Ученые предложили необычный способ добычи редкоземельных металлов

МОСКВА, 24 июл — РИА Новости. Российские ученые из Сибирского федерального университета разработали новый вид сорбента для сбора редкоземельных металлов из золы и вулканических отложений. Он изготовлен на основе биокремнезема из рисовой шелухи. Результаты исследования опубликованы в журналах Analytical Methods и Separation Science and Technology.

Редкоземельные элементы (РЗЭ), или редкие земли широко востребованы в производстве современной электроники, лазеров, супермагнитов, электрокаров, сверхпроводников, в металлургии и медицине. В природе редкие земли встречаются в рассеянном виде в форме оксидов, и это существенно осложняет их добычу в промышленных масштабах.

"Самым крупным экспортером редких земель в наше время выступает Китай, там сосредоточена большая часть мировых запасов. Очевидно, что для развития отечественной промышленности, в частности, металлургии и космической отрасли, желательно развивать собственные ресурсы", — приводятся в пресс-релизе СФУ слова одного из авторов исследования Ольги Буйко, младшего научного сотрудника лаборатории физикохимии металлургических процессов и материалов.

В настоящее время все больше внимания уделяется альтернативным источникам РЗЭ, один и которых — лигниты, или "незрелые угли" — промежуточный продукт перехода торфа в бурый уголь. Проанализировав состав лигнитов, исследователи выявили в них значительное содержание германия и редких земель, и пришли к выводу, что золу после сжигания углей можно успешно использовать для извлечения РЗЭ, содержания которых в золе достигают нескольких килограммов на тонну.

С подачи соавторов исследования, сотрудников Института химии Дальневосточного отделения РАН, возникла идея использовать в качестве сорбента, концентрирующего редкие земли из золы, кремнезем, в именно такую необычную его форму, как биокремнезем рисовой шелухи.

"Рисовый" материал не уступает по своим свойствам обычному оксиду кремния, а его производство решает проблему отходов пищевой промышленности, которая очень остро стоит в ряде азиатских стран. Рисовая шелуха разлагается слишком долго, а сжигать ее нельзя, так как пыль кремнезема, попадая в воздух, вызывает заболевания органов дыхания.

Ученые разработали послойно модифицированные сорбенты разных типов для предварительного концентрирования редкоземельных металлов как из золы лигнитов, так и из еще одного альтернативного источника РЗЭ — отложений вулканических газово-жидких источников — фумарол.

"Сорбенты мы испытывали на двух разных материалах: лигнитовой золе, полученной из "незрелых" углей, представляющих собой ископаемую древесину бурого цвета, и фумарольных отложениях вблизи вулкана Кудрявый Большой Курильской гряды.

Лигнитовая зола — сложная среда. Прежде чем оценивать в ней процентное содержание редких земель и извлекать их, нужно добиться концентрации РЗЭ и отделить их от сопутствующих компонентов, таких как натрий, калий, магний, кальций, барий и другие. Наши новые сорбенты хорошо справляются с этой задачей", — рассказывает Ольга Буйко.

Сорбент на основе шелухи выглядит как слоеный пирог: биокремнеземный "корж" покрывается особым органическим реагентом — карбоксиарсеназо, который образует комплексы с редкоземельными элементами. Этот реагент "приклеиваются" к "коржу" с помощью особого "клея" из полиаминов.

Ученые отмечают, что с помощью биосорбента удалось добиться концентрирования не менее 13 редкоземельных элементов, в числе которых лантан, иттрий и скандий.

"С помощью новых сорбентов мы проанализировали лигниты, золу лигнитов и вулканическое сырье. Зола оказалась самой многообещающей матрицей, поскольку вся органика уже удалена в процессе сгорания, а редкие земли легко "вытягиваются" и концентрируются вокруг сорбирующих частиц. Что касается вулканических отложений, работа только начата и еще будет продолжаться на новых образцах", — пояснила Ольга Буйко.

Исследователи подчеркивают универсальность и простоту использования получившегося продукта. Сорбент можно применять в лабораториях и на любом производстве, оснащенном приборами для масс-спектрометрии и атомно-эмиссионной спектрометрии.