Из-за ужесточения экспортных ограничений Китая на поставки галлия и германия, в Австралии занялись изучением способов извлечения этих двух минералов из отходов продукции горнодобывающей отрасли. Из отходов переработки глинозема (или оксида алюминия) можно получить галлий, а очистка отходов руды от добычи цинка позволяет получить германий, пишет ресурс Tom's Hardware.

Источник изображения: Dominik Vanyi/unsplash.com

Для решения этой проблемы в Австралии привлекли Организацию научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO).

В начале 90-х годов в Австралии производили галлий, но из-за отсутствия спроса производство прекратилось. Однако спустя 30 лет рынок изменился и сейчас в мире наблюдается высокий спрос на микросхемы, для производства которых используются редкоземельные элементы.

В настоящее время в стране функционирует пять глиноземных заводов, ещё один приостановил работу в начале этого года. Австралия является третьим по величине экспортером цинка в мире, что говорит о больших объёмах отходов от его производства и дает стране возможность инвестировать в технологии, которые позволят ей извлекать из них редкоземельные металлы. Ожидается, что развитие этого направление позволит повысить рентабельность горнодобывающей отрасли Австралии помимо того, что обеспечит США и их союзников альтернативой поставкам редкоземельных металлов из Китая.

По информации The New York Times, власти Китая предпринимают все усилия для того, чтобы увеличить концентрацию контролируемых ресурсов по добыче и экспорту редкоземельных минералов, необходимых для производства передовых электронных компонентов. Данная отрасль может стать для КНР тем рычагом влияния на недружественные страны, который позволит отвечать на санкции в адрес Поднебесной.

Источник изображения: Unsplash, Dominik Vanyi

Власти Китая, по словам источников, последовательно предпринимают всё больше шагов, направленных на усложнение покупки редкоземельных минералов зарубежными компаниями. В частности, до конца этого года на территории КНР должны перейти под контроль правительственных структур две последние базы по добыче диспрозия — химического элемента, который может применяться при выпуске магнитов и высокопроизводительных чипов, устойчивых к воздействию высоких температур. За пределами Китая добывать и очищать диспрозий до нужного уровня и в достаточных для нужд промышленности масштабах почти никто не может.

Во многом это обусловлено усилиями китайских компаний по получению контроля за месторождениями сырья по всей планете. Кроме того, китайские учёные очень продвинулись в совершенствовании техпроцессов очистки сырья, позволяющих получать искомые минералы высокой степени очистки с более низкими материальными затратами. В Китае до конца этого года перейдут под контроль местной компании две последние площадки по добыче диспрозия, хотя сейчас ими владеют канадские инвесторы. Тем самым будет достигнута монополия Китая на поставку этого минерала, поскольку уже сейчас он контролирует более 99 % мирового рынка. Впрочем, канадские собственники бизнеса утверждают, что сделка с китайскими конкурентами сохранит за ними право поставлять диспрозий за пределы КНР на протяжении пяти последующих лет.

С первого октября китайские регуляторы усложнили процедуру экспортного контроля в отношении редкоземельных минералов. Эти шаги направлены на точное отслеживание всей цепочки поставок и предотвращение доступа к китайскому сырью отдельных недружественных стран. С середины сентября власти Китая также ограничили экспорт сурьмы, а галлий и германий находятся под особым контролем с прошлого года. Законодательство изменяется таким образом, что многие сведения, связанные с добычей и переработкой редкоземельных минералов, подпадают под категорию государственной тайны. В прошлом месяце двое фигурантов профильного уголовного дела были приговорены в Китае к 11 годам лишения свободы.

Альтернативными каналами поставки того же диспрозия могли бы стать Малайзия, Австралия, Франция или даже США, но себестоимость продукции соответствующих западных компаний окажется существенно выше, а объёмы поставок заметно ниже, чем у китайских конкурентов. Более того, за пределами Китая не так много доступных для западных инвесторов месторождений этого минерала. Китайская промышленность имеет преимущество не только в цене, но и в масштабах поставок, и власти страны готовы использовать этот аргумент во внешнеполитической борьбе.

Согласно статистике, из электронных отходов в Европе извлекается менее 1 % содержащихся в них редкоземельных элементов. Это делает регион крайне зависимым от поставок стратегического сырья из Китая, которое могло бы с выгодой извлекаться из электронного мусора на месте. Учёные из Швейцарии сделали шаг в этом направлении, создав технологию быстрого и недорого извлечения редкоземельных элементов из техники, вышедшей из употребления.

Источник изображения: ETH Zurich

Коллектив химиков из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) поставил перед собой цель выгодно извлекать редкоземельные элементы именно из мусора, хотя технически эти же реакции можно использовать для получения ценного сырья из руды. Редкоземельные элементы химически связаны с другими веществами как в изделиях, так и в руде, но переработка электронных отходов стоит на ступеньку выше в экологических приоритетах и поэтому важнее других инициатив.

Отправной точкой для исследования стало изучение тетратиометаллатов — неорганических молекул, содержащих четыре атома серы вокруг вольфрама или молибдена. Эти молекулы связывают металлы в природных ферментах и даже используются для противораковой терапии и при нарушениях обмена меди в организмах людей. Аналогичным образом тетратиометаллаты можно было бы приспособить для связывания редкоземельных элементов в составных растворах.

Свою работу с тетратиометаллатами учёные начали с извлечения европия из слоя люминофора ламп дневного света. Последние годы Швейцария избавляется от ламп дневного света, включая энергосберегающие, отправляя их на свалки за пределами страны. Вместе с лампами уходит потенциально ценное сырьё, которое также пропадает на свалках. В процессе экспериментов учёные разработали технологию выгодного извлечения европия из люминофора ламп.

Более того, предложенное решение помогло извлекать из лома в 50 раз больше европия, чем в случае предыдущих альтернативных техпроцессов. На волне успеха группа учёных создала стартап REEcover для коммерциализации технологии извлечения редкоземельных элементов из отходов электроники и обещает таким же образом извлекать из мусора другие редкие химические вещества, в которых Европа так нуждается.

Министерство энергетики США выделяет $32 млн на проведение проектно-конструкторских работ по разработке установок для извлечения редкоземельных и редких элементов из каменного угля и его отходов. США импортирует свыше 80 % необходимых для экономики редкоземельных и редких элементов, тогда как запасы угля в стране колоссальные. Для властей было бы желательно сохранить угледобывающую отрасль и с толком использовать этот ископаемый ресурс.

Источник изображения: Pixabay

Уголь и отходы угольного производства содержат широкий спектр ценных редкоземельных элементов, которые могут быть преобразованы в компоненты для производства продуктов на основе чистых энергетических технологий. В настоящее время в США насчитывается более 250 млрд т запасов угля, более 4 млрд т отходов угольного производства и около 2 млрд т угольной золы на различных площадках по всей стране. Из этого богатства (или мусора, как принято считать сегодня) необходимо научиться извлекать свыше 50 % (по массе) редкоземельных элементов и редких минералов и материалов.

Причём целевая задача состоит в том, чтобы научиться извлекать редкоземельные элементы в чистом виде или в качестве двойных соединений (солей), тогда как извлечение редких минералов является вторичной и не обязательной целью. Чистота полученного концентрата должна составлять не менее 75 весовых процентов, хотя в идеале нужно добиться 98 весовых процентов или выше, с последующей переработкой в чистые или двойные соединения редкоземельных элементов с концентрацией 90 % по массе.

Министерство намерено финансировать два уровня установок: промежуточную и демонстрационную. Промежуточная установка должна вырабатывать от 30 до 100 т смешанных редкоземельных оксидов/солей в год, а демонстрационная — от 1 до 3 т аналогичной продукции в сутки. Проекты будут финансироваться лишь в том случае, если заявители обоснуют экономическую целесообразность использования представленных установок и гарантируют достойные условия труда для рабочих, инклюзивность и экологическую безопасность.

Редкоземельные ресурсы на Земле постепенно становятся всё более ценными. Батареи, магниты, электродвигатели и электроника XXI века немыслимы без компонентов из редкоземельных элементов. Тем ценнее каждое открытое на Земле месторождение таких металлов и оно становится бесценным при находке в развитых странах, где всё давным-давно разведано. Например, как только что обнаруженное в Швеции крупнейшее в Европе месторождение редкоземельных металлов.

Месторождение редкоземельных металлов обозначено синим цветом. Источник изображений: LKAB

О находке сообщила шведская государственная горнодобывающая компания LKAB. В найденных залежах более миллиона тонн оксидов редкоземельных металлов, которые будут бесценны в гонке за углеродной нейтральностью и не только. Сырьё было найдено при исследовании месторождения Пер Гейер (Per Geijer) рядом с рудником Кируна в Лапландии, крупнейшим и самым современным подземным железорудным рудником в мире (что лишний раз подчёркивает важность работы в Арктике для России).

Сегодня в Европе не ведётся добыча редкоземельных металлов, хотя проекты на этот счёт разрабатываются и касаются они в первую очередь добычи солей металлов из минеральных источников. Доминирует в сфере добычи и производства «металлов XXI века» Китай, на долю которого приходится до 61 % предложений на мировом рынке. США находятся на втором месте, но это всего лишь 15 % рынка.

Из всех известных земной науке 17 редкоземельных металлов самым большим на сегодня спросом пользуется неодим. В сплаве с бором и железом неодим становится самым сильным постоянным магнитом, что позволяет выпускать мощные и эффективные электрические двигатели, а это электромобили, электрогенераторы и робототехника, не говоря о перспективных способах записи данных на магнитных носителях.

Но важно помнить также о других назначениях редкоземельных металлов. Каждая автомобильная тяговая батарея использует около одного килограмма редкоземельных металлов, а каждая ветряная турбина — до 600 кг, если верить данным аналитиков Mining Technology. И вполне естественно, что спрос на такие элементы в течение ближайших десятилетий будет расти стремительными темпами. Отдавать всё это в значительной степени Китаю нельзя как из рыночных, так и стратегических соображений.

Находка месторождения редкоземельных металлов в Швеции открывает перед Европой окно возможностей. Компания LKAB намеревается начать разработку месторождения как можно скорее. В то же время в LKAB подчёркивают, что принятый в ЕС процесс получения разрешения на разработку не позволит ей начать поставлять сырьё раньше, чем через 10 или 15 лет, а то и в течение более длительного времени. Вероятно, в этой сфере придётся срочно менять законодательство, что для крайне забюрократизированной Европы будет непросто и болезненно.

Власти Японии утвердили ряд новых проектов, один из которых затрагивает добычу редкоземельных элементов. До 60 % таких ресурсов Япония импортирует из Китая, что угрожает национальной безопасности страны, ведь эти ресурсы используются в передовой электронике и в электрических машинах. Для снижения этой зависимости Япония запускает проект по добыче редкоземельных элементов со дна океана, который надеется осуществить в 2024 году.

Источник изображений: Nikkei

Достаточные для экономически оправданной добычи редкоземельных элементов залежи обнаружены в районе острова Минами-Торисима — это коралловый атолл в Тихом океане примерно в 1900 км к юго-востоку от Токио. Редкоземельные металлы находятся в слое ила на дне, на глубине около 6000 м. Задача поднять ил с такой глубины нетривиальна сама по себе (это не нефть и не газ, которые пойдут под собственным давлением вверх из скважины). Работы в этом районе осложнит как сильное течение Куросио, так и сезонные тайфуны, путь которых традиционно лежит через эти области.

Не так давно японский парламент одобрил выделение 6 млрд иен ($44 млн) на этот проект. Эти деньги будут потрачены на разработку насосов и изготовление труб длиной до 6000 м для использования в добыче. Пробная добыча залежей с глубины 2470 м морского дна в период с августа по сентябрь показала, что мероприятие может увенчаться успехом. Впрочем, детальный план подготовки промышленной добычи с 2024 года ещё предстоит разработать, на что уйдёт значительная часть 2023 года.