„Městská těžba“ vzácných zemin: Od technologického odpadu ke strategickým zdrojům

V globálním závodě o zajištění dodavatelských řetězců pro high-tech průmyslová odvětví probíhá v laboratořích a továrnách po celém světě tichá revoluce. Vědci a průmysl se místo zaměření pouze na hledání nových geologických ložisek obracejí k obrovskému a rostoucímu zdroji: elektronickému odpadu. Získávání a recyklace vzácných zemin z produktů na konci jejich životnosti, známá jako „městská těžba“, se stává strategickým přístupem, který nejen vyřeší environmentální problémy, ale také změní mapu zdrojů 21. století.

„Důl ve městě“ - Zapomenuté zdroje

Každý rok se vyhodí miliony tun elektronického odpadu (e-odpadu), starých motorů a průmyslových zařízení, které s sebou berou velké množství cenných prvků vzácných zemin. Tento „městský“ zdroj se koncentruje především ve třech hlavních typech odpadu:

Použité permanentní magnety NdFeB: Toto je nejbohatší „rudný sloj“ vzácných zemin s velmi vysokým obsahem neodymu (Nd), praseodymu (Pr) a dysprosia (Dy). Nacházejí se v pevných discích počítačů, motorech elektromobilů, větrných turbínách, klimatizacích, reproduktorech a mnoha dalších zařízeních. Odhaduje se, že globální trh s recyklací magnetů ze vzácných zemin by mohl v příštím desetiletí dosáhnout miliard dolarů.

Fluorescenční prášky z odpadních lamp: Staré kompaktní zářivky a zářivky obsahující fluorescenční prášky (fosfory) jsou důležitým zdrojem drahých těžkých prvků vzácných zemin, jako je yttrium (Y), europium (Eu) a terbium (Tb).

Odpadní katalyzátory: Katalyzátory pro krakování ve fluidním loži (FCC) z petrochemického rafinérského průmyslu obsahují značné množství lanthanu (La) a ceru (Ce).

Získávání vzácných zemin z těchto zdrojů nejen snižuje závislost na tradiční těžbě, která často způsobuje vážné environmentální problémy, jako je ničení krajiny a radioaktivní kontaminace, ale také vytváří stabilní, bezpečný a předvídatelný sekundární zdroj v rámci států.

Foto: Zdroj odpadu z elektronických plošných spojů (zdroj: en.reset.org).

Průlomy v technologii recyklace vzácných zemin

Recyklace vzácných zemin je velkou technologickou výzvou. Několik nedávných výzkumných průlomů však otevřelo možnosti pro její rozsáhlou komercializaci.

Hydrometalurgie – Hlavní proud: Toto je nejrozšířenější a nejpoužívanější metoda. Vědci z Amesovy laboratoře (USA) a Univerzity KU Leuven (Belgie) vyvinuli účinné hydrometalurgické procesy pro rozpouštění magnetického prášku NdFeB v kyselině a následné použití technik extrakce rozpouštědlem k regeneraci oxidů vzácných zemin s čistotou přes 99,5 %. V poslední době se výzkum zaměřil na použití slabších organických kyselin (jako je kyselina citronová, kyselina glukonová) ke zvýšení selektivity a snížení dopadu na životní prostředí.

Nové a „zelenější“ technologie – Budoucí vyhlídky:

+ Přímá recyklace: Slibným přístupem je přímé opětovné použití slitin ze starých magnetů bez oddělování jednotlivých prvků. Společnost Urban Mining Company (USA) komercializovala proces s názvem „Magnet-to-Magnet“, při kterém se odpadní magnety zpracovávají za účelem odstranění povlaku, poté se rozemele na prášek a znovu se z nich vyrábějí nové magnety. Tento proces ve srovnání s výrobou z rudy výrazně šetří energii a náklady.

+ Použití iontových rozpouštědel: Výzkumníci z Queen's University v Belfastu (Spojené království) prokázali možnost použití několika typů iontových rozpouštědel k selektivnímu rozpouštění oxidů vzácných zemin z odpadního fluorescenčního prášku. Laboratorní výsledky ukazují, že účinnost regenerace europia může dosáhnout více než 90 % při vysoké čistotě. Přestože jsou náklady na iontová rozpouštědla stále vysoké, jejich opětovná použitelnost a šetrnost k životnímu prostředí jsou velkou výhodou.

+ Bioloužení: Toto je nová, ale potenciální oblast výzkumu. Vědci z University of Idaho (USA) zjistili, že bakterie Gluconobacter jsou schopny produkovat kyselinu glukonovou, která pomáhá rozpouštět vzácné zeminy z tepelně ošetřených magnetů. Laboratorní výsledky ukazují, že lze získat zpět až 70 % neodymu. Ačkoli je tento proces pomalý a ne příliš efektivní, otevírá zcela udržitelný směr s minimální spotřebou energie a bez vzniku toxických chemikálií.

Foto: Recyklace magnetů ze vzácných zemin (zdroj: https://eco-recycle.co.uk/).

Aktuální situace, výzvy a plán pro Vietnam

Pro Vietnam je „městská těžba“ vzácných zemin oblastí, která je téměř zcela ponechána otevřenou. V současné době nemáme systematický systém pro sběr, třídění a zpracování elektronického odpadu a průmyslového odpadu obsahujícího vzácné zeminy. Recyklační činnosti (pokud nějaké probíhají) jsou převážně ruční a v malém měřítku, přičemž se získávají především běžné kovy, jako je měď, hliník a železo, zatímco vzácné prvky vzácných zemin se ztrácejí a uvolňují do životního prostředí.

Pro Vietnam je to však příležitost vybudovat moderní a udržitelný průmysl recyklace vzácných zemin od samého začátku. K tomu je zapotřebí jasný plán s konkrétními kroky:

Stanovení politického rámce a systému sběru: Stát by měl vydat politiky na podporu a nařizování sběru produktů vzácných zemin, které dosáhly konce svého životního cyklu. Předpokladem je zavedení účinného celostátního systému sběru a třídění elektronického odpadu a průmyslového odpadu.

Silné investice do výzkumu a vývoje: Je třeba vytvořit národní vědeckotechnický program pro recyklaci strategických materiálů, který upřednostní zdroje pro výzkumné ústavy a univerzity s cílem:

+ Výzkum a zvládnutí základních recyklačních technologií: Zaměření na optimalizaci hydrometalurgického procesu, vhodného pro specifické druhy odpadu ve Vietnamu. Díky stávajícím zkušenostem v hydrometalurgii a těžbě primárních rud se jednotky, jako je Ústav technologie vzácných kovů, mohou k této technologii rychle přiblížit a zvládnout ji.

+ Výzkum nových technologií, volba zkratek: Věnujte zdroje výzkumu pokročilých směrů, jako je použití iontových rozpouštědel a hydrobiologie. I když se jedná o dlouhodobé studie, zahájení nyní pomůže Vietnamu nezaostávat v technologickém ohledu.

Výstavba pilotních zařízení pro zpracování a recyklaci (Pilot Plant): Po dosažení pozitivních výsledků výzkumu a vývoje je nutné investovat do výstavby pilotních recyklačních zařízení, aby se technologie ověřila, vyhodnotila ekonomická efektivita a zdokonalil proces před nasazením v průmyslovém měřítku.

Posilování mezinárodní spolupráce: Poučení se ze zkušeností předních zemí při budování politik, systémů sběru a transferu pokročilých technologií recyklace.

Rozvoj odvětví recyklace vzácných zemin není jen ekonomickým a environmentálním řešením, ale také otázkou zabezpečení zdrojů. „Těžbou“ použitých technologických produktů může Vietnam vytvořit stabilní sekundární dodávky vzácných zemin, snížit závislost na vnějších faktorech a přispět k budování oběhového, zeleného a udržitelného hospodářství.

Ústav pro vzácné radioaktivní technologie, Vietnamský institut pro atomovou energii

Zdroj: https://mst.gov.vn/khai-thac-do-thi-dat-hiem-tu-phe-thai-cong-nghe-den-nguon-tai-nguyen-chien-luoc-197250731091535427.htm