Добыча и переработка редкоземельных металлов

Описание

Редкоземельные элементы (РЗЭ) - это 17 химически близких металлических элементов, необходимых для передовых технологий, включая электронику, возобновляемые источники энергии и военное применение. Их уникальные магнитные, люминесцентные и электрохимические свойства делают их незаменимыми в современной промышленности. Однако извлечение этих металлов и их переработка из продуктов стали серьезной проблемой из-за экологических проблем и нехватки ресурсов.

Методы добычи и проблемы

Основной метод добычи редкоземельных металлов заключается в добыче руды, содержащей РЗЭ, обычно бастнезита, монацита и ксенотима. Добытые руды подвергаются процессам обогащения, таким как дробление, измельчение, флотация и гравитационная сепарация, для концентрации редкоземельных элементов. Затем концентрированные руды подвергаются химической обработке, обычно путем кислотного или щелочного выщелачивания. Эти процессы приводят к значительному загрязнению окружающей среды, особенно радиоактивными и токсичными отходами. Например, в редкоземельных минеральных рудах содержатся примеси тория и урана, которые несут угрозу окружающей среде и здоровью людей.

Другой широко практикуемый метод извлечения - экстракция растворителями и ионообменная экстракция. Ионообменная эффективно разделяет РЗЭ с помощью смол, которые избирательно удерживают некоторые редкоземельные ионы. Экстракция растворителем с использованием щелочных или кислотных растворов и органических растворителей позволяет отделить отдельные редкоземельные элементы путем многократного промывания. Несмотря на свою эффективность, экстракция растворителями требует больших энергозатрат и приводит к образованию токсичных отходов, утилизация которых требует надлежащего обращения с отходами.

Практика переработки и инновации

Учитывая экологические и экономические трудности, связанные с добычей редкоземельных металлов, переработка РЗЭ из электронных отходов приобретает все большее значение. Переработка обеспечивает более устойчивое решение, поскольку снижает зависимость от добычи, уменьшает воздействие на окружающую среду и снижает риски в цепочке поставок.

Современные методы переработки включают гидрометаллургические, пирометаллургические и биогидрометаллургические технологии. К гидрометаллургическим процессам относятся химическое выщелачивание и экстракция растворителями, которые широко используются для переработки редкоземельных магнитов, применяемых в жестких дисках компьютеров, электромобилях и ветряных турбинах. Пирометаллургическая переработка ориентирована на высокотемпературные плавильные операции для извлечения металлов с ограничением чрезмерного потребления энергии и образования вредных газов.

Перспективным направлением является биогидрометаллургия, использующая микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, для выщелачивания металлов из электронных отходов в мягких условиях. Эта технология значительно снижает потребность в энергии, выделяет минимальное количество вредных побочных продуктов и является экологически безопасной. Дополнительную информацию можно получить в компании Stanford Advanced Materials (SAM).

Часто задаваемые вопросы

Для чего обычно используются редкоземельные элементы?

Редкоземельные элементы широко используются в электронике, технологиях возобновляемой энергетики (ветряные турбины и солнечные панели), электромобилях, медицинских приборах и военном оборудовании благодаря своим магнитным, люминесцентным и каталитическим свойствам.

Почему рециклинг редкоземельных элементов важен?

Переработка редкоземельных элементов помогает снизить зависимость от добычи, уменьшить ущерб окружающей среде, обеспечить устойчивые поставки и снизить геополитические риски, связанные с доступностью ресурсов.

Какие основные проблемы связаны с добычей редкоземельных элементов?

К основным проблемам относятся загрязнение окружающей среды, образование радиоактивных отходов, высокое энергопотребление, сложные процессы разделения и связанные с этим риски для здоровья работников.

Какой редкоземельный элемент чаще всего подвергается переработке?

Неодим, который в основном используется в мощных магнитах, применяемых в электромобилях, ветряных турбинах и электронике, в настоящее время является наиболее часто перерабатываемым редкоземельным элементом из-за его высокой экономической ценности и широкого применения.

Какие инновации в будущем могут улучшить переработку редкоземельных элементов?

Такие инновации, как биогидрометаллургия, улучшенные методы химической экстракции, усовершенствованный дизайн материалов для облегчения переработки, а также разработка систем замкнутого цикла переработки могут значительно повысить эффективность и экологичность переработки редкоземельных элементов.