Källa: AZO Mining

Vad är sällsynta jordartsmetaller och var finns de?

Sällsynta jordartsmetaller (REE) består av 17 metalliska element, uppbyggda av 15 lantanider i det periodiska systemet:

Lantan

Cerium

Praseodym

Neodym

Prometium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Tulium

Ytterbium

Utetium

Skandium

Yttrium

De flesta av dem är inte så sällsynta som gruppnamnet antyder men namngavs under 1700- och 1800-talen, i jämförelse med andra vanligare "jord"-element som kalk och magnesia.

Cerium är den vanligaste REE-föreningen och mer riklig än koppar eller bly.

Geologiskt sett finns dock sjældent speciella mineraler i koncentrerade fyndigheter, eftersom kolsömmar, till exempel, gör dem ekonomiskt svåra att bryta.

De finns istället i fyra huvudsakliga ovanliga bergarter; karbonatiter, som är ovanliga magmatiska bergarter som härrör från karbonatrika magmor, alkaliska magmatiska miljöer, jonabsorberande leraavlagringar och monazit-xenotimbärande placeringsavlagringar.

Kina utvinner 95 % av sina sällsynta jordartsmetaller för att tillgodose efterfrågan på högteknologiska livsstilar och förnybar energi.

Sedan slutet av 1990-talet har Kina dominerat produktionen av rymdelektroner, med hjälp av sina egna jonabsorptionslera, känd som "Sydkinas leror".

Det är ekonomiskt för Kina att göra eftersom lerfyndigheterna är enkla att utvinna begränsade mängder mineral från med hjälp av svaga syror.

Sällsynta jordartsmetaller används för alla typer av högteknologisk utrustning, inklusive datorer, DVD-spelare, mobiltelefoner, belysning, fiberoptik, kameror och högtalare, och till och med militär utrustning, såsom jetmotorer, missilstyrningssystem, satelliter och antimissilförsvar.

Ett mål i Parisavtalet om klimatförändringar från 2015 är att begränsa den globala uppvärmningen till under 2 °C, helst 1,5 °C, förindustriella nivåer. Detta har ökat efterfrågan på förnybar energi och elbilar, vilket också kräver elektricitet som är baserad på förnybara energikällor för att fungera.

År 2010 meddelade Kina att man skulle minska exporten av rymdmetaller (REE) för att möta sin egen ökade efterfrågan, men också behålla sin dominerande position när det gäller att leverera högteknologisk utrustning till resten av världen.

Kina har också en stark ekonomisk position för att kontrollera tillgången på förnybara energikällor som behövs för förnybar energi såsom solpaneler, vind- och tidvattenkraftsturbiner samt elfordon.

Fosfogipsgödselmedel Projekt för insamling av sällsynta jordartsmetaller

Fosfogips är en biprodukt av gödningsmedel och innehåller naturligt förekommande radioaktiva ämnen som uran och torium. Av denna anledning lagras det på obestämd tid, med tillhörande risker för förorening av jord, luft och vatten.

Därför har forskare vid Penn State University utformat en flerstegsmetod med hjälp av konstruerade peptider, korta strängar av aminosyror som exakt kan identifiera och separera REE med hjälp av ett specialutvecklat membran.

Eftersom traditionella separationsmetoder är otillräckliga syftar projektet till att utveckla nya separationstekniker, material och processer.

Designen leds av beräkningsmodellering, utvecklad av Rachel Getman, huvudforskare och docent i kemisk och biomolekylär teknik vid Clemson, med forskarna Christine Duval och Julie Renner, som utvecklar de molekyler som kommer att fästa sig vid specifika REE.

Greenlee kommer att undersöka hur de beter sig i vatten och bedöma miljöpåverkan och olika ekonomiska potentialer under varierande design- och driftssituationer.

Lauren Greenlee, professor i kemiteknik, hävdar att: ”idag finns uppskattningsvis 200 000 ton sällsynta jordartsmetaller fångade i obearbetat fosforgipsavfall enbart i Florida.”

Teamet identifierar att traditionell återvinning är förknippad med miljömässiga och ekonomiska hinder, varigenom de för närvarande utvinns från kompositmaterial, vilket kräver förbränning av fossila bränslen och är arbetsintensivt.

Det nya projektet kommer att fokusera på att återvinna dem på ett hållbart sätt och kan komma att lanseras i större skala för miljömässiga och ekonomiska fördelar.

Om projektet lyckas kan det också minska USA:s beroende av Kina för att tillhandahålla sällsynta jordartsmetaller.

Nationella vetenskapsstiftelsens projektfinansiering

Penn State REE-projektet finansieras av ett fyraårigt anslag på 571 658 dollar, totalt 1,7 miljoner dollar, och är ett samarbete med Case Western Reserve University och Clemson University.

Alternativa sätt att återvinna sällsynta jordartsmetaller

RRE-återvinning utförs vanligtvis i småskaliga operationer, vanligtvis genom urlakning och lösningsmedelsextraktion.

Även om en enkel process kräver urlakning en hög mängd farliga kemiska reagenser, så den är kommersiellt oönskad.

Lösningsmedelsextraktion är en effektiv teknik men är inte särskilt effektiv eftersom den är arbetsintensiv och tidskrävande.

Ett annat vanligt sätt att återvinna REE-ämnen är genom agromining, även känt som e-mining, vilket innebär transport av elektroniskt avfall, såsom gamla datorer, telefoner och tv-apparater från olika länder till Kina för REE-utvinning.

Enligt FN:s miljöprogram genererades över 53 miljoner ton e-avfall under 2019, varav cirka 57 miljarder dollar i råmaterial innehållande rymdelektroner och metaller.

Även om det ofta framhålls som en hållbar metod för att återvinna material, är det inte utan sina egna problem som fortfarande måste övervinnas.

Jordbruksbrytning kräver mycket lagringsutrymme, återvinningsanläggningar, deponiavfall efter återvinning av REE och medför transportkostnader, vilket innebär förbränning av fossila bränslen.

Penn State University-projektet har potential att övervinna några av problemen som är förknippade med traditionella metoder för återvinning av REE om det kan uppfylla sina egna miljömässiga och ekonomiska mål.

---

Publiceringstid: 4 juli 2022