Het mijnen van zeldzame aardmetalen voor smartphones, elektrische auto’s en windturbines is schadelijk voor het milieu. Het gebruik van elektrische velden kan deze mijnbouw duurzamer maken.
Zeldzame aardmetalen zijn duurzamer uit de grond te halen met behulp van elektrische velden. De Chinese geochemici die dit proces ontwikkelden, publiceerden hun vondst in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Sustainability.
Door een doolhof
Momenteel worden de meeste zeldzame aardmetalen die in elektronica worden gebruikt, gewonnen uit mineraalertsen met behulp van giftige chemicaliën. Bij dit proces komen duizenden tonnen chemisch afval vrij, die het grondwater en de bodem in de buurt vervuilen. Maar door de aardmetalen met behulp van elektrische ladingen samen te laten klonteren, kan de benodigde hoeveelheid milieuonvriendelijke chemicaliën drastisch omlaag.
De robot neemt steeds meer werk van ons over, maar zal de mens niet werkloos maken
Robots doen in grote fabrieken een deel van het werk dat voorheen door mensen werd gedaan. Econoom Hans Koster onderzocht wat de gevolgen van het inze ...
‘Stel je een menigte voor die door een doolhof wordt geleid – op dezelfde manier worden zeldzame aardelementen door het elektrische veld uit het erts gedreven naar specifieke verzamelpunten’, zegt geochemicus Jianxi Zhu van het Guangzhou Institute of Geochemistry in China. ‘Dit zorgt voor efficiënte mijnbouw met minimale verstoring van het milieu.’
Eenrichtingsverkeer
Zhu en zijn collega’s maakten flexibele plastic velletjes elektroden – elk 10 centimeter breed met verschillende lengtes – uit niet-metaalhoudende materialen die elektriciteit geleiden. Bij een afzetting van zeldzame aardmetalen in het zuiden van China brachten ze 176 van deze elektroden aan in gaten die 22 meter diep in het gesteente waren geboord.
Vervolgens injecteerden ze ammoniumsulfaat, een soort anorganisch zout, in het erts om de zeldzame aardelementen op te lossen en te scheiden in de vorm van geladen atomen. Daarna activeerden ze de elektroden, zodat er een elektrisch veld ontstond. De zeldzame aardelementen bewogen naar de positief geladen elektroden, waar ze ophoopten. De elementen konden daar worden verzameld en werden vervolgens bewerkt met aanvullende zuiverings- en scheidingsprocessen.
Met deze aanpak konden de onderzoekers de hoeveelheid schadelijke chemicaliën voor de winning van de zeldzame aardelementen sterk verminderen. Ook de bijbehorende ammoniakuitstoot wisten ze met 95 procent terug te dringen. Dit zou een groot deel van de water- en bodemverontreiniging bij de mijnbouw van zeldzame aardmetalen kunnen helpen voorkomen.
De techniek bleek 95 procent efficiënt te zijn bij het winnen van zeldzame aardelementen uit 5000 ton erts. Dit terwijl chemische processen meestal slechts 40 tot 60 procent opleveren, zegt Zhu.
Kostbaar kunstje
De nieuwe methode zou wel de elektriciteitskosten voor de winning van aardmetalen flink verhogen – wat tot meer koolstofuitstoot kan leiden. De onderzoekers hebben al aangetoond hoe ze de elektriciteitskosten kunnen beperken door afwisselend slechts een derde van de elektrodes van stroom te voorzien. Het gebruik van hernieuwbare energie en verbeteringen in de elektrodetechnologie zou volgens Zhu ook kunnen helpen om de energiebehoefte van het mijnproces te verminderen.
De technologie kan in de nabije toekomst een duurzame oplossing zijn, zegt chemisch ingenieur Amin Mirkouei van de Universiteit van Idaho in de VS. Maar hij waarschuwt dat er praktische uitdagingen zijn, zoals de energiekosten en de lange tijd – zestig dagen – die nodig is om de efficiëntie op te voeren tot 95 procent.
