استخراج عناصر کمیاب خاک با ابداع روش محیط زیستی

یک گروه چینی روشی به نام استخراج الکتروجنبشی را توسعه داده‌اند که از جریان‌های الکتریکی برای آزادسازی عناصر نادر خاکی استفاده می کند و نیاز به مواد شیمیایی آلاینده را به شدت کاهش می‌دهد.

به گزارش تکناک، ماشین‌های الکتریکی، توربین‌های بادی و روشنایی LED همگی به تمیز نگه داشتن محیط کمک می‌کنند، اما ساختن آنها می‌تواند یک تجارت کثیف باشد.

آهنرباهای با کارایی بالا در موتورها و ژنراتورها و فسفرهای درخشان در ال ای دی ها و صفحه های تخت همگی به موادی به نام عناصر خاکی کمیاب (REE) بستگی دارند و گرفتن عناصر REE از ذخایر رسی که بسیاری در آنها یافت می شود، نیازمند عوامل شستشو دهنده است که خاک و آب های زیرزمینی را آلوده می کند.

اکنون یک گروه چینی رویکردی به نام استخراج الکتروجنبشی را توسعه داده‌اند و روی ده ها تن خاک آزمایش کرده‌اند که بر جریان‌های الکتریکی برای آزادسازی عناصر نادر خاکی تکیه دارد و نیاز به مواد شیمیایی آلاینده را به شدت کاهش می‌دهد.

انوک بورست،زمین شناس در KU Leuven، می گوید: این استراتژی که این هفته در Nature Sustainability توضیح داده شد، می تواند تغییر دهنده بازی باشد، مشروط بر اینکه در مقیاس بزرگ امکان پذیر باشد.”

علیرغم نامشان، عناصر REE در پوسته زمین نسبتاً فراوان هستند. اما یافتن ذخائری که برای معدن مقرون به صرفه باشند، سخت است. عناصر REE سنگین ( آنهایی که دارای اعداد اتمی بالا هستند، از جمله دیسپروزیم، ایتریم و تربیوم ) معمولاً از توده‌های خاک رس تشکیل شده در طی چندین دوره هوازدگی سنگ‌های آذرین مانند گرانیت استخراج می‌شوند.

در این رسوبات «جذب یونی»، عناصر به سطح ذرات رس جذب شده یا چسبیده اند. آنها معمولاً با پمپ کردن مقادیر زیادی سولفات آمونیوم یا محلول مشابه در زمین استخراج می شوند. شیرابه عناصر REE را از خاک رس بیرون می کشد و به سنگ بستر نفوذ می دهد و در آنجا برای پردازش جمع آوری می شود.

همه چیزهایی که می توانند آب و خاک را آلوده کنند، به همراه فرایندی که پاراگراف های بالا ذکر شد باعث تخریب بخش های بزرگی از زمین می شود.  تقریباً 80 درصد از منابع REE سنگین جهان از ذخایر جذب یونی در جنوب چین و بخش‌های مجاور میانمار تأمین می‌شود، جایی که مقررات زیست‌محیطی ضعیف اجرا می‌شود و استخراج غیرقانونی معدن رایج است. (REE های سبک – سریم، نئودیمیم و پرازئودیمیم – معمولاً در سنگ سخت یافت می شوند و به روشی متفاوت استخراج می شوند.)

گائوفنگ وانگ (Gaofeng Wang) از موسسه ژئوشیمی گوانگژو آکادمی علوم چین (GIG) و همکارانش فکر کردند که فناوری الکتروجنبشی ممکن است جایگزین تمیزتری باشد.

روشی که در آن الکترودهایی در بالا و پایین حجمی از خاک، میدان الکتریکی را القا می‌کنند و حرکت عامل شستشو و یون‌هایی را که استخراج می‌کند سرعت می‌بخشند، در حال حاضر در اصلاح خاک استفاده می‌شود و برای استخراج مس و طلا پیشنهاد شده است.

ریکاردو اسپروکاتی (Riccardo Sprocati)  متخصص این فناوری در دانشگاه فنی دانمارک، می‌گوید: «این یک پتانسیل واقعی برای پیشی گرفتن از تکنیک‌های استخراج سنتی از نظر کارایی، اثرات زیست‌محیطی و اقتصادی است».

تیم چینی با یک آزمایش روی نیمکت شروع کردند، سپس تا 20 کیلوگرم ماده را مقیاس کردند و در نهایت به آزمایش میدانی در یک رسوب واقعی جذب یون رفتند و این تکنیک را روی یک قطعه خاک رس 14 تنی امتحان کردند. این روش درصد بیشتری از عناصر REE را سریعتر از لیچینگ معمولی استخراج کرد و به سولفات آمونیوم کمتری نیاز داشت. همچنین خاک تمیز بیشتری به جا گذاشت  و باعث کاهش عناصر آلوده در شیرابه شد که می‌تواند پروسه استخراج را ساده‌تر کند. این تیم همچنین محاسبه می کند که این فرآیند می تواند هزینه های استخراج را تا حدود دو سوم کاهش دهد.

گرت هچ  (Gareth Hatch) کارشناس خاک‌های کمیاب در Strategic Materials Advisory، یک شرکت مشاوره در منچستر، انگلستان، خاطرنشان می‌کند که آیا این تکنیک می‌تواند بزرگ‌تر شود یا خیر؟ هنوز مشخص نیست.

هانگپینگ هی ژئوشیمیدان، مدیر GIG و یکی از نویسندگان مقاله، می گوید: آزمایش بعدی این گروه شامل حدود 2000 تن خاک خواهد بود، جایی که آنها سعی خواهند کرد “شرایط عملیاتی را بهینه کنند.” او می گوید که آنها سایت را به بخش هایی تقسیم می کنند تا جریان الکتریکی و ولتاژ را به اندازه کافی پایین نگه دارند تا از آسیب رساندن به خاک، پوشش گیاهی یا جانوران اطراف جلوگیری کنند. آنها با یک تامین کننده اصلی خاک کمیاب به توافق رسیده اند تا این فرآیند را در مقیاسی بزرگتر آزمایش کنند.

هنینگ پرومر مهندس محیط زیست در دانشگاه استرالیای غربی، که گروهش بر روی استفاده از روش استخراج الکتروجنبشی در طلا و مس کار کرده است، می‌گوید: همانند سایر روش‌های استخراج، همچنان بر محیط‌زیست تأثیر می‌گذارد. اما، او می‌گوید: با توجه به نقش مهمی که REE در جاه‌طلبی‌های ما برای زیرساخت انرژی‌های تجدیدپذیر ایفا می‌کند، هر گونه کاهش در اثرات زیست‌محیطی استخراج معدن میتواند مورد استقبال قرار می‌گیرد.