kilde: AZO Mining

Hva er sjeldne jordartsmetaller, og hvor finnes de?

Sjeldne jordartsmetaller (REE) består av 17 metalliske elementer, som er bygd opp av 15 lantanider i periodesystemet:

Lantan

Cerium

Praseodym

Neodym

Prometium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Tulium

Ytterbium

Utetium

Skandium

Yttrium

De fleste av dem er ikke så sjeldne som gruppenavnet antyder, men ble navngitt på 1700- og 1800-tallet, sammenlignet med andre mer vanlige jordelementer som kalk og magnesia.

Cerium er den vanligste REE-en og mer rikelig enn kobber eller bly.

Geologisk sett finnes imidlertid sjelden bestemte metaller i konsentrerte forekomster, ettersom kullsømmer for eksempel gjør dem økonomisk vanskelige å utvinne.

De finnes i stedet i fire uvanlige bergarter; karbonatitter, som er uvanlige magmatiske bergarter avledet fra karbonatrike magmaer, alkaliske magmatiske omgivelser, ionabsorberende leireforekomster og monazitt-xenotimbærer-placerforekomster.

Kina utvinner 95 % av sjeldne jordartsmetaller for å tilfredsstille etterspørselen etter høyteknologiske livsstiler og fornybar energi.

Siden slutten av 1990-tallet har Kina dominert produksjonen av REE, ved å bruke sine egne ioneabsorberende leireforekomster, kjent som «Sør-Kina-leirer».

Det er økonomisk for Kina å gjøre det fordi leirforekomstene er enkle å utvinne REE fra ved hjelp av svake syrer.

Sjeldne jordartsmetaller brukes til alle slags høyteknologisk utstyr, inkludert datamaskiner, DVD-spillere, mobiltelefoner, belysning, fiberoptikk, kameraer og høyttalere, og til og med militært utstyr, som jetmotorer, missilstyringssystemer, satellitter og antimissilforsvar.

Et mål i Parisavtalen fra 2015 er å begrense global oppvarming til under 2 °C, helst 1,5 °C, førindustrielt nivå. Dette har økt etterspørselen etter fornybar energi og elbiler, som også krever nukleære energikilder for å fungere.

I 2010 kunngjorde Kina at de ville redusere eksporten av REE-materialer for å møte sin egen økte etterspørsel, men også opprettholde sin dominerende posisjon for å levere høyteknologisk utstyr til resten av verden.

Kina er også i en sterk økonomisk posisjon til å kontrollere tilgangen på fornybare energikilder som trengs til fornybar energi, som solcellepaneler, vind- og tidevannsturbiner, samt elektriske kjøretøy.

Fosfogypsumgjødsel Prosjekt for fangst av sjeldne jordartsmetaller

Fosfogips er et biprodukt av gjødsel og inneholder naturlig forekommende radioaktive elementer som uran og thorium. Av denne grunn lagres det på ubestemt tid, med tilhørende risiko for forurensning av jord, luft og vann.

Derfor har forskere ved Penn State University utviklet en flertrinnsmetode som bruker konstruerte peptider, korte strenger av aminosyrer som nøyaktig kan identifisere og separere REE-er ved hjelp av en spesialutviklet membran.

Ettersom tradisjonelle separasjonsmetoder er utilstrekkelige, tar prosjektet sikte på å utvikle nye separasjonsteknikker, materialer og prosesser.

Designet ledes av beregningsmodellering, utviklet av Rachel Getman, hovedforsker og førsteamanuensis i kjemisk og biomolekylærteknikk ved Clemson, med forskerne Christine Duval og Julie Renner, som utvikler molekylene som vil feste seg til spesifikke REE-er.

Greenlee vil se på hvordan de oppfører seg i vann og vil vurdere miljøpåvirkningen og ulike økonomiske potensialer under varierende design- og driftssituasjoner.

Lauren Greenlee, professor i kjemiteknikk, hevder at: «i dag er anslagsvis 200 000 tonn sjeldne jordartsmetaller fanget i ubearbeidet fosforgipsavfall bare i Florida.»

Teamet identifiserer at tradisjonell utvinning er forbundet med miljømessige og økonomiske barrierer, der de i dag utvinnes fra komposittmaterialer, som krever forbrenning av fossilt brensel og er arbeidsintensivt.

Det nye prosjektet vil fokusere på å gjenvinne dem på en bærekraftig måte, og kan bli rullet ut i større skala for miljømessige og økonomiske fordeler.

Hvis prosjektet lykkes, kan det også redusere USAs avhengighet av Kina for å levere sjeldne jordartsmetaller.

Finansiering av prosjekter fra National Science Foundation

Penn State REE-prosjektet er finansiert av et fireårig tilskudd på 571 658 dollar, totalt 1,7 millioner dollar, og er et samarbeid med Case Western Reserve University og Clemson University.

Alternative måter å gjenvinne sjeldne jordartsmetaller på

RRE-utvinning utføres vanligvis ved hjelp av småskalaoperasjoner, vanligvis ved utvasking og løsemiddelekstraksjon.

Selv om det er en enkel prosess, krever utvasking en høy mengde farlige kjemiske reagenser, så det er uønsket kommersielt.

Løsemiddelekstraksjon er en effektiv teknikk, men er ikke veldig effektiv fordi den er arbeidsintensiv og tidkrevende.

En annen vanlig måte å utvinne REE-er på er gjennom agromining, også kjent som e-mining, som innebærer transport av elektronisk avfall, som gamle datamaskiner, telefoner og TV-er fra forskjellige land til Kina for REE-utvinning.

Ifølge FNs miljøprogram ble det generert over 53 millioner tonn e-avfall i 2019, hvorav rundt 57 milliarder dollar i råmaterialer som inneholdt REE og metaller.

Selv om den ofte blir omtalt som en bærekraftig metode for resirkulering av materialer, er den ikke uten sine egne problemer som fortsatt må overvinnes.

Jordbruksdrift krever mye lagringsplass, resirkuleringsanlegg, deponiavfall etter gjenvinning av REE, og innebærer transportkostnader, som krever forbrenning av fossilt brensel.

Penn State University-prosjektet har potensial til å overvinne noen av problemene knyttet til tradisjonelle metoder for utvinning av REE-avfall hvis det kan oppfylle sine egne miljømessige og økonomiske mål.

---

Publisert: 04.07.2022