Новости

Oct 23, 2023

Как наука может облегчить переработку редкоземельных элементов

Переработка редкоземельных элементов из существующих высокотехнологичных продуктов, таких как жесткий диск.

Переработка редкоземельных элементов из существующих высокотехнологичных продуктов, таких как жесткие диски, может помочь удовлетворить спрос на эти ценные металлы.

ЙОРГ ГРЕЙЛ/PHOTODISC/GETTY IMAGES PLUS

Эрин Уэйман

20 января 2023 г., 8:00

Наша современная жизнь зависит от редкоземельных элементов, и когда-нибудь вскоре нам может не хватить их в достаточном количестве для удовлетворения растущего спроса.

Благодаря своим особым свойствам эти 17 металлических элементов являются важнейшими ингредиентами компьютерных экранов, сотовых телефонов и другой электроники, компактных люминесцентных ламп, устройств медицинской визуализации, лазеров, волоконной оптики, пигментов, полировальных порошков, промышленных катализаторов — список можно продолжать и продолжать. (SN Online: 16.01.23). В частности, редкоземельные элементы являются неотъемлемой частью мощных магнитов и аккумуляторных батарей в электромобилях, а также технологий возобновляемой энергетики, необходимых для того, чтобы привести мир к низко- или нулевому углеродному будущему.

В 2021 году в мире было добыто 280 000 тонн редкоземельных металлов — примерно в 32 раза больше, чем было добыто в середине 1950-х годов. И спрос будет только увеличиваться. По оценкам экспертов, к 2040 году нам понадобится в семь раз больше редкоземельных элементов, чем сегодня.

Удовлетворить этот аппетит будет непросто. Редкоземельные элементы в концентрированных месторождениях не встречаются. Шахтерам приходится добывать огромное количество руды, подвергать ее физическим и химическим процессам, чтобы сконцентрировать редкоземельные элементы, а затем отделять их. Преобразование является энергоемким и грязным, требует использования токсичных химикатов и часто приводит к образованию небольшого количества радиоактивных отходов, которые необходимо безопасно утилизировать. Еще одной проблемой является доступ: Китай обладает почти монополией как на добычу, так и на переработку; В Соединенных Штатах имеется только одна действующая мина (SN Online: 01.01.23).

Для большинства задач, которые выполняют редкоземельные элементы, нет хороших заменителей. Поэтому, чтобы помочь удовлетворить будущий спрос и диверсифицировать тех, кто контролирует поставки – и, возможно, даже сделать добычу редкоземельных элементов «более экологичной» – исследователи ищут альтернативы традиционной добыче полезных ископаемых.

Предложения включают в себя все: от извлечения металлов из угольных отходов до действительно необычных идей, таких как добыча полезных ископаемых на Луне. Но подход, который, скорее всего, принесет немедленную пользу, — это переработка отходов. «Переработка будет играть очень важную и центральную роль», — говорит Икенна Нлебедим, ученый-материаловед из Национальной лаборатории Эймса в Айове и Института критических материалов Министерства энергетики. «Это не значит, что мы собираемся решить проблему критически важных материалов, перерабатывая их».

Тем не менее, по некоторым оценкам, на рынке редкоземельных магнитов, например, примерно через 10 лет переработка может удовлетворить до четверти спроса на редкоземельные металлы. «Это огромно», — говорит он.

Но прежде чем редкоземельные элементы в старом ноутбуке можно будет перерабатывать так же регулярно, как алюминий в пустой банке из-под газировки, необходимо преодолеть технологические, экономические и логистические препятствия.

Переработка кажется очевидным способом получить больше редкоземельных элементов. В США и Европе стандартной практикой является переработка от 15 до 70 процентов других металлов, таких как железо, медь, алюминий, никель и олово. Однако сегодня лишь около 1 процента редкоземельных элементов в старых продуктах перерабатывается, говорит Саймон Джоуитт, экономический геолог из Университета Невады в Лас-Вегасе.

«Медная проводка может быть переработана в большее количество медной проводки. Сталь можно просто переработать в большее количество стали», — говорит он. Но многие редкоземельные продукты «по своей сути не очень пригодны для вторичной переработки».

Эта схема обеспечит ценные редкоземельные металлы и поможет очистить грязное наследие угледобычи.

Редкоземельные элементы часто смешиваются с другими металлами в сенсорных экранах и аналогичных продуктах, что затрудняет их удаление. В некотором смысле переработка редкоземельных элементов из выброшенных предметов напоминает задачу их извлечения из руды и отделения друг от друга. Традиционные методы переработки редкоземельных элементов также требуют использования опасных химикатов, таких как соляная кислота, а также большого количества тепла и, следовательно, большого количества энергии. Помимо воздействия на окружающую среду, стоимость восстановления может не оправдать затраченных усилий, учитывая небольшой выход редкоземельных элементов. Например, жесткий диск может содержать всего несколько граммов; некоторые продукты содержат всего лишь миллиграммы.