Нові джерела рідкісноземельних елементів

Дослідники виявили можливе нове джерело рідкісноземельних елементів – відходи фосфатних порід – екологічно безпечний спосіб їх виведення.

Такий підхід може принести користь технології екологічно чистої енергії , на думку дослідників в Університеті Рутгерса-Нью – Брансвік і інших членів критичних матеріалів Інституту зусиль Департаменту енергетики США , спрямованої на зміцнення ланцюжків поставок американських матеріалів , важливих для чистої енергії.

Рідкоземельні елементи, такі як неодим і диспрозіум, необхідні для таких технологій, як сонячної та вітрової енергетики та сучасних транспортних засобів, поряд із сучасною електронікою, такою як смартфони. Але дефіцит виробництва рідкоземельних елементів у Сполучених Штатах ставить під загрозу нашу енергетичну безпеку. Китай виробляє приблизно 90 відсотків усіх таких елементів.

Вилучення їх з фосфогіпсу – відходів виробництва фосфорної кислоти – є потенційним рішенням. Щороку приблизно 250 мільйонів тонн фосфатних порід видобувається для отримання фосфорної кислоти для добрив. У 2017 році США видобули приблизно 28 мільйонів метричних тонн. Рідкоземельні елементи в фосфатній породі зазвичай становлять менше 0,1 відсотка. Але у всьому світі близько 100 000 тонн цих елементів на рік потрапляє у фосфогіпсові відходи. Це майже стільки, скільки приблизно 126 000 тонн рідкісноземельних оксидів, що виробляються у світі щороку.

Звичайні методи вилучення рідкоземельних елементів з руд генерують мільйони тонн токсичних та кислих забруднювачів. Але замість того, щоб використовувати агресивні хімічні речовини для вилучення елементів, інший метод може використовувати органічні кислоти, що виробляються бактеріями, зазначають Пол Дж. Антонік і Чжичао Ху, співавтори дослідження. Вони є членами команди з термодинаміки під керівництвом старшого автора Річарда Е. Рімана, заслуженого професора кафедри матеріалознавства та техніки Інженерної школи Рутгерса.

Дослідницька група дослідила використання мінеральних та органічних кислот , включаючи біокислотну суміш, для вилучення шести рідкісноземельних елементів (ітрію, церію, неодиму, самарію, європію та іттербію) із синтетичного фосфогіпсу. Вчені під керівництвом Девіда Рід з Національної лабораторії Айдахо одержали біокислотну суміш, що складається переважно з глюконової кислоти, природно міститься в фруктах та меді, шляхом вирощування бактерій Gluconobacter oxydans на глюкозі. Результати свідчать про те, що біокислота краще видобувала рідкісноземельні елементи, ніж чиста глюконова кислота при однаковому рН (2,1) або ступені кислотності. Мінеральні кислоти (сірчана та фосфорна) не змогли витягти жодних рідкісноземельних елементів за цим сценарієм. Коли чотири кислоти випробовували з однаковою концентрацією, лише сірчана кислота була більш ефективною, ніж біокислота.

Наступним кроком буде випробування біокислот на промисловому фосфогіпсі та інших відходах, що утворюються під час виробництва фосфорної кислоти, які також містять рідкісноземельні елементи. Для свого початкового дослідження дослідники оцінили фосфогіпс, виготовлений в лабораторії, щоб вони могли легко контролювати його склад. Промислові зразки складніші.

Зазначемо, що в Україні також є значні техногенні родовища фосфогіпсу і вивчаються методи їхнього використання, зокрема і для видобування рідкісноземельних елементів.