 1,5 °C, oproti úrovni z doby před průmyslovou revolucí. To zvýšilo poptávku po obnovitelných zdrojích energie a elektromobilech, které k provozu rovněž vyžadují zdroje energie z obnovitelných zdrojů.

V roce 2010 Čína oznámila, že sníží vývoz kovů vzácných rostlin (REE), aby uspokojila svou rostoucí poptávku, ale zároveň si udrží dominantní postavení v dodávkách high-tech zařízení do zbytku světa.

Čína má také silnou ekonomickou pozici, která jí umožňuje kontrolovat dodávky vzácných kovů (REE) potřebných pro obnovitelné zdroje energie, jako jsou solární panely, větrné a přílivové turbíny, a také pro elektromobily.

Projekt zachycování prvků vzácných zemin s využitím fosfosádrového hnojiva

Fosfosádrovec je vedlejší produkt hnojiv a obsahuje přirozeně se vyskytující radioaktivní prvky, jako je uran a thorium. Z tohoto důvodu se skladuje na dobu neurčitou, což je spojeno s rizikem znečištění půdy, ovzduší a vody.

Vědci z Pensylvánské státní univerzity proto vyvinuli vícestupňový přístup s využitím geneticky modifikovaných peptidů, krátkých řetězců aminokyselin, které dokáží přesně identifikovat a oddělit sloučeniny vzácných rostlin (REE) pomocí speciálně vyvinuté membrány.

Vzhledem k tomu, že tradiční separační metody jsou nedostatečné, projekt si klade za cíl navrhnout nové separační techniky, materiály a procesy.

Návrh je veden výpočetním modelováním, které vyvinula Rachel Getmanová, hlavní výzkumnice a docentka chemického a biomolekulárního inženýrství na Clemsonu, spolu s výzkumnicemi Christine Duvalovou a Julie Rennerovou, které vyvíjejí molekuly, jež se budou vázat na specifické ethanolové sloučeniny (REE).

Greenlee se podívá na to, jak se chovají ve vodě, a posoudí dopad na životní prostředí a různé ekonomické potenciály za proměnlivých konstrukčních a provozních situací.

Profesorka chemického inženýrství Lauren Greenleeová tvrdí, že „dnes je jen na Floridě v nezpracovaném fosfosádrovcovém odpadu zachyceno odhadem 200 000 tun prvků vzácných zemin.“

Tým zjistil, že tradiční získávání je spojeno s environmentálními a ekonomickými překážkami, přičemž v současnosti se získává z kompozitních materiálů, což vyžaduje spalování fosilních paliv a je pracné.

Nový projekt se zaměří na jejich udržitelné získávání a mohl by být rozvinut ve větším měřítku s ohledem na životní prostředí a ekonomiku.

Pokud bude projekt úspěšný, mohl by také snížit závislost USA na Číně v oblasti dodávek prvků vzácných zemin.

Financování projektů Národní vědecké nadace

Projekt Penn State REE je financován čtyřletým grantem ve výši 571 658 dolarů, celkem 1,7 milionu dolarů, a je výsledkem spolupráce s Case Western Reserve University a Clemson University.

Alternativní způsoby získávání prvků vzácných zemin

Získávání RRE se obvykle provádí v malém měřítku, obvykle loužením a extrakcí rozpouštědlem.

Přestože se jedná o jednoduchý proces, loužení vyžaduje velké množství nebezpečných chemických činidel, takže je komerčně nežádoucí.

Extrakce rozpouštědlem je účinná technika, ale není příliš účinná, protože je pracná a časově náročná.

Dalším běžným způsobem získávání prvků vzácných zemí je agrotěžba, známá také jako elektronická těžba, která zahrnuje přepravu elektronického odpadu, jako jsou staré počítače, telefony a televize, z různých zemí do Číny za účelem extrakce prvků vzácných zemí.

Podle Programu OSN pro životní prostředí bylo v roce 2019 vyprodukováno přes 53 milionů tun elektronického odpadu, přičemž suroviny obsahovaly vzácné zeminy (REE) a kovy v hodnotě přibližně 57 miliard dolarů.

Ačkoli je často propagována jako udržitelná metoda recyklace materiálů, není bez problémů, které je stále třeba překonat.

Těžba v zemědělství vyžaduje mnoho skladovacích prostor, recyklační závody, skládkování odpadu po získání vzácných rostlin a zahrnuje náklady na dopravu, které vyžadují spalování fosilních paliv.

Projekt Penn State University má potenciál překonat některé problémy spojené s tradičními metodami získávání vzácných kovů (REE), pokud dokáže splnit své vlastní environmentální a ekonomické cíle.

---

Čas zveřejnění: 4. července 2022