يمكن للحقول الكهربائية استخراج المعادن الأرضية النادرة بضرر أقل

يمكن استخراج العناصر الأرضية النادرة المستخدمة في الهواتف الذكية والسيارات الكهربائية من الأرض بشكل أكثر استدامة باستخدام المجالات الكهربائية.

اليوم، يتم استخراج معظم المعادن الأرضية النادرة المستخدمة في الإلكترونيات باستخدام مواد كيميائية سامة لاستخراج العناصر من الخام المعدني. أثناء عملية التعدين، يتم إطلاق آلاف الأطنان من النفايات الكيميائية، والتي يمكن أن تلوث المياه الجوفية والتربة القريبة. لكن تركيز هذه العناصر معًا باستخدام الشحنات الكهربائية يمكن أن يقلل بشكل كبير من كمية المواد الكيميائية الضارة بالبيئة اللازمة.

يقول جيانكسي تشو، من معهد قوانغتشو للكيمياء الجيولوجية في الصين: “تخيل حشدًا من الناس يتم توجيههم عبر متاهة بواسطة أضواء اتجاهية – وبالمثل، يتم دفع العناصر الأرضية النادرة من الخام بواسطة المجال الكهربائي نحو نقاط تجميع محددة”. “تضمن هذه الحركة الخاضعة للتحكم كفاءة التعدين مع الحد الأدنى من الاضطراب البيئي.”

ابتكر تشو وزملاؤه أقطابًا بلاستيكية مرنة تشبه الصفائح – يبلغ عرض كل منها 10 سنتيمترات وأطوال قابلة للتخصيص – مصنوعة من مواد غير معدنية يمكنها توصيل الكهرباء. وفي رواسب أرضية نادرة في جنوب الصين، أدخلوا 176 قطبًا كهربائيًا في فتحات فردية تم حفرها على عمق 22 مترًا في الصخر.

بعد ذلك، قاموا بحقن كبريتات الأمونيوم، وهو نوع من الملح غير العضوي، في الخام لإذابة وفصل العناصر الأرضية النادرة كأيونات مشحونة. ثم قاموا بتنشيط الأقطاب الكهربائية لإنشاء مجال كهربائي بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة الشحنة. قام هذا المجال الكهربائي بتحريك العناصر الأرضية النادرة نحو الأقطاب الكهربائية المشحونة بشكل إيجابي، مما أدى إلى تركيزها معًا. ويمكن بعد ذلك نقل العناصر إلى أحواض المعالجة لإجراء عمليات تنقية وفصل إضافية.

وقد مكّن هذا النهج الباحثين من تقليل كمية المواد الكيميائية الضارة المستخدمة في استخراج العناصر الأرضية النادرة بشكل كبير، مما أدى إلى خفض انبعاثات الأمونيا ذات الصلة بنسبة 95 في المائة. ويمكن أن يساعد ذلك في منع الكثير من تلوث المياه والتربة الذي تنتجه عمليات استخراج المعادن النادرة اليوم.

كما أثبتت عملية المجال الكهربائي هذه فعاليتها بنسبة 95% في استخلاص العناصر الأرضية النادرة من 5000 طن من الخام، في حين أن العمليات الكيميائية وحدها تحقق عادةً كفاءة بنسبة 40 إلى 60% فقط، كما يقول تشو.

لكن طريقة التعدين الجديدة ستؤدي أيضًا إلى رفع تكاليف الكهرباء لعمليات استخراج المعادن النادرة – كما أن زيادة استهلاك الكهرباء قد يعني المزيد من انبعاثات الكربون. لقد أظهر الباحثون بالفعل كيفية تقليل تكاليف الكهرباء عن طريق تشغيل ثلث الأقطاب الكهربائية فقط في أي وقت. يقول تشو إن الوصول إلى الطاقة المتجددة والتحسينات في تكنولوجيا الأقطاب الكهربائية يمكن أن يساعد أيضًا في تقليل الطلب على الطاقة والانبعاثات الناتجة عن عملية التعدين.

ويقول أمين ميركوي من جامعة أيداهو إن هذه التكنولوجيا لديها القدرة على أن تكون حلاً مستدامًا في المستقبل القريب. لكنه حذر من أنها تواجه تحديات عملية، بما في ذلك تكاليف الطاقة لهذه الطريقة والوقت الطويل – 60 يومًا – الذي يتطلبه زيادة الكفاءة بنسبة تصل إلى 95%.