Nowe metody wydobycia kluczowych metali. Bez nich nie byłoby telefonów
Metale ziem rzadkich to pierwiastki kluczowe dla technologii, takich jak smartfony, samochody elektryczne czy turbiny wiatrowe. Jednak ich tradycyjne metody wydobycia wiążą się z poważnymi konsekwencjami środowiskowymi. Nowa technologia, oparta na polach elektrycznych, może zrewolucjonizować branżę, czyniąc wydobycie bardziej efektywnym i ekologicznym.
Współczesne metody wydobycia metali ziem rzadkich polegają głównie na zastosowaniu chemikaliów do ekstrakcji metali z rud. Proces ten prowadzi do wytwarzania ogromnych ilości toksycznych odpadów, które zanieczyszczają glebę i wody gruntowe. W Chinach, które dominują w światowej produkcji metali ziem rzadkich, stosowane technologie powodują degradację środowiska i znaczną emisję amoniaku.
Według badań z 2024 roku, w tradycyjnym procesie uzyskuje się jedynie 40–60% metali zawartych w rudzie. Ta niska efektywność przekłada się na wysokie koszty środowiskowe - i wysoką cenę surowca. Co więcej, globalne zapotrzebowanie na ciężkie metale ziem rzadkich, takie jak dysproz czy terb, znacznie przewyższa ich dostępne zasoby.
Elektrokinetyka – nowe podejście do wydobycia
Zespół naukowców z Instytutu Geochemii w Kantonie opracował nowatorską metodę wydobycia opartą na polach elektrycznych, znaną jako elektrokinetyka (EKM). Technologia ta pozwala na kierunkowy transport jonów metali ziem rzadkich do punktów zbiorczych za pomocą pól elektrycznych.
W eksperymencie przeprowadzonym w południowych Chinach, w złożu zawierającym 5000 ton rudy, zastosowano 176 elastycznych elektrod wykonanych z przewodzącego plastiku. Po wprowadzeniu do skał roztworu siarczanu amonu (NH₄)₂SO₄, włączono pola elektryczne, które skoncentrowały metale w wyznaczonych miejscach. Efektywność procesu wyniosła 95%, co znacząco przewyższa tradycyjne metody.
Elektrokinetyka umożliwia redukcję emisji amoniaku o 95% oraz zmniejszenie zużycia chemikaliów o 80%. Dzięki temu ryzyko zanieczyszczenia wód gruntowych i degradacji gleby jest znacznie niższe w porównaniu z konwencjonalnymi metodami.
Ważnym aspektem nowej technologii jest również obniżenie ilości zanieczyszczeń, takich jak aluminium czy wapń, w odzyskanych rudach. To pozwala na ograniczenie kosztów związanych z dalszą obróbką metali i separacją niepożądanych pierwiastków.
Wyzwania technologiczne i ekonomiczne
Choć metoda elektrokinetyczna obiecuje wiele korzyści, jej wdrożenie na skalę przemysłową wiąże się z pewnymi wyzwaniami. Wysokie koszty energii elektrycznej oraz materiałów, takich jak przewodzące plastikowe elektrody, są głównymi przeszkodami ekonomicznymi. W procesie pozyskiwania jednej tony tlenków metali ziem rzadkich zużywa się około 4 286 kWh energii, co odpowiada kosztom rzędu 420 USD na tonę.
Naukowcy pracują nad poprawą przewodności elektrod oraz zmniejszeniem zużycia prądu. Rozwiązaniem może być również wykorzystanie w procesie odnawialnych źródeł energii takich jak fotowoltaika, energia wiatrowa czy wodna.
Eksperyment w Chinach wykazał, że metoda elektrokinetyczna jest możliwa do zastosowania na skalę przemysłową. W porównaniu z konwencjonalnym wydobyciem, koszty środowiskowe – związane z rekultywacją gleby czy oczyszczaniem wód – są trzykrotnie niższe. To sprawia, że technologia ta ma szansę stać się standardem w branży, zwłaszcza w obliczu rosnącego popytu na metale ziem rzadkich. Jej potencjał wykracza poza metale ziem rzadkich – może być stosowana do innych metali, takich jak lit czy kobalt, które są kluczowe dla transformacji energetycznej. Wdrażanie tej technologii na szeroką skalę wymaga jednak dalszych badań nad optymalizacją procesów oraz dostosowania ich do specyficznych warunków geologicznych.
