المصدر: AZO Mining

ما هي العناصر الأرضية النادرة وأين توجد؟

تتكون العناصر الأرضية النادرة (REEs) من 17 عنصرًا معدنيًا، تتكون من 15 لانثانيدًا في الجدول الدوري:

اللانثانوم

السيريوم

البراسيوديميوم

نيوديميوم

بروميثيوم

الساماريوم

اليوروبيوم

الغادولينيوم

التربيوم

الديسبروسيوم

هولميوم

الإربيوم

الثوليوم

الإيتربيوم

اليوتيتيوم

سكانديوم

الإيتريوم

معظمها ليست نادرة كما يوحي اسم المجموعة ولكن تم تسميتها في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، بالمقارنة مع عناصر "الأرض" الأكثر شيوعًا مثل الجير والمغنيسيا.

السيريوم هو أكثر العناصر الأرضية النادرة شيوعًا وأكثر وفرة من النحاس أو الرصاص.

ومع ذلك، من الناحية الجيولوجية، نادراً ما يتم العثور على العناصر الأرضية النادرة في رواسب مركزة، لأن طبقات الفحم، على سبيل المثال، تجعل استخراجها صعباً اقتصادياً.

وبدلاً من ذلك، توجد هذه الصخور في أربعة أنواع رئيسية غير شائعة؛ وهي الكربوناتيت، وهي صخور نارية غير عادية مشتقة من الصهارة الغنية بالكربونات، والإعدادات النارية القلوية، ورواسب الطين الماصة للأيونات، ورواسب الرواسب الحاملة للمونازيت والزينوتيم.

الصين تستخرج 95% من العناصر الأرضية النادرة لتلبية الطلب على أنماط الحياة عالية التقنية والطاقة المتجددة

منذ أواخر تسعينيات القرن العشرين، سيطرت الصين على إنتاج العناصر الأرضية النادرة، مستخدمة رواسبها الطينية الممتصة للأيونات، المعروفة باسم "طين جنوب الصين".

من الممكن للصين أن تفعل ذلك من الناحية الاقتصادية لأن رواسب الطين من السهل استخراج العناصر الأرضية النادرة منها باستخدام الأحماض الضعيفة.

تُستخدم العناصر الأرضية النادرة في جميع أنواع المعدات التكنولوجية المتطورة، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر، ومشغلات أقراص DVD، والهواتف المحمولة، والإضاءة، والألياف الضوئية، والكاميرات ومكبرات الصوت، وحتى المعدات العسكرية، مثل المحركات النفاثة، وأنظمة توجيه الصواريخ، والأقمار الصناعية، والدفاع المضاد للصواريخ.

من أهداف اتفاقية باريس للمناخ لعام ٢٠١٥ الحد من الاحتباس الحراري العالمي إلى أقل من درجتين مئويتين، ويفضل ١.٥ درجة مئوية، وهي مستويات ما قبل الثورة الصناعية. وقد أدى ذلك إلى زيادة الطلب على الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية، التي تتطلب أيضًا عناصر الطاقة المتجددة لتشغيلها.

في عام 2010، أعلنت الصين أنها سوف تعمل على خفض صادراتها من العناصر الأرضية النادرة لتلبية الطلب المتزايد لديها، ولكنها سوف تعمل أيضا على الحفاظ على مكانتها المهيمنة في توريد المعدات التكنولوجية الفائقة لبقية العالم.

وتتمتع الصين أيضًا بوضع اقتصادي قوي يسمح لها بالسيطرة على إمدادات العناصر الأرضية النادرة اللازمة للطاقات المتجددة مثل الألواح الشمسية، وطاقة الرياح، وطاقة المد والجزر، وكذلك المركبات الكهربائية.

مشروع تجميع العناصر الأرضية النادرة من سماد الفوسفوجيبسوم

الجبس الفوسفوري منتج ثانوي للأسمدة، ويحتوي على عناصر مشعة طبيعية مثل اليورانيوم والثوريوم. ولذلك، يُخزن لأجل غير مسمى، مع ما يرتبط به من مخاطر تلويث التربة والهواء والماء.

ولذلك، ابتكر الباحثون في جامعة ولاية بنسلفانيا نهجًا متعدد المراحل باستخدام الببتيدات المعدلة وراثيًا، وهي سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية التي يمكنها التعرف بدقة على العناصر الأرضية النادرة وفصلها باستخدام غشاء تم تطويره خصيصًا.

وبما أن طرق الفصل التقليدية غير كافية، يهدف المشروع إلى ابتكار تقنيات ومواد وعمليات فصل جديدة.

ويقود التصميم النمذجة الحاسوبية التي طورتها راشيل جيتمان، الباحثة الرئيسية والأستاذة المساعدة في الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في جامعة كليمسون، مع الباحثتين كريستين دوفال وجولي رينر، لتطوير الجزيئات التي سوف تلتصق بعناصر الأرض النادرة المحددة.

وسوف يقوم جرينلي بدراسة كيفية تصرفها في الماء، وسيقوم بتقييم التأثير البيئي والإمكانات الاقتصادية المختلفة في ظل ظروف التصميم والتشغيل المتغيرة.

تقول لورين جرينلي، أستاذة الهندسة الكيميائية: "اليوم، يقدر أن هناك ما يقرب من 200 ألف طن من العناصر الأرضية النادرة محاصرة في نفايات الجبس الفوسفوري غير المعالجة في فلوريدا وحدها".

ويحدد الفريق أن الاسترداد التقليدي يرتبط بالحواجز البيئية والاقتصادية، حيث يتم استرداده حاليًا من المواد المركبة، والتي تتطلب حرق الوقود الأحفوري وتتطلب عمالة كثيفة.

وسوف يركز المشروع الجديد على استعادتها بطريقة مستدامة، وقد يتم تنفيذه على نطاق أوسع لتحقيق فوائد بيئية واقتصادية.

وإذا نجح المشروع، فإنه قد يقلل أيضًا من اعتماد الولايات المتحدة على الصين في توفير العناصر الأرضية النادرة.

تمويل مشاريع المؤسسة الوطنية للعلوم

يتم تمويل مشروع Penn State REE من خلال منحة مدتها أربع سنوات قدرها 571،658 دولارًا أمريكيًا، بإجمالي 1.7 مليون دولار أمريكي، وهو عبارة عن تعاون مع جامعة Case Western Reserve وجامعة Clemson.

طرق بديلة لاستعادة العناصر الأرضية النادرة

يتم عادةً إجراء استعادة RRE باستخدام عمليات صغيرة النطاق، عادةً عن طريق الاستخلاص والاستخلاص بالمذيبات.

على الرغم من أن العملية بسيطة، إلا أن الاستخلاص يتطلب كمية كبيرة من الكواشف الكيميائية الخطرة، وبالتالي فهو غير مرغوب فيه تجارياً.

يعتبر الاستخلاص بالمذيبات تقنية فعالة ولكنها ليست فعالة جدًا لأنها تتطلب الكثير من العمالة وتستغرق وقتًا طويلاً.

هناك طريقة أخرى شائعة لاستعادة العناصر الأرضية النادرة وهي من خلال التعدين الزراعي، المعروف أيضًا باسم التعدين الإلكتروني، والذي يتضمن نقل النفايات الإلكترونية، مثل أجهزة الكمبيوتر القديمة والهواتف وأجهزة التلفزيون من بلدان مختلفة إلى الصين لاستخراج العناصر الأرضية النادرة.

وفقًا لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة، تم إنتاج أكثر من 53 مليون طن من النفايات الإلكترونية في عام 2019، مع حوالي 57 مليار دولار من المواد الخام التي تحتوي على العناصر الأرضية النادرة والمعادن.

ورغم الترويج لها في كثير من الأحيان باعتبارها طريقة مستدامة لإعادة تدوير المواد، فإنها ليست خالية من مجموعة من المشاكل التي لا تزال بحاجة إلى التغلب عليها.

يتطلب التعدين الزراعي مساحة تخزين كبيرة، ومصانع إعادة التدوير، ونفايات مكبات النفايات بعد استعادة العناصر الأرضية النادرة، وينطوي على تكاليف النقل، والتي تتطلب حرق الوقود الأحفوري.

يتمتع مشروع جامعة ولاية بنسلفانيا بالقدرة على التغلب على بعض المشاكل المرتبطة بأساليب استعادة العناصر الأرضية النادرة التقليدية إذا كان قادرًا على تلبية أهدافه البيئية والاقتصادية.

---

وقت النشر: 4 يوليو 2022