ردپای عناصر نادر در کانی سیاه

به گزارش می متالز، در آن سال چین تولید انبوه این عناصر را با بهای ۲۰ دلار برای هر کیلو آغاز کرد. این اتفاق موجب شد که امریکا بیشتر به دلیل آلودگی‌های زیست‌محیطی و ارائه قیمت‌های پایین از سوی چین، معادن و کارخانه فرآوری این مواد را تعطیل و نیاز خود را از واردات چین تامین کند. از سال۲۰۱۰ میلادی (۱۳۸۹خورشیدی) چین با به‌دست آوردن انحصار تولید و صادرات، قیمت‌ها را بالا برد. در سال ۲۰۱۱میلادی (۱۳۹۰خورشیدی) بهای فلز نئودیمیوم تا سطح هر کیلو ۳۲۰دلار بالا رفت و مصرف‌کنندگان را در بحران قرار داد. پس از آن سال اما به‌تدریج قیمت‌ها افت کرد و در سطح هر کیلو ۵۰ دلار تثبیت شد.
افزایش بهای عناصر نادر از سوی چین، موجب شد که بار دیگر امریکا که بزرگ‌ترین مصرف‌کننده این مواد است، برای تولید داخلی با منابع و روش‌های جدید برنامه‌ریزی و سرمایه‌گذاری کند. با این حال کمترکسی تصور می‌کرد، روزی مواد اولیه تولید دستگاه‌ها و تجهیزات های‌تِک به زغال‌سنگ گره بخورد، ولی پژوهشگران در آزمایشگاه‌های مرکز فناوری ملی انرژی امریکا (ان‌ای‌تی‌ال) به این نتیجه رسیدند که عناصر نادر خاکی را می‌توانند از زغال‌سنگ و موادی که منشأ آنها از زغال‌سنگ است، استحصال کنند.
عناصر نادر خاکی درحال‌حاضر از اجزای اساسی و مهم برای ساخت بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی، هواپیمایی، موشکی، راداری، خودروهای برقی و هیبریدی و... به شمار می‌آید. مصرف آنها هر سال رو به رشد است و پیش‌بینی می‌شود که در آینده نیز چنین باشد. در گذشته‌های دور بیشتر این عناصر از مونازیت (فسفات عناصر نادر) و باستاناسیت (فلوئور و کربنات عناصر نادر) و خاک رس‌هایی که دارای یون‌های قابل‌تبادل هستند، استحصال می‌شد، اما امروز در آزمایشگاه‌های مرکز فناوری ملی انرژی امریکا به این نتیجه رسیده‌اند که منبع تامین این عناصر در آینده نزدیک در امریکا از زغال‌سنگ خواهد بود. علاوه بر زغال‌سنگ، لایه‌های رسی تحتانی و فوقانی طبقات زغال‌سنگی و پساب‌های این معادن نیز حاوی مقداری عناصر نادر خاکی است که قابل‌استحصال هستند. بیشتر ترکیبات لانتانیدی غیرارگانیک مانند انواع فسفات‌ها در زغال‌سنگ وجود دارند که دارای درجه ذوب، جوش و ترمال دیکامپوزیشن بالا هستند. این مواد پس از سوختن زغال‌سنگ‌ها در خاکستر باقی مانده و تجزیه نمی‌شوند. همچنین خاکستر‌های حاصل از سوخت زغال‌سنگ یکی از منابع تامین این عناصر به‌شمار می‌آیند. اهداف تعیین شده از سوی مرکز فناوری ملی انرژی امریکا، توسعه فناوری‌هایی است که بتواند با توجه به پرهزینه بودن فرآوری، این عناصر را در داخل امریکا استحصال کند. با این شرط که از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر باشد و از نظر زیست‌محیطی نیز آثار مخربی نداشته و قابل فروش باشد. نتیجه پژوهش‌های امکان‌سنجی تهیه این عناصر از زغال‌سنگ‌ها باید تا سال آینده میلادی به صورت نمونه به نتیجه برسد و ارائه شود. این عناصر اگرچه نادر نیستند، ولی در طبیعت نمی‌توان آنها را در یک تراکم گسترده در سنگ‌ها شناسایی کرد. به همین دلیل با توجه به فراوانی و در دسترس بودن زغال‌سنگ و مشتقات آن (گازها، قطران، خاکستر و...) این کانی سیاه را به عنوان کانی تامین‌کننده عناصر نادر در آینده تعیین کرده‌اند. برنامه تدوین شده ازسوی مرکز فناوری ملی انرژی امریکا شامل نمونه‌گیری از معادن متعدد زغال‌سنگ با کیفیت‌های متفاوت، تشخیص انواع زغال، غلظت و جدایش این عناصر و مدل‌سازی کامپیوتری است. از سال ۲۰۱۵ میلادی (۱۳۹۴ خورشیدی) بیش از ۸۰۰ نمونه زغال‌سنگ از مکان‌های گوناگون استخراج و آزمایش‌های لازم روی آنها انجام و جدایش و استحصال عناصر در حد آزمایشگاهی انجام شد. در هر حال این عناصر در زغال‌سنگ، رس‌ها و ماسه‌های اطراف طبقات زغال‌سنگی، پساب‌های معادن و خاکستر‌های حاصل از سوخت زغال‌سنگ در نیروگاه‌ها و... ردیابی و حضور عناصر نادر خاکی در آنها تایید شده است. مصرف جهانی این عناصر در سال بیش از ۱۲۰هزارتن و مصرف امریکا حدود ۱۶تا ۱۷ هزار تن است. پیش‌بینی می‌شود امریکا با برنامه‌ریزی‌های انجام شده در آینده‌ای نزدیک بتواند این نیاز را از منابع داخلی مرتبط با زغال‌سنگ استحصال کند. در نمونه‌های دریافت شده از زغال‌سنگ‌ها در امریکا به طور متوسط محتوای عناصر نادر ۶۲ پی‌پی‌ام بوده و با توجه به ذخیره ۲۷۵ میلیارد تنی زغال‌سنگ‌ها در امریکا ذخیره عناصر نادر در زغال‌سنگ‌های این کشور ۱۷ میلیون تن برآورد می‌شود؛ مقداری که با روند مصرف کنونی کفاف مصرف ۱۰۰۰ سال امریکا را می‌دهد.

بهرام فرزاد / کارشناس زغال‌سنگ