nguồn: AZO Mining

Nguyên tố đất hiếm là gì và chúng được tìm thấy ở đâu?

Các nguyên tố đất hiếm (REE) bao gồm 17 nguyên tố kim loại, tạo thành từ 15 nguyên tố nhóm Lantan trong bảng tuần hoàn:

Lantan

Xeri

Praseodymium

Neodymium

Promethi

Samari

Europium

Gadolini

Terbi

Dysprosium

Holmium

Erbi

Thulium

Ytterbi

Utetium

Scandi

Ytri

Hầu hết chúng không hiếm như tên nhóm gợi ý nhưng được đặt tên vào thế kỷ 18 và 19, khi so sánh với các nguyên tố 'đất' phổ biến khác như vôi và magie.

Xeri là nguyên tố đất hiếm phổ biến nhất và dồi dào hơn đồng hoặc chì.

Tuy nhiên, xét về mặt địa chất, REE hiếm khi được tìm thấy trong các mỏ tập trung vì các vỉa than khiến việc khai thác chúng trở nên khó khăn về mặt kinh tế.

Thay vào đó, chúng được tìm thấy trong bốn loại đá chính không phổ biến; đá cacbonat, là loại đá mácma không phổ biến có nguồn gốc từ macma giàu cacbonat, môi trường mácma kiềm, các mỏ đất sét hấp thụ ion và các mỏ sa khoáng chứa monazit-xenotime.

Trung Quốc khai thác 95% nguyên tố đất hiếm để đáp ứng nhu cầu về lối sống công nghệ cao và năng lượng tái tạo

Kể từ cuối những năm 1990, Trung Quốc đã thống trị sản xuất REE bằng cách sử dụng các mỏ đất sét hấp thụ ion của riêng mình, được gọi là 'Đất sét Nam Trung Quốc'.

Trung Quốc có thể thực hiện phương pháp này vì các mỏ đất sét rất dễ chiết xuất REE bằng cách sử dụng axit yếu.

Các nguyên tố đất hiếm được sử dụng cho tất cả các loại thiết bị công nghệ cao, bao gồm máy tính, đầu đĩa DVD, điện thoại di động, đèn chiếu sáng, sợi quang, máy ảnh và loa, thậm chí cả thiết bị quân sự, chẳng hạn như động cơ phản lực, hệ thống dẫn đường tên lửa, vệ tinh và phòng thủ tên lửa.

Mục tiêu của Thỏa thuận Khí hậu Paris năm 2015 là hạn chế sự nóng lên toàn cầu xuống dưới 2˚C, tốt nhất là 1,5˚C, mức trước thời kỳ công nghiệp. Điều này đã làm tăng nhu cầu về năng lượng tái tạo và ô tô điện, vốn cũng cần REE để hoạt động.

Năm 2010, Trung Quốc tuyên bố sẽ giảm xuất khẩu REE để đáp ứng nhu cầu tăng cao của nước này, nhưng vẫn duy trì vị thế thống lĩnh trong việc cung cấp thiết bị công nghệ cao cho phần còn lại của thế giới.

Trung Quốc cũng có vị thế kinh tế mạnh mẽ để kiểm soát nguồn cung cấp REE cần thiết cho các nguồn năng lượng tái tạo như tấm pin mặt trời, tua bin gió, thủy triều cũng như xe điện.

Dự án thu thập các nguyên tố đất hiếm từ phân bón phosphogypsum

Thạch cao phốt pho là sản phẩm phụ của phân bón và chứa các nguyên tố phóng xạ tự nhiên như urani và thori. Vì lý do này, nó được lưu trữ vô thời hạn, với các rủi ro liên quan đến ô nhiễm đất, không khí và nước.

Do đó, các nhà nghiên cứu tại Đại học Penn State đã đưa ra một phương pháp tiếp cận nhiều giai đoạn sử dụng các peptide được thiết kế, chuỗi axit amin ngắn có thể xác định và tách chính xác REE bằng màng được thiết kế đặc biệt.

Do các phương pháp phân tách truyền thống không còn hiệu quả nên dự án này hướng tới mục tiêu đưa ra các kỹ thuật, vật liệu và quy trình phân tách mới.

Thiết kế được dẫn dắt bởi mô hình tính toán, do Rachel Getman, nhà nghiên cứu chính và phó giáo sư về kỹ thuật hóa học và sinh học phân tử tại Clemson, phát triển, cùng với các nhà nghiên cứu Christine Duval và Julie Renner, phát triển các phân tử sẽ bám vào các REE cụ thể.

Greenlee sẽ xem xét cách chúng hoạt động trong nước và đánh giá tác động môi trường cũng như các tiềm năng kinh tế khác nhau trong các tình huống thiết kế và vận hành khác nhau.

Giáo sư kỹ thuật hóa học Lauren Greenlee tuyên bố rằng: “Hiện nay, ước tính có khoảng 200.000 tấn nguyên tố đất hiếm bị mắc kẹt trong chất thải phosphogypsum chưa qua xử lý chỉ riêng ở Florida”.

Nhóm nghiên cứu xác định rằng việc phục hồi theo phương pháp truyền thống có liên quan đến các rào cản về môi trường và kinh tế, trong đó chúng hiện đang được phục hồi từ vật liệu tổng hợp, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch và đòi hỏi nhiều lao động.

Dự án mới sẽ tập trung vào việc thu hồi chúng theo cách bền vững và có thể được triển khai trên quy mô lớn hơn vì lợi ích về môi trường và kinh tế.

Nếu dự án thành công, nó cũng có thể làm giảm sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào Trung Quốc về việc cung cấp các nguyên tố đất hiếm.

Quỹ tài trợ dự án khoa học quốc gia

Dự án REE của Penn State được tài trợ bằng khoản tài trợ bốn năm trị giá 571.658 đô la, tổng cộng là 1,7 triệu đô la, và là sự hợp tác với Đại học Case Western Reserve và Đại học Clemson.

Các cách thay thế để thu hồi các nguyên tố đất hiếm

Quá trình thu hồi RRE thường được thực hiện bằng các hoạt động quy mô nhỏ, thường là ngâm chiết và chiết dung môi.

Mặc dù là một quá trình đơn giản, nhưng quá trình ngâm chiết đòi hỏi một lượng lớn thuốc thử hóa học nguy hiểm, do đó không mong muốn về mặt thương mại.

Chiết xuất bằng dung môi là một kỹ thuật hiệu quả nhưng không thực sự hiệu quả vì tốn nhiều công sức và thời gian.

Một cách phổ biến khác để thu hồi REE là thông qua khai thác nông nghiệp, còn gọi là khai thác điện tử, bao gồm việc vận chuyển rác thải điện tử như máy tính cũ, điện thoại và tivi từ nhiều quốc gia khác nhau đến Trung Quốc để khai thác REE.

Theo Chương trình Môi trường Liên hợp quốc, hơn 53 triệu tấn rác thải điện tử đã được tạo ra vào năm 2019, với khoảng 57 tỷ đô la nguyên liệu thô chứa REE và kim loại.

Mặc dù thường được coi là phương pháp tái chế vật liệu bền vững, nhưng phương pháp này vẫn tồn tại những vấn đề riêng cần phải khắc phục.

Khai thác nông nghiệp đòi hỏi nhiều không gian lưu trữ, nhà máy tái chế, bãi chôn lấp chất thải sau khi thu hồi REE và liên quan đến chi phí vận chuyển, đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch.

Dự án của Đại học Penn State có khả năng khắc phục một số vấn đề liên quan đến các phương pháp phục hồi REE truyền thống nếu nó có thể đáp ứng được các mục tiêu kinh tế và môi trường của chính nó.

---

Thời gian đăng: 04-07-2022