レアアースはどのように抽出されるのか (そしてなぜこれほど汚染が激しいのか)

包頭は、中国北部の内モンゴル自治区最大の都市です。 250 万人の住民の命は、100 キロメートル北にあるバヤン オボ鉱山の深さから採掘されるレアアースによって特徴づけられています。これらの原子は、数多くの技術的オブジェクトの製造スマートフォンを含む、衛生および環境条件ディストピア。

包頭のダウンタウンからわずか数キロのところに人造湖があります (先取特権 Google マップ）、レアアース精製所からの蓄積された廃棄物から作られています。その正確な化学組成についてはほとんど情報がありません。花瓶を作ったアーティスト湖からのヘドロは放射性物質と金属を多く含むと報告されている。周辺地域の住民は病気に苦しむことが多く、新生児は多くの奇形を患っています。

忘れてはいけないのは、「レアアース» 世界中で珍しいことではありません。しかし、それらはほとんどの場合分散しており、抽出すると非常に汚染されます。中国は確かに一定数の埋蔵量を有しているが、これらの金属の処理に伴う環境コストと人的コストを喜んで支払う唯一の国は本質的に中国だけである。抽出可能なレアアースの 95% は、バストネサイト、モナザイト、ゼノタイムの 3 つの岩石に由来します。

3つのミネラル

のバストネサイトストックホルム西のスウェーデンの鉱山にちなんで名付けられ、炭素とフッ素、さらにセリウム、ランタン、またはイットリウムが含まれています。ネオジムやプラセオジムも多く含まれています。主な鉱床はカリフォルニア州のマウンテンパス、内モンゴル自治区のバヤンオボ、そして四川省のさまざまな鉱床にあります。この記事でわかるように、バストネサイトのフッ素は、岩石が変形するときに非常に有害な酸を形成します。

の名前モナザイトギリシャ語で「孤独な人」を意味します。これは、セリウム、ランタン、ネオジム、サマリウムに加え、大量のトリウムとウランを含む放射性リン酸塩岩です。モナザイトはブラジル、南アフリカ、インドで多く採取されており、非放射性バストネサイトに地位を奪われていますが、トリウム原子力発電所プロジェクトの可能性としては注目されています。

のゼノタイムは、主にイットリウムと最も重い希土類元素（ガドリニウム、ジスプロシウム、テルビウム、エルビウム、イッテルビウムなど）を含む、より希少なリン酸塩岩でもあります。マレーシアの錫鉱山から採取されます。モナザイトと同様に、トリウムとウランが含まれているため、多かれ少なかれ放射性があります。

すべての鉱石と同様に、これらの岩石から有用な元素を抽出するいくつかの手順が必要です。ここでは、業界でどのように行われているかを段階的に説明します。基本的にはそれほど複雑ではないことをお約束しますが、少し時間がかかる場合があります。

エンリッチメント

鉱石を抽出すると、レアアースだけが含まれるわけではありません。それは、しばしば大きなサイズのさまざまな不純物でいっぱいです。エンリッチメント(受益) は、レアアースの割合をできるだけ高くすることから構成されます。一般的な原則は、鉱石を細かく粉砕し、役に立たない部分を取り除くことです。

研削は2段階で行われます。まず、岩石をジョークラッシャー（ジョークラッシャー）。 V字型の機構を備えた大型の機械で、鉱石を直径1センチ以下の砂利にまで粉砕します。このステップは通常、鉱山現場で行われます。次に、砂利をボールミルに通します（ボールミル）。金属球を詰めたドラムで石を粉砕し、40～100マイクロメートル（または0.04～0.1ミリメートル、生きた植物細胞の大きさ）の粉にする。

最終的には、湿った塵からなる一種の泥が得られます。次に、と呼ばれるプロセスによって小麦をもみ殻から分離する必要があります。浮力(泡浮選）。原理は石鹸水と同じで、石鹸は油の粒子にくっつき、すすぐときに洗い流されます。

水槽の中に泥を入れて、水族館のように小さな気泡を作ります。次に2種類の化学物質を加えます。抑制剤は不要なミネラルに付着して底に沈めます。そしてコレクターはレアアースを含む破片を取り出して気泡に掛け、表面に浮かび上がらせます。

コレクターはレアアースを使ってピースを気泡に貼り付けます

バストネサイトを扱う場合、抑制剤はリン酸とジカルボン酸です。 1 つ目は食品業界でソーダを酸性化するために使用され、2 つ目は体内の特定のアミノ酸を含むファミリーです。

コレクターには以下が含まれますケイ酸ナトリウム（刺激性があり、家庭用品に使用されます）。のヘキサフルオロケイ酸ナトリウム（有毒ですが、フッ素を流水に入れるのに使用されます）。それともスルホン酸デリグニン（無毒で、粉塵の発生を防ぐために道路に散布してください）。

代替プロセスの中には、磁気分離多くの元素が磁石に反応するモナザイトやゼノタイムに特に役立ちます。遠心分離の一種である重力分離も使用されますが、通常は小さな希土類粒子が混合物から除去されるため、効果は低いと考えられています。

充実の最後には、脱水(脱水）。鉱物泥は濃縮器を通過し、粉塵が沈殿します。次いで、これらを加熱乾燥する。

化学処理

得られたダストは化学処理され、レアアースの純度が 90% に高まります。酸性と塩基性 (酸性の反対) の 2 つの方法が可能です。使用される化学物質は強力ですが、非常に一般的なもので、DIY ストアで購入できます。したがって、硫酸（H2SO4）、塩酸（HCl）、硝酸（HNO3）、苛性ソーダ（NaOH）、ソーダ結晶（Na2CO3）を使用します。

このステップが非常に汚染的であるとしても、それは、塵の中の除去を可能にする要素として使用される物質のせいではありません。ここでは、モナザイトとバストネサイトという 2 つの主要な鉱物に焦点を当てます。

モナザイト

モナザイトを見てみましょう。伝統的な方法は、モナザイトを高濃度の硫酸に入れ、レシピに応じて 120°C から 300°C の範囲の温度でオーブンで数時間煮込むことから構成されます。混合物は濃厚なペーストの質感になるまで激しく撹拌されます。ペーストが固まる前に取り除き、適度な熱湯で70℃まで冷却します。

丸一日浸しておきます。最後に、シリコン、チタン、ジルコン、その他の不純物の混合物である残留物を取り除き、浮遊する溶液 (モナザイトジュースを想像してください) を回収します。このモナザイトのジュースは非常に酸性なので、アンモニアで数回柔らかくします。まるで魔法のように、混合物の底に次から次へと現れるのがわかります。トリウムとリン酸ケーキ（放射性なので捨てる）;レアアース濃縮物（保管する）。そしてウラン濃縮物（放射性物質なので捨てる）。

基本的で、より最近の、効果的な方法には、モナザイトを苛性ソーダの槽内で 140°C (家庭用オーブンのサーモスタット 5) で調理し、得られたペーストを水で 100°C まで冷却することが含まれます。これにより、リン酸塩が豊富なジュースが得られ、商業利用のために回収できます。塩酸を加えてランタンジュースを作り、レアアースとして回収します。一番下に残っているのは、トリウム、チタン、ジルコニウムのスラリー、非常に有毒で放射性です。

バストネサイト

バストネサイトは、100℃以上に置くことで硫酸で焙煎することができます。目的はシリコンを除去することです特に有毒ガスを介して排出されるフッ化物。このフッ素は主にフッ化水素酸 (HF) の形で存在しますが、化学的には同じものであるヘキサフルオロケイ酸 (H2SiF6) の形で存在することもあります。

フッ化水素酸は、人体に遍在する元素であるカルシウムと反応します。煙の形で肺水腫や失明を引き起こす可能性があります。水と混合すると、皮膚を容易に通過し、神経機能を混乱させ、骨を攻撃したり、心停止を引き起こす可能性があります。

分離工程

この有毒な混乱 - 山積みの放射性スラッジと処理すべきフッ素の雲全体が生成される - したがって、私たちはレアアースの混合物を入手します。しかし、化学的にはどれも同じに見えます。化学処理中にそれらを抽出する場合、それらをすべて同じカクテルにまとめて回収します。

これらを分離するには、通常、各種溶媒が使用される。これらは、フッ素が含まれている場合を除いて、最も汚染度の高い化学物質ではありません（PDF）、そうすると、先ほどのひどいフッ化水素酸ができてしまう可能性があるからです。たとえば、イットリウムは分離されます (PDF）ナフテン酸（焼夷製品ナパームの「na」）を使用しており、その汚染影響は石油採掘付近で最も顕著です。

サラダのドレッシングみたいな感じです

少し単純化すると、各希土類には好ましい溶媒があります。サラダのドレッシングを作っているところを想像してみてください。酢（水性混合物）にマスタードを入れてから、油を加えます。水と油は混ざらないので、ビネグレットソースを十分長く放置すると沈殿します。最終的には、酢とマスタードが底に、油が上部になります。

私たちのスマートフォンが硫黄の匂いをしないのはほとんど驚くべきことです

この例では、溶媒は油のようなもので、希土類元素はマスタードのようなものです。問題の溶媒に好まれて上昇するレアアースを除いて、ほとんどのレアアースは底に残ります。異なる溶媒を使用してこのプロセスを数回繰り返すことで、各レアアースを順番に回収でき、商業目的で再利用できます。

このプロセスが終わった段階で、放射性物質とフッ化水素酸がいっぱい、イットリウムとセリウムがOLEDスクリーンに、ネオジムとプラセオジムがスピーカーの磁石に代わることができるということです。包頭の空気とは異なり、私たちのスマートフォンからは硫黄の匂いがしないのはほとんど驚くべきことだと言うだけで十分でしょう。

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