הבנת יסודות נדירים של כדור הארץ ואת אימפולסי המחזור

אלמנטים נדירים של כדור הארץ (REEs) כוללים קבוצה של 17 אלמנטים מתכתיים דומים מבחינה כימית, כולל נותנינים בתוספת סרוספירה ו ytrium. אלמנטים אלה חיוניים לחיים המודרניים: ניאודימיום ודיספרוזיום כוח גבוה סטריאנס מגנטים קבועים בטורפות רוח ורכב חשמלי; פרויקט נולן וסרטן הם בסיסיים למרתנים וסוללות חד-חמצני, ו- 300 שנים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 של אנרגיה ירוקה, 000, 000, 000, 000, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000, 000 ליטרים, 000, 000 צהובים, 000, 000, 000, 000, 000 צהובים, 000 צהובים, 000 צהובים, 000, 000, 000 צהובים, 000 ליטרים, 000 צהובים, 000, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 צהובים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים חשמליים, 000 צהובים, 000.

למרות שמו, REEs אינם נדירים במיוחד בקרום כדור הארץ. Cerium הוא בשפע יותר מאשר נחושת, ו neodymium הוא נפוץ כמו להוביל.מה גורם להם מאתגר הוא הפיזור שלהם: הם לעתים נדירות מתרחשים בריכוזים נינוחים מבחינה כלכלית מחוץ לכמה הגדרות גיאולוגיות ספציפיות. סין כיום שולטת בכ-60% מהכריית אדמה נדירה ו-90% מהעיבוד, יצירת פרצותות שרשרת אספקה משמעותית.

המקרה האסטרטגי של מחזור כדור הארץ נדיר

המונחים: rgency

כריית אדמה נדירה היא בין הצורות ההרסניות ביותר של מיצוי מינרלים.עבור כל טון מטרי של תחמוצת אדמה נדירה המיוצר, אלפי טונות של overburden ואבן פסולת חייב להיות מועבר.השלבים המחוסנים ופתרון שלבים לצרוך כמויות עצומות של סוללות הידרוכלוריות ו sulfuric, ואת הפסולת המתקבלת מכיל לעתים קרובות מתכות כבדות ואלמנטים רדיואקטיביים.

יתרונות כלכליים וגיאופוליטיים

מחזור של REEs מזרמי פסולת יכול להפחית באופן משמעותי את התלות על רשתות אספקה סיניות. מחלקת האנרגיה של ארה"ב סיווג ניאודימיום, dysprosium, ו terbium כחומרים קריטיים עם סיכון אספקה גבוה. אספקת מכירות מקומית - החל כריית חומרים ענקיים של ניאומטרה עירונית כדי לשחזר גרדנות תעשייתית - יכול ליצור מקומות עבודה מקומיים וחברות bu נגד סיכון נגד סיכון יתר על ידי נפח אווירי, יתר על ידי קשקשים, 000 $, 000, 000, 000 מוזר יותר, 000 של חומר אלקטרונים נדיר של חומר מוזר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של חומר אלקטרונים מוזר, 000 טבול, 000, 000 טבולית, 000 טבול, 000 טבולית של חומר אלקטרונים נדיר של חומר מוזר של חומר רעילים, 000 טבולית של חומר אלקטרונים מוזר, 000, 000, 000, 000 טבולית של חומר אלקטרונים, 000 טבולית, 000 טבולית, 000 טבולית, 000 טבולית של חומר אלקטרונים נדיר של חומר טבולית, 000 טבולית של חומר זהה, 000 ⁇ טבולית, 000 טבולית, 000 טבולית, 000 טבולית

כלכלה מעגלית Alignment

יסודות נדירים של כדור הארץ אינם נצרכים במהלך השימוש - הם נשארים שלמים מבחינה כימית בתוך מוצרים.זה הופך אותם מועמדים אידיאליים עבור מודלים של כלכלה מעגלית שבו החומרים התאוששו בהתמדה ומשועבדים.מערכת מחזור מעוצבת היטב יכולה לספק עד 30% של הביקוש העולמי ל- REE עד שנת 2050, על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית, בתנאי ששיעורי איסוף משופרים ומחזרים טכנולוגיות בוגרות.

הקדמה: הכנת שפכים לשיקום

לפני כל התאוששות כימית או תרמית יכול להתחיל, חומרי פסולת חייב להיות נאסף, ממומן, מוכן. נדיר המכיל מוצרים המכילים כדור הארץ הם מגוונים: כונן דיסק קשיח מכיל מגנטים ניאודימיום-ברזל; כלי רכב היברידיים וחשמליים בית מנועים גדולים עם מגנטים נדירים; סוללות ניקל-מטאל מכילות ערפל (תערובת של lanum, cerium, אחרים ו-reumremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeremeretrastrastras; חומרים אחרים, ו-remereme, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, חומרים ⁇ , חומרים ⁇ , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, חומרים ⁇ , 000 יעיל יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, חומרים ⁇ , 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, חומרים ⁇ , 000, 000, 000, 000, 000 ⁇ ⁇ , 000

מיון אוטומטי באמצעות חיישנים, X-ray פלואורescence (XRF), ו- לייזר-ההפצה ספקטרום (LIBS) יכול לזהות רכיבים עשירים יותר. עבור מגנטים, demagnetization באמצעות טיפול תרמי (התחממות מעל טמפרטורת Curie) עושה טיפול בטוח יותר ומקל פעולות פירוק פיזי.

אסטרטגיות הנדסה הידרומטורית

עיבוד הידרומטריקלורגי משתמש בכימיה קפואה כדי להתמוסס, בנפרד, לטהר REEs מפסולת מוצקה.זוהי הגישה הבוגרת והמתורגלת ביותר, המציעה סלקטיביות גבוהה וטוהר המוצר.

המונחים: disshoot the Value

הצעד ההידרומטרי הראשון הוא ניכוי, שבו הפסולת קשורה עם פתרון חומצי או אלקלליין כדי לפזר REEs לפתרון. עבור מגנטים-ברזל-ברזל, תשואה נמוכה של הידרוכלור או סרפירית (Solfuric acid) באמצעות מהירויות חומצה גבוהה יותר (חומצה נוזלית) לאחר מכן הוא יעיל, מופעל לעתים קרובות 60-90 מעלות במשך ארבע שעות.

מיצוי: ספרדים דומים

כל REEs יש תכונות כימיות דומות להפליא, מה שהופך את מניעת ההפרדה. Solvent היא שיטת העבודה של השגת אלמנטים בודדים באיכות גבוהה.פתרון leach מוטען REE הוא מגע עם פתרון אורגני המכיל תמצית (שלבים די-(2-ethylhexyl) חומצה זרחנית, או D2EHPA) אשר נקשר באופן סלקטיבי המכילה מספר מסוים של טוהרים (בדרך כלל) עם מספר נמוך יותר מ-99- 40 אטומים) טוהרים (בדרך כלל) מזהמים נפרדים).

בית חולים ושיקום סופי

לאחר הפרדה, REEs הם precipitated מן הפתרון כמו oxalates, פחמן, או הידרוקסידים. משקעים Oxalate הוא מעדיף טוהר גבוה, כמו חומצה oxalic סלקטיבית סלקטיבית משקעים מעל רוב מתכות דלקתיות. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חידושים הידרומטאורגיים

ביוליגרד משתמש חיידקים חומציים כגון חומצה:0 (Acidithiobacillus ferrooxidansFLT:1 כדי לייצר חומצה אספרטרית וחומצה גופרית שממסתים את REEs מ אוז או פסולת. גישה זו פועלת בטמפרטורה ולחץ דו-חמצני מהיר יותר, צמצום צריכת האנרגיה והשימוש הכימי הראו 50-85% מצריכת דלקות לחץ דם איטי יותר מאשר לחץ דם איטי יותר.

אסטרטגיות הנדסה Pyrometallurgical Engineering אסטרטגיות

שיטות רדיאומטריות משתמשות חום כדי לחלץ ולרכז את REEs, לעתים קרובות כחלק מתהליך התאוששות מתכות גדול יותר.

עיצוב Smelting ו-Slag

ב- smelting, חומרי מזון מומסים בכבשה ב 1200-1600 ° C. REEs בדרך כלל מחיצת לתוך שלב תחמוצת תחמוצת תחמוצת תחמוצת, בעוד מתכות בסיס כגון ברזל, נחושת, ודוח ניקל למוצר מתכת נוזלי. slagine יכול להיות עוד מחוספסת הידרומטרורגת (C) כדי לשחזר REEs.

פסקול: Gaseous Phase Tricks

קלוי קלוי מספק חל על חמצון מבוקר או כלור אווירות כדי להמיר את ReEs לתוך תרכובות מים soluble.הגרסה הנפוצה ביותר היא כלור צליינג, שבו פסולת מעורבב עם מלח chloride (למשל, NaCl, CaCl2) או כלור הנדסת גז מחומם ל-800-1100 מעלות צלזיוס.

מולטן Slag אלקטרוליזה

עבור גרדטת מגנטית עם תוכן REE גבוה (בדרך כלל >25% על ידי משקל), אלקטרוליטיזה ישירה בשפעת ערפילית מלוטש או כלורריד אמבטיה יכול לייצר סגסוגת REE-iron שניתן למחזר ישירות לתוך ⁇ מגנטיות חדשות.זה נמנע מפירוק מוחלט וצעדי הפרדה.התהליך פועל 800-1000 מעלות צלזיוס באמצעות מחסנים ומטהור אלקטרוליטי כיום, הם סביב 60-0%, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 של מחקר פועל על ידי שימוש ב an פועל על ידי שימוש ב an פועל על ידי שימוש ב an פועל על ידי שימוש ב an קיבולת פעיל על ידי שימוש ב an לתוך משטח פעיל של פעילות גופנית פועל על ידי שימוש ב an לתוך קיבולת תעשייתית, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

נתיבי תהליכים היברידיים וחדשניים

פעולות מחזור מוצלח רבות משלבות את הידרומטריטורגי ו-pyrometallurgical שלבים בסדרה.לדוגמה, מפעל טייס במכון חומרים קריטי בארה"ב ראשון קלוי מגרד מגנטים כדי לייעל את המכשולים, ואז לקלקל את הריסים עם חומצה, ואחריו החילוץ ממס.

הפרדה מבוססת מנברן צוברת מתח כאלטרנטיבה ירוקה יותר למיצוי מעצורים. Polymer הכללה membranes (PIM) המכילה מולקולות מוטבעות בסרט דק המאפשרות ל- REEs להעביר באופן סלקטיבי מעבר למנברן תחת ריכוז ⁇ . pIMs לפעול בטמפרטורת החדר, לא דורש דילולים אורגניים, וניתן להשתמש מחדש של מאות פעמים מעבדה יש הפרדה ו- 20 גורמי עצבנות, אבל עדיין לשרוד עם קשקשים תעשייתיים.

שיטות אלקטרוכימיות כגון אלקטרודיאליזה ואלקטרוקוגציה נחקרות גם. באלקטרודיאליזה, שדות חשמליים מניעים את השדות REE באמצעות קרום שינוי סלקטיבי, תוך התמקדות בהם למשקעים יעילים. שיטה זו אטרקטיבית במיוחד לטיפול בנפח הגדול של פתרונות ללחלוט צלולים טיפוסיים לעיבוד אלקטרוני.

אתגרים להטמעה מסחרית

איסוף ועלויות מיון

אפילו הטכנולוגיה המיחזור הטובה ביותר נכשלת אם הפסולת אינה נאספת ביעילות.שיעורי האיסוף הנוכחיים של אלקטרוניקה קטנה הם מתחת ל-20% במדינות רבות, ומוצרים המכילים REEs לעתים קרובות מוזנחים ומעורבים עם חומרים בעלי ערך נמוך לפני כל הפרדה יכולה להתרחש.מודלים כלכליים מראים כי איסוף ופירוק עלויות יכול לקחת בחשבון עבור 40-60 אחוזים מסך עלויות מחזור הכוללות.

פסולת מורכבת וזיהום

זרמי פסולת אמיתיים אינם טהורים.מגנטים מכילים ציפויים (ניקל, נחושת, epoxy) שיש להסיר; אבקת פלורסנט יש כוויות ופרקי זכוכית; סוללות יש אלקטרוליטים כי יש לטפל בבטחה.כל אימפולסיביות מציגה שלבים, עלויות, ופרסום סביבתי פוטנציאלי.

אחריות כלכלית

המחיר של תחמוצת אדמה נדירה בתולה מתבודדת בצורה פראית - תחמוצת טודימיום חמצני נע בין 40 / ק"ג ליותר מ 200 / ק"ג בעשור האחרון. פעולות מחזור חייב להיות חזק מספיק כדי להישאר רווחי במחירים נמוכים בשוק נמוך. עלויות הון עבור כמות בינונית של הידרומטר בינוני (10-50 מיליון) דורשות אספקה יציבה לטווח ארוך מהסכמים זולים וצריכת אנרגיה גבוהה יותר מ- 5 ק"ג'יגה (reic) עבור כל כמות גדולה של צריכת מים קריטי של צריכת מים).

כיוונים עתידיים: לקראת סקאלה, מחזור בר קיימא

תהליך Intensification

מהנדסים מעצבים יחידות עיבוד קומפקטיות, מודולריות שניתן לסווגן במרכזי איסוף הפסולת, נמנעים מהצורך להעביר מרחקים עצומים של פסולת.דוגמאות כוללות מערכות ייצור מלוטשות מקוטבות ושקיות אלקטרוליטיות ניידות.אלה "מגדירים כשירות" יחידות יכולים לשרת מקורות פסולת מרובים, ובכך להאיץ את הבנייה של יכולת מחזור מחזור.

AI ו- Machine Learning forמיין and control

אלגוריתמי למידת מכונות המוכשרים בתמונות היפר-ספקטרום יכולים לזהות רכיבים עשירים ב- מילימטרים, המאפשרים לציידים רובוטיים לפעול במהירות גבוהה ודיוק.בשליטה בתהליך, למידה חיזוקית יכולה להתאים באופן דינמי תוספת חומצה, טמפרטורה ולהגדיל את הריבית כדי לשמור על תנאי הפחתת אופטימליים למרות וריאציות באיכות להאכיל. מחקרים תעשייתיים מוקדמים מניבים שיפורים של 5–10% וחיסכון באנרגיה של 15-20%.

עיצוב למחזור

השינוי הארוך העמוק ביותר יגיע מעיצוב מוצרים עם מחזור בראש. Standardizing מגנטיות, הימנעות ציפויים epoxy שקשה להסיר, ושימוש ב-Saas מתאימים במקום דבקים יכול להפחית באופן דרמטי את עלויות המיחזור.התכנון של האיחוד האירופי למוצרים בר קיימא כבר מחייב כי יצרנים לשקול גמישות, וכללים דומים מתפשטים ברחבי העולם.

שיתוף פעולה בינלאומי וסטנדרטים

האתגר המחודש הנדיר של כדור הארץ הוא גלובלי.סין, האיחוד האירופי, יפן וארצות הברית יש תוכניות מחקר פעיל, אבל פגיעה בסיווג פסולת, מיחזור סטנדרטים, והצהרות חומריות יפחיתו חיכוך כמו המינרלים הקריטיים של הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה הבינלאומית מעקב מדיניות עוקב אחר מדיניות ויוזמה האלקטרוניקה של הפורום הכלכלי העולמי תספק פלטפורמות לשיתוף ידע מתמשך בהיקף של פיילוט חיוני בין תחנות מחקר מסחרי לבין מציאות של חוקרים.

קידום אסטרטגיות הנדסיות עבור התאוששות אלמנט נדיר של כדור הארץ אינו רק פעילות טכנית - זה הכרחי אסטרטגי עבור זרם משאבי בר קיימא, בטוח, וחדשנית של אנרגיה נקייה בעתיד.עם חדשנות הנדסית מתמשכת, מדיניות תומכת ופיתוח שוק, אנו יכולים להפוך זרמי פסולת לזרמים יקרי ערך לסגור את הלולאה על חומרים חיוניים אלה.

(ב) ◄ ⁇ ⁇

  • סקר גיאולוגי של כדור הארץ נדיר והנתונים
  • (FLT:0) מחלקת האנרגיה של ארצות הברית - יסודות נדירים של חומרים קריטיים
  • סוכנות האנרגיה הבינלאומית (FLT:0) – יסודות נדירים של כדור הארץ במעברי אנרגיה נקייה
  • (ב) ◄0 (הנדסה:0) ,Cenology & הנדסה - הערכה מחזורית של מחזור חיים של מחזור חיים של מחזור חיים ממגנטים