رقابت جهانی برای فناوری پالایش

‌می‌متالز - با وجود آنکه استخراج فیزیکی سنگ معدن نخستین حلقه زنجیره تأمین عناصر خاکی کمیاب محسوب می‌شود، اما گلوگاه اصلی این زنجیره در مرحله پالایش شیمیایی و جداسازی عناصر شکل می‌گیرد؛ مرحله‌ای که به فناوری‌های پیشرفته، سرمایه‌گذاری سنگین و زیرساخت‌های پیچیده زیست‌محیطی نیاز دارد و به یکی از چالش‌های اصلی اقتصاد‌های صنعتی تبدیل شده است. در رقابت جهانی بر سر عناصر خاکی کمیاب، صرف دسترسی به ذخایر معدنی تعیین‌کننده نیست؛ بلکه توانایی کشور‌ها در فرآوری، پالایش و جداسازی این عناصر، نقش کلیدی در شکل‌دهی قدرت صنعتی و ژئواکونومیک ایفا می‌کند.

به گزارش می‌متالز، اگرچه فناوری‌های متداول فرآوری طی دهه‌های گذشته به بلوغ صنعتی رسیده‌اند، اما همچنان با چالش‌های زیست‌محیطی همراه هستند. در همین حال، قوانین سخت‌گیرانه محیط‌‌زیستی در کشور‌های غربی توسعه سریع این صنعت را با محدودیت‌های ساختاری مواجه کرده و شکاف فناورانه در حوزه پالایش و جداسازی را به مساله‌ای راهبردی تبدیل کرده است.

جداسازی عناصر با خواص نزدیک

شباهت بسیار زیاد خواص شیمیایی و شعاع یونی عناصر خاکی کمیاب، فرآیند جداسازی را به یکی از پیچیده‌ترین مراحل متالورژی تبدیل کرده است. برای نمونه، روش رایج استخراج با حلال معمولاً به یک سیستم آبشاری متشکل از ده‌ها مرحله استخراج مایع‌ـ مایع نیاز دارد تا خلوص موردنظر حاصل شود و هر یک از این مراحل، حجم بالایی از پسماند‌های اسیدی، پساب‌های حاوی فلزات سنگین محلول و حلال‌های آلی سمی تولید می‌کند. افزون بر این، فرآیند‌های لیچینگ اسیدی برای حفظ دما و فشار بالا به انرژی قابل‌توجهی نیاز دارند؛ موضوعی که مصرف انرژی و انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را افزایش می‌دهد. علاوه بر هزینه‌های عملیاتی بالا، احداث زیرساخت‌های ایمنی، سامانه‌های تصفیه صنعتی و مخازن ایزوله‌سازی نیز سرمایه‌گذاری سنگینی می‌طلبد؛ مساله‌ای که موجب می‌شود بسیاری از پروژه‌ها در چارچوب مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی، توجیه اقتصادی خود را از دست بدهند.

مدیریت پسماند‌های خطرناک

نوع کانسنگ و ترکیب کانی‌شناسی نیز تأثیر مستقیمی بر میزان مخاطرات زیست‌محیطی و هزینه‌های انطباق با مقررات دارد. ذخایر مبتنی بر کانی مونازیت (Monazite) معمولاً حاوی مقادیر قابل‌توجهی از ایزوتوپ‌های توریوم-۲۳۲ و اورانیوم-۲۳۸ هستند؛ موادی با ماهیت رادیواکتیو که استخراج آنها حجم بالایی از باطله‌های پرتوزا تولید می‌کند. در مقابل، ذخایر مبتنی بر کانی باستانازیت (Bastnasite) پسماند رادیواکتیو کمتری به محیط‌ زیست تحمیل می‌کند.

مدیریت این پسماند‌ها مستلزم ایجاد استخر‌های ذخیره‌سازی ایزوله بلندمدت، پایش دائمی آب‌های زیرزمینی و رعایت پروتکل‌های سخت‌گیرانه ایمنی و بهداشتی است. همین مساله هزینه‌های انطباق زیست‌محیطی را در کشور‌های غربی به‌طور قابل‌توجهی افزایش داده و در برخی موارد پروژه‌ها را غیراقتصادی کرده است. همین تفاوت، انتخاب خوراک ورودی کارخانه‌های فرآوری را به تصمیمی راهبردی با پیامد‌های مالی و عملیاتی گسترده تبدیل کرده است.

ظرفیت پسماند‌های زغال‌ سنگ

در واکنش به هزینه‌های بالای معدن‌کاری سنتی و چالش‌های زیست‌محیطی آن، ایالات متحده تمرکز تحقیقاتی خود را بر استخراج عناصر خاکی کمیاب از منابع غیرمتعارف و ثانویه، از جمله خاکستر و پسماند زغال‌ سنگ (Coal Ash) افزایش داده است. مطالعات دپارتمان انرژی آمریکا نشان می‌دهد انباشتگاه‌های تاریخی پسماند زغال‌ سنگ حاوی مقادیر قابل‌توجهی از عناصر خاکی کمیاب هستند و از آنجا که فرآیند استخراج و خردایش اولیه پیش‌تر در جریان تولید زغال‌ سنگ انجام شده، هزینه‌های سرمایه‌ای اولیه به شکل محسوسی کاهش می‌یابد. این رویکرد علاوه بر مزیت اقتصادی، از منظر زیست‌محیطی نیز دارای کارکردی دوگانه است، زیرا بازیابی عناصر از پسماند‌ها می‌تواند به پاکسازی سایت‌های آلوده، کاهش زه‌کشی اسیدی معادن (Acid Mine Drainage) و احیای اراضی کمک کند.

پروژه‌های پایلوت با حمایت دپارتمان انرژی آمریکا و دانشگاه داکوتای شمالی نشان داده‌اند که استفاده از فناوری‌هایی مانند لیچینگ اسیدی رقیق می‌تواند فرآیند جداسازی را با هزینه کمتر و کنترل بهتر عناصر رادیواکتیو همراه کند. به علاوه، تولید محصولات جانبی باارزشی مانند اسید هیومیک برای کود‌های آلی و کربن فعال مورد استفاده در تصفیه آب، می‌تواند اقتصاد کل پروژه را بهبود بخشد.

گلوگاه زنجیره تأمین

به طور کلی، چالش اصلی زنجیره تأمین عناصر خاکی کمیاب در بخش فرآوری و پالایش نهفته است؛ جایی که فناوری، سرمایه و محیط‌ زیست به‌طور مستقیم با یکدیگر تلاقی پیدا می‌کنند. هزینه‌های بالای انرژی، تولید پسماند‌های خطرناک و الزامات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی، توسعه این صنعت را در بسیاری از کشور‌ها محدود کرده است. در مقابل، حرکت به سمت منابع ثانویه و توسعه فناوری‌های نوین می‌تواند بخشی از این تنگنا را کاهش داده و معادلات رقابت جهانی در حوزه مواد حیاتی را بازتعریف کند.

منبع: پایگاه خبری - تحلیلی ایراسین