Các nguồn tái chế đất hiếm

Ngày nay, nhiều công nghệ hiện đại, từ sản xuất ắc quy ô tô điện cho đến tivi màn hình phẳng, đều phải đưa vào nguồn cung hạn chế của các nguyên tố đất hiếm.Các nguyên tố đất hiếm, ví dụ tecbi một kim loại ánh bạc, mềm đến mức có thể cắt bằng dao có nhiều ứng dụng độc đáo, như trong sản xuất siêu nam châm, chất xúc tác hoặc chất siêu dẫn. Điều đó khiến cho chúng trở thành không thể thay thế trong nhiều thiết bị và máy móc kỹ thuật ngày nay.Theo dự báo của các công ty quan sát thị trường, nhu cầu nguyên tố đất hiếm trên toàn cầu sẽ tăng lên tối thiểu 185.000 tấn vào năm 2015. Tuy trữ lượng nhiều nguyên tố đất hiếm trên trái đất tương đối phong phú, nhưng trữ lượng nhiều nguyên tố đất hiếm khác rất hạn chế và hiện nay nguồn cung đang thiếu. Một số báo cáo cho biết, nguồn cung tecbi và dyprosi sẽ chỉ còn đủ cho 30 năm tới.Trong bối cảnh đó, việc TÁI CHẾ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM không chỉ cho phép chúng ta bảo tồn nguồn tài nguyên quan trọng này và bảo vệ môi trường mà còn mang lại những lợi ích kinh tế to lớn.

MỤC LỤC

1.ĐẶT VẤN ĐỀ

2.NGUỒN TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM

2.1 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ NƯỚC THẢI

2.2 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ TRO BAY

2.3 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ

2.4 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ NAM CHÂM

3.NHỮNG DỰ ÁN TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM Ở VIỆT NAM 4.TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.ĐẶT VẤN ĐỀ.

Ngày nay, nhiều công nghệ hiện đại, từ sản xuất ắc quy ô tô điện cho đến tivi màn hình phẳng, đều phải đưa vào nguồn cung hạn chế của các nguyên tố đất hiếm.

Các nguyên tố đất hiếm, ví dụ tecbi - một kim loại ánh bạc, mềm đến mức có thể cắt bằng dao - có nhiều ứng dụng độc đáo, như trong sản xuất siêu nam châm, chất xúc tác hoặc chất siêu dẫn Điều đó khiến cho chúng trở thành không thể thay thế trong nhiều thiết bị và máy móc kỹ thuật ngày nay.

Theo dự báo của các công ty quan sát thị trường, nhu cầu nguyên tố đất hiếm trên toàn cầu sẽ tăng lên tối thiểu 185.000 tấn vào năm

2015 Tuy trữ lượng nhiều nguyên tố đất hiếm trên trái đất tương đối phong phú, nhưng trữ lượng nhiều nguyên tố đất hiếm khác rất hạn chế và hiện nay nguồn cung đang thiếu Một số báo cáo cho biết, nguồn cung tecbi và dyprosi sẽ chỉ còn đủ cho 30 năm tới.

Trong bối cảnh đó, việc TÁI CHẾ CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM không chỉ cho phép chúng ta bảo tồn nguồn tài nguyên quan trọng này và bảo vệ môi trường mà còn mang lại những lợi ích kinh tế to lớn.

2.NGUỒN TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM

2.1 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ NƯỚC THẢI

Tuy nhiên, cho đến nay những cố gắng tìm cách tái chế nguyên tố đất hiếm từ nước thải công nghiệp đều chỉ là phương pháp với chi phí rất cao hoặc không thực tế Một trong những thách thức lớn nhất khi tái chế là các nguyên tố đất hiếm thường có mặt ở hàm lượng rất thấp trong các nguồn nước thải như vậy.

Theo kết quả mới đăng trên Tạp chí Vật liệu ứng dụng của Hội Hóa học Mỹ, nhà hóa học Zhang Lin và đồng nghiệp cho biết họ đã tìm ra phương pháp mới để tái chế nguyên tố đất hiếm từ nước thải Công nghệ mới này có thế giúp giảm thiểu các áp lực về kinh tế và môi

Nhóm nghiên cứu của Zhang Lin biết rằng vật liệu nano magiê

hydroxit có hiệu quả trong việc loại bỏ một số kim loại và thuốc

nhuộm ra khỏi nước thải Vì vậy, họ đã tìm cách nghiên cứu cơ chế hoạt động của hợp chất này và thử xen nó có hiệu quả trong việc tách các nguyên tố đất hiếm hay không.

Để thử nghiệm ý tưởng của mình, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hạt Mg(OH)2 nano không đắt tiền, có hình dạng giống những bông hoa khi quan sát dưới kính hiển vi công suất cao Kết quả khảo sát trong điều kiện mô phỏng thực tế cho thấy, Mg(OH)2 nano có khả năng thu giữ hơn 85% nguyên tố đất hiếm có mặt trong nước thải Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn phát triển phương pháp tách tiếp các hạt nguyên tố đất hiếm không di chuyển và bã Mg(OH)2 còn lại bằng cách thay đổi độ pH của dung dịch.

Những thí nghiệm ở quy mô pilot của nguyên cứu trên cho thấy,

Mg(OH)2 nano có tiềm năng lớn trong việc tái chế nguyên tố đất hiếm

từ nước thải công nghiệp.

Chất này còn có thể giúp thu hồi đất hiếm vốn rất loãng trong nước thải công nghiệp, với giá thành rẻ hơn nhiều so với khai thác đất hiếm từ lòng đất.

Các công ty thăm dò khoáng sản đang nỗ lực phá thế độc quyền kim loại đất hiếm của Trung Quốc, nhưng một công nghệ tái chế mới có thể làm giảm tình trạng cung ứng hạn chế một số kim loại đất hiếm Điều này gây lo lắng cho các nước phương Tây, bởi các kim loại này rất cần thiết cho chế tạo điện thoại di động, ắc qui xe hơi hybrid, TV màn hình phẳng và công nghệ xanh.

“Tái chế đất hiếm từ nước thải không chỉ tiết kiệm được các nguồn tài nguyên đất hiếm và bảo vệ môi trường, nhưng cũng đem lại lợi ích kinh tế đáng kể,” Zhang Lin và các đồng nghiệp nghiên cứu cho hay.

2.2 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ TRO BAY

Tro bay, trước tiên được sử dụng để sản xuất bê tông, là một trong những chất thải từ các nhà máy điện than Trước tiên thiết bị lọc phân tử thu gom tro bay từ các ống khói của nhà máy điện than Trước đây người ta thả tro này ra không khí, nhưng giờ đây nhờ có

thu gom chất thải này Ở Mỹ, tro bay nói chung được thu gom tại các nhà máy điện than để chôn lấp, 43 % tro này được tái chế để sử dụng.

Hiện đại so với nguồn tài nguyên truyền thống

Trong khi không có tậo trung cao các nguyên tố đất hiếm trong tro bay – chỉ vài phần triệu –quá trình tách đất hiếm lại rất ít tốn kém hơn là quá trình khai thác và chế biến quặng đất hiếm từ công

nghiệp khai khoáng Trong lúc các phương pháp truyền thống cần phải khai thác bằng thiết bị và nhân lực, phương pháp của Neumann chỉ việc múc tro bay đã có sẵn Tro bay cũng chứa nhiều nguyên tố, trong đó có một loạt các nguyên tố đất hiếm.

David Neumann , CEO của Neumann Systems, coi sản phẩm phế thải này là một nguồn tiềm năng cao đem lại doanh thu, trong đó có các nguyên tố đất hiếm có tiềm năng mạnh, như là neodymium, yttrium,

và europium Ông này tin chắc là trong lúc các mỏ đất hiếm của Trung Quốc đang trở thành gần như độc quyền sản xuất đất hiếm, thì công ty của ông có thể tách các nguyên tố đất hiếm như thế từ tro bay với giá cả còn cạnh tranh hơn.

Theo Trung tâm nghiên cứu Năng lượng Mỹ Appalachia , lĩnh vực đất hiếm sẽ dựa vào nguồn cung cấp tin tưởng hơn từ tro bay

Nghiên cứu của Công ty cho thấy quá trình khắc phục hậu quả ở đây

là khả năng chuyển đổi chất thải nguy hại tro bay thành các kim loại chiến lược với giá trị cao bằng cách tinh chế tro bay với một chi phí nhỏ hơn 200 đô la mỗi tấn Ngoài ra các công ty điện lực vốn đang chịu áp lức từ Cơ quan bảo vệ môi trường là phải kiểm soát việc thải tro bay, việc tận dụng đất hiếm từ tro bay đã chuyển đổi chất thải thành những nguyên liệu quan trọng và đem lại lợi nhuận

nhiều Neumann Systems mới đây đã đầu tư vào một qui trình khiến các giới đầu tư đất hiếm quan tâm Hiện nay Công ty đang trong giai đoạn làm thủ tục đăng ký ba bằng sáng chế về chiết tách đất hiếm từ tro bay này và cũng thành lập một bộ phận, NeuMetals, để thương mại hoá qui trình này.

Tháng trước, một thông báo báo chí của Neumann Systems cho biết qui trình tách các nguyên tố này đã tách được hơn 60 % kim loại có sẵn trong chất thải tro bay ra khỏi những mẫu tro lấy từ một nhà máy điện than Colorado Springs Các kim loại tách được gồm có 14 kim loại chiến lược và đất hiếm Công ty cũng cho biết thêm là qui trình cũng có thể tách các nguyên liệu nguy hại như thuỷ ngân và arsenic, đánh giá ban đầu cho thấy giá trị của các kim loại tách ra

có giá trị trong phạm vi 400 đến 750 đô la mỗi tấn tro.

“Chúng tôi thật phấn kích về kết quả này và tiếp tục trở lại nghiên cứu vào cuối mùa hè này,” Neumann nói trong một cuộc phỏng vấn với báo chí “Chúng tôi đã bỏ ra khoảng 600.000 đến 800.000 đô la

để sắm thiết bị mới và sẽ bắt đầu tiếp sau những kết quả tốt.”

Đúng chỗ vào đúng thời điểm

Trong khi phát kiến này là một cuộc đảo lộn tài chính lớn cho Công

ty, thời điểm đưa ra thông báo có lẽ cũng thu hút các nhà đầu tư tiềm năng Đầu năm nay, cuộc tranh cãi đã chín muồi trong lĩnh vực đất hiếm ở Mỹ sau khi trình báo cáo của Lầu Năm góc ra Quốc hội, báo cáo này cho rằng cung cấp đất hiếm trong nước Mỹ có thể đáp ứng nhu cầu của ngành công nghiệp quốc phòng Mỹ vào 2013.

Mặc dù người ta phải mất trên một năm để hoàn thành báo cáo này, vài chuyên gia công nghiệp lại không nhất trí với Ed Richardson, Chủ tịch của Hiệp hội Vật liệu Từ tính Mỹ (MMA), gán cho là “ ngây thơ” và “thiếu thông tin”, thêm rằng “không có nhà sản xuất đất hiếm nào nữa ở Mỹ.”

Qui trình của Công ty Neumann đáp ứng hoàn hảo yêu cầu quan trọng là phát triển những hệ thống kiểm soát phát thải cho các nhà máy điện Phát minh này của NeuStream là một công nghệ mới sẽ được sử dụng để làm sạch phát thải từ nhà máy điện than Là một sản phẩm phụ của quá trình phát thải được chà soát kỹ, hệ thống cũng có thể sản xuất ra a xít sulfuric và a xít nitric-đây là hai hoá chất cần thiết để phân giải các nguyên tố đất hiếm ra khỏi tra bay.

“Bằng cách sử dụng các a xít được tạo ra từ các khí thải, chúng ta

có thể sử dụng a xít này và tiếp tục một qui trình rất sạch và chọn lọc,” Claire Ohman, một nhà khoa học cao cấp của Neumann

Systems nói “Chúng ta nhận được cái gì mà chúng ta muốn và cuối cùng chúng ta có tro bay sạch.”

Rob Fredell , Phó Gíam đốc phát triển kinh doanh của Neumann Systems, kết luận rằng bước tiếp theo của Cng ty là nâng đầu tư lên

từ 10 đến 20 triệu đô la từ quĩ hỗ trợ hoặc từ các nhà đầu tư để xây dựng một xưởng thực nghiệm có khả năng chế biến nhiều tấn tro bay mỗi ngày.

2.3 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ

Hiện nay, tái chế kim loại đất hiếm vẫn còn trong giai đoạn đầu, các nguyên liệu tái chế được giới hạn, kể cả phế liệu điện tử và các chất thải khác có các thành phần đất hiếm đáng kể, chẳng hạn như bóng đèn huỳnh quang và ổ đĩa cứng máy tính Trong khi đó, không có phương pháp tiêu chuẩn của tái chế đất hiếm và các công nghệ tái chế REE vẫn chưa trưởng thành, có nghĩa là nó là khó khăn và tẻ nhạt để trích xuất các kim loại đất hiếm từ các sản phẩm chất thải Theo EPA, trong năm 2009, 25% sản phẩm điện tử được thu thập để tái chế (38% các máy tính, 18% của TV, và 8% điện thoại di

động) Tương tự như vậy, chỉ có 3-5% của bóng đèn huỳnh quang compact (CFL) được tái chế Đây có thể là nguồn sẵn có nhất của vật liệu tái chế, do đó tăng tốc độ mà người tiêu dùng tái chế các sản phẩm cuối cùng chính là rất cần thiết Ngoài ra, một khi công nghệ được cải thiện, nhiều hơn và nhiều hơn nữa nguyên vật liệu công nghệ cao như chất thải từ nam châm neodymium, màn hình LCD bao gồm phốt pho như đất hiếm europium, terbi và yttrium-cũng như bóng đèn huỳnh quang, cũng có thể thu thập và sử dụng để trích xuất REE.

Ví dụ, các nhà khoa học được báo cáo việc phát triển một phương pháp mới để tái chế các nguyên tố đất hiếm từ nước thải.Những tiến

bộ mới trong công nghệ tái chế đã thực hiện khai thác đất hiếm từ các vật liệu này có tính khả thi hơn, và các nhà máy tái chế đang hoạt động tại Nhật Bản, nơi có khoảng 300.000 tấn đất hiếm được lưu trữ trong thiết bị điện tử không sử dụng Đức đã có thể tái chế 100-500 tấn mỗi năm Hơn thế nữa, ở Pháp, các nhóm Rhodia là thiết lập hai nhà máy, ở La Rochelle và Saint-Fons, rằng sẽ sản xuất 200 tấn một năm của đất hiếm từ sử dụng đèn huỳnh quang, nam châm và pin.

CÁC VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH VỀ TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ RÁC ĐIỆN TỬ:

• "Một cơ sở tái chế Massachusetts dựa trên đã tìm thấy một cách

để phục hồi 99% trọng lượng của terby một bóng đèn huỳnh quang Nhiệm vụ tiếp theo của nó là để trích xuất các nguyên tố đất hiếm (REE).

• "Các công ty đằng sau công nghệ, Veolia ES giải pháp kỹ thuật, nói rằng nó có thể tách các thành phần cốt lõi nhất của đèn huỳnh quang bao gồm kính, nhôm và thủy ngân, theo quản lý chất thải thế giới Bây giờ tái chế được làm việc trên cũng khai hoang các nguyên

tố đất hiếm từ phosphor bột được sử dụng trong ống kính của đèn.

• "Trung tâm hiện đang xử lý hơn 15 triệu bảng của ánh sáng và chất thải điện tử mỗi năm Cơ sở mới sẽ tăng cường năng lực cho các loại đèn huỳnh quang 150%.

• "Veolia tham gia một số công ty tìm cách để cứu vãn REE từ các sản phẩm khác nhau bao gồm cả xe, nam châm và pin Đầu năm nay Honda đã bắt đầu giải nén hơn 80% nguyên liệu đất hiếm từ pin nickel-metal hydride.

• "Nói chung, với công nghệ tiến từng bước, hệ thống tái chế REE

sẽ trở thành hơn và đầy đủ hơn trong tương lai."

• Một ví dụ đáng chú ý là của Honda chuyển vào năm 2013 với Nhật Bản kim loại và Hóa chất (JMC) để bắt đầu sử dụng lại các chất đất hiếm trong sử dụng nickel-metal hydride (NiMH) trong

những cái mới sau khi công bố ý định làm như vậy trong năm 2012 Hãng xe đang sử dụng nóng chảy muối điện phân để kéo vật liệu ra khỏi một oxit chiết xuất từ các loại pin: loại bỏ khoảng 80 phần trăm của những gì trong bản gốc Những chất này được được cung cấp cho một hãng sản xuất pin, đó là sử dụng chúng cho các vật liệu điện cực âm trong ắc quy xe hybrid.

• công ty của Bỉ UMICORE thực sự thực hiện này thương mại khả thi ngay cả sớm hơn so với Honda Công ty này đã xử lý hơn 350.000 tấn mỗi năm, trong đó công nghiệp các sản phẩm, chất xúc tác và cuối cùng của cuộc đời các sản phẩm, có một quan hệ đối tác với các công ty hóa chất Rhodia đó cũng là tập trung vào NiMH.

• Pin sạc NiMH được tìm thấy trong tất cả mọi thứ từ điện thoại không dây, đồ chơi và trò chơi vào các công cụ điện cho xe điện hybrid Có khoảng 1 gram (0,03 oz thứ đất hiếm trong một pin AAA

và lên đến 2 kg (£ 4, 6 ounces) trong một pin EV lai Pin Lithium-ion không có khả năng phục hồi tương tự.

• "Trong ngắn hạn, chúng tôi nghĩ rằng tái chế sẽ là một trong số

ít những vở đất hiếm với chuyển động đi lên", viết phân tích công

nghệ sạch Dallas Kachan, trong blog dự đoán hàng năm của ông năm 2014 "Tại sao? Phần lớn các ngành công nghiệp đã được tập trung vào các mỏ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về đất hiếm Nhưng tái chế đất hiếm là đà lặng lẽ, và đứng để tăng tốc vào năm 2014 cho các chi phí gia tăng khai thác, chi phí và tiến độ vượt ở mức cao hồ sơ các trang web như mỏ Mountain Pass California

Molycorp.

Honda Bây giờ Tái chế Kim loại đất hiếm Đối với Pin

Honda Motor Co, Ltd đã thông báo nó đã lập trình đầu tiên trên thế giới để tái sử dụng các kim loại đất hiếm được chiết xuất từ các loại pin nickel-metal hydride cho mới pin nickel-metal hydride tái chế nguồn tài nguyên quý giá.

Honda cho biết, cho đến nay, nó đã được giải nén một oxit có chứa các kim loại đất hiếm từ được sử dụng pin nickel-metal hydride tại nhà máy của Nhật Bản kim loại & Chemicals Co., Ltd (JMC).

Bây giờ, bằng cách áp dụng điện phân muối nóng chảy để oxit này, Honda đã thành công trong việc chiết xuất kim đất hiếm có thể được

sử dụng trực tiếp làm nguyên âm-điện cực cho pin nickel-metal

hydride.

Honda cho biết rằng các kim loại đất hiếm được chiết xuất trong quá trình này có độ tinh khiết cao hơn 99 phần trăm, mà là cao với các kim loại đất hiếm thường được giao dịch, mới được khai thác.

Ngoài ra, quá trình mới cho phép khai thác nhiều như trên 80 phần trăm của các kim loại đất hiếm chứa trong pin nickel-metal hydride.

Theo quy trình mới được thành lập, các kim loại đất hiếm được chiết xuất sẽ được cung cấp từ JMC cho một nhà sản xuất pin vào đầu tháng Ba, sẽ tái sử dụng chúng làm nguyên âm-điện cực cho nickel- metal hydride pin cho xe hybrid.

Lần này, các kim loại đất hiếm được chiết xuất từ loại pin metal hydride thu thập từ 386 Honda hybrid xe đãđược lưu trữ trước khi được bán trên nhưng đã trở thành không sử dụng được bởi các trận động đất lớn Đông Nhật Bản.

nickel-Hơn nữa, ngay sau khi một khối lượng đủ được đảm bảo, Honda cho biết họ sẽ bắt đầu áp dụng quá trình tương tự và tái chế kim loại đất hiếm được chiết xuất từ sử dụng pin nickel-metal hydride được thu thập bởi các đại lý Honda thông qua thay thế pin.

Honda cho biết, phấn đấu để trích xuất các kim loại đất hiếm, không chỉ từ pin nickel-metal hydride mà còn từ các bộ phận được sử dụng khác nhau để đạt được tái chế hơn nữa các nguồn lực hạn chế và quý giá.

2.4 TÁI CHẾ ĐẤT HIẾM TỪ NAM CHÂM

Các nhà khoa học ở phòng thí nghiệm Ames trực thuộc Bộ năng

lượng Hoa Kỳ vừa cho biết họ đã thành công trong việc tái chế các nguyên tố đất hiếm vốn được sử dụng ở các nam châm.