العناصر الأرضية النادرة تُستخدم في مجموعة واسعة من التقنيات الحديثة، بدءًا من توربينات الرياح وحتى الهواتف. على الرغم من أن العناصر ليست نادرة جدًا، إلا أنه من الصعب استخلاصها وتنقيتها.

طور فريق بقيادة باحثين من جامعة نورث إيسترن في الولايات المتحدة طريقة جديدة لسحب العناصر الأرضية النادرة من النفايات التي خلفتها تعدين الفحموهو ما يصل إلى ثلاثة أضعاف كفاءة الأساليب الحالية.

وتتكون النفايات، التي تسمى مخلفات الفحم، من صخور مطحونة بدقة، ومياه، وجزيئات من الفحم، ولدينا كميات هائلة من هذه المادة تتراكم في حفر مصممة لمنعها من تلويث البيئة.

متعلق ب: ما مدى جدوى تعدين الكويكبات؟ دراسة جديدة تبحث

يتم استخدام معظم هذه النفايات في الولايات المتحدة في النهاية لتجميع مواد البناء، أو يتم التخلص منها ببساطة. تشير التقديرات إلى أنه يمكن استخراج أكثر من 600 كيلو طن من العناصر الأرضية النادرة من كل 1.5 مليار طن من مكب النفايات هذا، وهو أمر كافحت العمليات الحالية لإدارته بكفاءة.

تتضمن عملية الاستخراج الجديدة هذه خطوتين رئيسيتين: طهي مخلفات الفحم في محلول قلوي أثناء تسخينه بواسطة أفران الميكروويف، ثم استخدام معالجة حمض النيتريك لفصل العناصر النادرة عن بقية الصخور.

“تظهر النتائج أن المعالجة القلوية لمخلفات الفحم قبل الهضم الحمضي تؤثر بشكل كبير على كفاءة استخلاص العناصر الأرضية النادرة، مع الحد الأدنى من الاستخلاص في المحلول القلوي”. يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

يتطلب استخراج العناصر الأرضية النادرة من مخلفات الفحم إخراجها من المعادن الطينية التي تحيط بها بإحكام. وهذا ما جعل طرق الاستخراج السابقة غير فعالة، ودفع العلماء إلى البحث في مكان آخر من أجل العناصر الأرضية الخاصة بهم.

ويقول الباحثون إن عملية الاستخراج المستخدمة في الدراسة قد يكون من الصعب توسيع نطاقها. (أليسا ستون/جامعة نورث إيسترن)

تعمل المعالجة القلوية المدمجة والتسخين بالميكروويف على تغيير بنية المعادن التي تحتوي على العناصر، مما يحول مخلفات الفحم إلى شكل أكثر مسامية.

“اتضح أن ما تفعله هو في الواقع تغيير البنية الصلبة لهذه المادة،” يقول عالم الأحياء الكيميائي داميلولا دارامولا، من جامعة نورث إيسترن.

أحد العناصر الأرضية النادرة التي تستخرجها هذه العملية هو النيوديميوموهو عنصر يستخدم في المغناطيسات عالية القوة، والسيارات الكهربائية، ومحركات الكمبيوتر، وتوربينات الرياح – وكلها أمور بالغة الأهمية في حياتنا المعاصرة وتحولنا المستمر إلى التكنولوجيا الأكثر مراعاة للبيئة.

وكل هذا يعد أمرا واعدا للغاية حتى الآن، ولكن لا تزال هناك تحديات متعددة. قد تمثل عملية الاستخراج تحسنا حقيقيا من حيث الكفاءة، لكنها تظل باهظة الثمن وقد يكون من الصعب التوسع فيها.

في حين أن هناك وفرة من مخلفات الفحم للاستفادة منها – حوالي 2 مليار طن احتياطي في ولاية بنسلفانيا الأمريكية وحدها، على سبيل المثال، فإن التركيبات المعدنية لهذه الصخور سوف تختلف تبعا للموقع. وسوف تحتاج عملية الاستخراج إلى تحسين في كل حالة.

علاوة على ذلك، هناك الكثير من العناصر المفيدة الأخرى داخل مخلفات الفحم، مثل المغنيسيوم، ومن الأفضل أن يتم استخراجها في نفس الوقت مع العناصر الأرضية النادرة. وهذا اعتبار آخر يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار.

متعلق ب: ما يقرب من 100 مليار دولار من العناصر الأرضية النادرة قد تكون مدفونة في الولايات المتحدة

بعد كل ما سبق، فإن الزيادة الهائلة في كفاءة الاستخراج هي أمر يستحق الاحتفاء به، حتى مع التحذيرات المرفقة: لم يكن الطلب على العناصر الأرضية النادرة أكبر من أي وقت مضى، وسنحتاج إلى الكثير منهم في السنوات المقبلة.

“يوفر هذا النهج رؤى جديدة حول آليات إطلاق العناصر الأرضية النادرة وإمكانية تحسين المعالجة القلوية لنفايات الفحم من أجل استخلاص العناصر الأرضية النادرة بكفاءة.” يكتب الباحثين.

وقد تم نشر البحث في العلوم البيئية والتكنولوجيا.

إقرأ المزيد