מקור: AZO Mining

מהם יסודות אדמה נדירים והיכן הם נמצאים?

יסודות אדמה נדירים (REEs) מורכבים מ-17 יסודות מתכתיים, המורכבים מ-15 לנתנידים בטבלה המחזורית:

לנתן

צריום

פרסאודימיום

ניאודימיום

פרומתיום

סמריום

אירופיום

גדוליניום

טרביום

דיספרוזיום

הולמיום

ארביום

תוליום

איטרביום

אוטיום

סקנדיום

איטריום

רובם אינם נדירים כפי שמשתמע משם הקבוצה, אך נקראו בשמם במאות ה-18 וה-19, בהשוואה ליסודות "אדמה" נפוצים יותר כמו סיד ומגנזיה.

צריום הוא ה-REE הנפוץ ביותר ושופע יותר מנחושת או עופרת.

עם זאת, מבחינה גיאולוגית, שמן זית (REE) נמצא לעיתים רחוקות במרבצים מרוכזים, שכן תפרי פחם, למשל, מקשים על כרייתם מבחינה כלכלית.

הם נמצאים במקום זאת בארבעה סוגי סלע עיקריים לא שגרתיים; קרבונטיטים, שהם סלעים מגמטיים יוצאי דופן שמקורם במגמות עשירות בקרבונט, סביבות מגמטיות אלקליות, משקעי חרסית סופגת יונים, ומשקעי מקומות נושאי מונאזיט-קסנוטיים.

סין כורה 95% מיסודות אדמה נדירים כדי לספק את הביקוש לסגנון חיים היי-טק ואנרגיה מתחדשת

מאז סוף שנות ה-90, סין שלטה בייצור שמן צמחי, תוך ניצול מרבצי חרסית ספיגת יונים משלה, המכונים "חרסיות דרום סין".

זה חסכוני עבור סין לעשות זאת מכיוון שקל להפיק את מרבצי החימר באמצעות חומצות חלשות.

יסודות אדמה נדירים משמשים לכל מיני ציוד היי-טק, כולל מחשבים, נגני DVD, טלפונים סלולריים, תאורה, סיבים אופטיים, מצלמות ורמקולים, ואפילו ציוד צבאי, כגון מנועי סילון, מערכות הנחיית טילים, לוויינים ומערכות הגנה מפני טילים.

אחת המטרות של הסכם האקלים בפריז משנת 2015 היא להגביל את ההתחממות הגלובלית לרמות של מתחת ל-2 מעלות צלזיוס, רצוי 1.5 מעלות צלזיוס, ברמות שלפני התקופה התעשייתית. מצב זה הגביר את הביקוש לאנרגיה מתחדשת ולמכוניות חשמליות, הדורשות גם אנרגיה מתחדשת (REE) כדי לפעול.

בשנת 2010, סין הודיעה כי תצמצם את יצוא ה-REE כדי לעמוד בביקוש הגדל שלה, אך גם תשמור על מעמדה הדומיננטי באספקת ציוד היי-טק לשאר העולם.

סין נמצאת גם בעמדה כלכלית חזקה המאפשרת לה לשלוט באספקת האנרגיה המתחדשת (REE) הדרושה לאנרגיות מתחדשות כגון פאנלים סולאריים, טורבינות אנרגיית רוח ואנרגיית גאות ושפל, כמו גם כלי רכב חשמליים.

פרויקט לכידת יסודות אדמה נדירים של דשן פוספוגיגפסום

פוספוגיפסום הוא תוצר לוואי של דשן ומכיל יסודות רדיואקטיביים טבעיים כמו אורניום ותוריום. מסיבה זו, הוא מאוחסן ללא הגבלת זמן, עם סיכונים נלווים לזיהום קרקע, אוויר ומים.

לכן, חוקרים באוניברסיטת פן סטייט פיתחו גישה רב-שלבית המשתמשת בפפטידים מהונדסים, מחרוזות קצרות של חומצות אמינו שיכולות לזהות ולהפריד במדויק REEs באמצעות ממברנה שפותחה במיוחד.

מכיוון ששיטות ההפרדה המסורתיות אינן מספיקות, הפרויקט שואף לפתח טכניקות, חומרים ותהליכי הפרדה חדשים.

התכנון מובל על ידי מודלים חישוביים, שפותחו על ידי רייצ'ל גטמן, חוקרת ראשית ופרופסור חבר להנדסה כימית וביו-מולקולרית בקלמסון, יחד עם החוקרות כריסטין דובאל וג'ולי רנר, שפיתחו את המולקולות שייצמדו ל-REEs ספציפיים.

גרינלי יבחן את התנהגותם במים ויעריך את ההשפעה הסביבתית ואת הפוטנציאל הכלכלי השונה תחת מצבי תכנון ותפעול משתנים.

פרופסור להנדסה כימית, לורן גרינלי, טוענת כי: "כיום, כ-200,000 טונות של יסודות אדמה נדירים לכודים בפסולת גבס לא מעובדת בפלורידה לבדה."

הצוות מזהה כי תהליך המחזור המסורתי קשור למכשולים סביבתיים וכלכליים, לפיהם כיום הוא ממוחזר מחומרים מרוכבים, הדורשים שריפת דלקים מאובנים ודורשים עבודה רבה.

הפרויקט החדש יתמקד בהשבתם באופן בר-קיימא, וייתכן שייפתח בקנה מידה גדול יותר לטובת יתרונות סביבתיים וכלכליים.

אם הפרויקט יצליח, הוא עשוי גם להפחית את תלותה של ארה"ב בסין לאספקת יסודות אדמה נדירים.

מימון פרויקטים של הקרן הלאומית למדע

פרויקט REE של פן סטייט ממומן על ידי מענק לארבע שנים בסך 571,658 דולר, בסכום כולל של 1.7 מיליון דולר, והוא שיתוף פעולה עם אוניברסיטת קייס ווסטרן ריזרב ואוניברסיטת קלמסון.

דרכים חלופיות לשחזור יסודות אדמה נדירים

שחזור RRE מתבצע בדרך כלל באמצעות פעולות בקנה מידה קטן, בדרך כלל על ידי שטיפה ומיצוי ממסים.

למרות שמדובר בתהליך פשוט, שטיפה דורשת כמות גבוהה של ריאגנטים כימיים מסוכנים, ולכן אינה רצויה מבחינה מסחרית.

מיצוי ממסים היא טכניקה יעילה אך אינה יעילה במיוחד משום שהיא עתירת עבודה וגוזלת זמן.

דרך נפוצה נוספת להפקת פסולת אלקטרונית היא באמצעות כרייה חקלאית, המכונה גם כרייה אלקטרונית, הכוללת הובלת פסולת אלקטרונית, כגון מחשבים ישנים, טלפונים וטלוויזיות ממדינות שונות לסין לצורך הפקת פסולת אלקטרונית.

על פי תוכנית הסביבה של האו"ם, בשנת 2019 נוצרו למעלה מ-53 מיליון טון של פסולת אלקטרונית, מתוכם חומרי גלם בשווי של כ-57 מיליארד דולר המכילים חומצות אמינו (REE) ומתכות.

למרות שלעתים קרובות היא מוצגת כשיטה בת קיימא למחזור חומרים, היא לא חפה מבעיות משלה שעדיין יש להתגבר עליהן.

כרייה חקלאית דורשת הרבה שטח אחסון, מתקני מיחזור, הטמנת פסולת לאחר מיחזור REE, וכרוך בעלויות הובלה, הדורשות שריפת דלקים מאובנים.

לפרויקט של אוניברסיטת פן סטייט יש פוטנציאל להתגבר על חלק מהבעיות הקשורות בשיטות מסורתיות להשבת חומרי גלם רכים (REE) אם הוא יצליח לעמוד ביעדים הסביבתיים והכלכליים שלו.

---

זמן פרסום: 04 יולי 2022