bron: AZO Mining

Wat zijn zeldzame aardmetalen en waar worden ze gevonden?

Zeldzame aardmetalen (REE's) bestaan ​​uit 17 metalen, die in het periodiek systeem zijn opgebouwd uit 15 lanthaniden:

Lanthaan

Cerium

Praseodymium

Neodymium

Promethium

Samarium

Europium

Gadolinium

Terbium

Dysprosium

Holmium

Erbium

Thulium

Ytterbium

Utetium

Scandium

Yttrium

De meeste van deze elementen zijn niet zo zeldzaam als de groepsnaam doet vermoeden, maar kregen hun naam in de 18e en 19e eeuw, in tegenstelling tot andere, meer voorkomende 'aardelementen' zoals kalk en magnesia.

Cerium is de meest voorkomende zeldzame aardmetalen en komt meer voor dan koper of lood.

Geologisch gezien worden zeldzame aardmetalen echter zelden in geconcentreerde afzettingen aangetroffen. De winning ervan is bijvoorbeeld economisch gezien lastig vanwege de steenkoollagen.

In plaats daarvan worden ze aangetroffen in vier ongewone soorten gesteente: carbonatieten, ongewone stollingsgesteenten die afkomstig zijn van carbonaatrijke magma's, alkalische stollingsgesteenten, ionenabsorberende kleiafzettingen en monaziet-xenotiem-dragende placerafzettingen.

China delft 95% van de zeldzame aardmetalen om te voldoen aan de vraag naar hightech-levensstijlen en hernieuwbare energie

Sinds het einde van de jaren negentig domineert China de productie van zeldzame aardmetalen. Het land maakt daarbij gebruik van zijn eigen ionenabsorberende kleilagen, ook wel bekend als de 'Zuid-Chinese klei'.

Voor China is het economisch verantwoord om dit te doen, omdat zeldzame aardmetalen eenvoudig uit de kleilagen gewonnen kunnen worden met behulp van zwakke zuren.

Zeldzame aardmetalen worden gebruikt voor allerlei geavanceerde apparatuur, zoals computers, dvd-spelers, mobiele telefoons, verlichting, glasvezel, camera's en luidsprekers, en zelfs voor militaire apparatuur, zoals straalmotoren, raketsystemen, satellieten en raketafweer.

Een doelstelling van het Klimaatakkoord van Parijs uit 2015 is om de opwarming van de aarde te beperken tot minder dan 2 °C, bij voorkeur 1,5 °C, ten opzichte van het pre-industriële niveau. Dit heeft geleid tot een toenemende vraag naar hernieuwbare energie en elektrische auto's, waarvoor ook zeldzame aardmetalen nodig zijn.

In 2010 maakte China bekend dat het de export van zeldzame aardmetalen zou verminderen om aan de stijgende vraag naar zeldzame aardmetalen te voldoen, maar tegelijkertijd zijn dominante positie als leverancier van geavanceerde apparatuur aan de rest van de wereld te behouden.

China verkeert bovendien in een sterke economische positie om de levering van zeldzame aardmetalen (REE's) te controleren die nodig zijn voor hernieuwbare energiebronnen zoals zonnepanelen, wind- en getijdenenergieturbines en elektrische voertuigen.

Project voor het opvangen van zeldzame aardelementen met fosfogipsmeststof

Fosfogips is een bijproduct van kunstmest en bevat van nature radioactieve elementen zoals uranium en thorium. Daarom wordt het voor onbepaalde tijd opgeslagen, met de bijbehorende risico's op vervuiling van bodem, lucht en water.

Daarom hebben onderzoekers aan de Penn State University een meerfasenaanpak ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van gemanipuleerde peptiden: korte strengen aminozuren die zeldzame aardmetalen nauwkeurig kunnen identificeren en scheiden met behulp van een speciaal ontwikkeld membraan.

Omdat de traditionele scheidingsmethoden niet volstaan, richt het project zich op het ontwikkelen van nieuwe scheidingstechnieken, materialen en processen.

Het ontwerp wordt geleid door computermodellen, ontwikkeld door Rachel Getman, hoofdonderzoeker en universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire technologie aan Clemson, met onderzoekers Christine Duval en Julie Renner, die de moleculen ontwikkelen die zich aan specifieke zeldzame aardmetalen hechten.

Greenlee gaat kijken hoe deze apparaten zich in het water gedragen en beoordeelt de impact op het milieu en de verschillende economische mogelijkheden onder verschillende ontwerp- en bedrijfssituaties.

Lauren Greenlee, hoogleraar chemische technologie, beweert dat: "er momenteel naar schatting 200.000 ton zeldzame aardmetalen vastzit in onverwerkt fosfogipsafval alleen al in Florida."

Het team stelt vast dat traditioneel herstel gepaard gaat met milieu- en economische barrières, waarbij ze momenteel worden gewonnen uit composietmaterialen, waarvoor de verbranding van fossiele brandstoffen nodig is en die arbeidsintensief zijn.

Het nieuwe project richt zich op het op duurzame wijze terugwinnen van deze stoffen en kan op grotere schaal worden uitgevoerd om milieu- en economische voordelen te bieden.

Als het project succesvol is, kan het ook de afhankelijkheid van de VS van China voor de levering van zeldzame aardmetalen verminderen.

Financiering van het National Science Foundation-project

Het Penn State REE-project wordt gefinancierd door een subsidie ​​van $ 571.658 voor vier jaar, met een totaalbedrag van $ 1,7 miljoen, en is een samenwerking met Case Western Reserve University en Clemson University.

Alternatieve manieren om zeldzame aardmetalen te winnen

Het terugwinnen van RRE wordt doorgaans uitgevoerd via kleinschalige operaties, meestal door middel van uitloging en oplosmiddelextractie.

Hoewel het een eenvoudig proces is, zijn er voor het uitlogen grote hoeveelheden gevaarlijke chemische reagentia nodig. Daarom is het commercieel ongewenst.

Solventextractie is een effectieve techniek, maar niet erg efficiënt omdat het arbeidsintensief en tijdrovend is.

Een andere veelgebruikte manier om zeldzame aardmetalen te winnen is door middel van agromining, ook wel e-mining genoemd. Hierbij wordt elektronisch afval, zoals oude computers, telefoons en televisies, vanuit verschillende landen naar China getransporteerd, waar de zeldzame aardmetalen worden gewonnen.

Volgens het Milieuprogramma van de VN werd er in 2019 ruim 53 miljoen ton aan elektronisch afval geproduceerd, met ongeveer 57 miljard dollar aan grondstoffen die zeldzame aardmetalen en metalen bevatten.

Hoewel het vaak wordt aangeprezen als een duurzame methode voor het recyclen van materialen, brengt het ook een aantal problemen met zich mee die nog moeten worden overwonnen.

Voor agromining zijn veel opslagruimte, recyclinginstallaties en stortplaatsen voor reststoffen nodig. Daarnaast zijn er transportkosten, waarvoor fossiele brandstoffen moeten worden verbrand.

Het Penn State University-project heeft de potentie om een ​​aantal problemen te overwinnen die gepaard gaan met traditionele methoden voor het terugwinnen van zeldzame aardmetalen, als het aan de eigen milieu- en economische doelstellingen kan voldoen.

---

Plaatsingstijd: 4 juli 2022