Ученые создали методику извлечения редкоземельных элементов с помощью растительности.
Методика предполагает извлечение ценных компонентов из техногенных отвалов. В частности, ее уже протестировали на образцах с участков добычи фосфогипса и обогащения лопарита. Специалисты намерены собирать до двух урожаев за сезон и выбрали культуры, подходящие для российских условий. Опытные посевы начнутся уже в следующем году. При этом участки для выращивания растений потребуют специальной подготовки и добавления удобрений, что может сделать технологию более затратной, отметили эксперты.
Как растения извлекают редкоземельные металлы из почвы
В России предложили использовать растения-гипераккумуляторы для добычи редкоземельных металлов. Их высаживают на техногенных отвалах, где они в процессе жизнедеятельности сами извлекают полезные элементы из почвы и накапливают в своей биомассе. Технологию разработали в институте «Гиредмет» (входит в «Росатом»).
— Подобные методы применяют для очистки территорий. Например, растения высаживают вдоль дорог или вблизи химических предприятий, чтобы удалить из почвы тяжелые металлы и другие опасные соединения. Также изучают виды, которые способны извлекать радионуклиды. У нас обратный подход — мы с помощью растений хотим извлечь из земли максимум полезных элементов, — рассказал «Известиям» начальник лаборатории металлургических процессов института «Гиредмет» Виталий Санин.
В науке этот процесс называется фитомайнингом. В отличие от традиционных методов новая технология предполагает минимальные капитальные затраты, так как строительство дорогих обогатительных заводов заменяется обычными сельскохозяйственными работами, пояснил ученый.
По его словам, для экспериментов исследователи выбрали белую горчицу, подсолнечник, кукурузу, лен, гречиху, папоротник, борщевик и ряд других растений. Кроме способности накапливать металлы, выбор обусловлен их быстрым ростом, устойчивостью к климату в России, а также наличием агротехник, которые позволяют механизировать посев и сбор этих культур.
Справка «Известий»
Редкоземельные металлы — группа из 17 элементов, обладающих уникальными магнитными, электрическими и химическими свойствами. Они используются в производстве постоянных магнитов, аккумуляторов, электроники, медицинского оборудования, а также в аэрокосмической и оборонной отраслях. Несмотря на название, многие из этих элементов часто встречаются в земной коре, однако они редко образуют месторождения с высокой концентрацией.
Россия имеет одну из крупнейших в мире сырьевых баз редкоземельных металлов. Объем их добычи составляет около 2,2 тыс. тонн в год. В то же время внутреннее потребление оценивается в 1,1 тыс. тонн в год. В настоящее время в стране реализуются проекты по расширению добычи и переработки РЗМ.
Где в России будут добывать ценные элементы
Разработчики протестировали технологию на отходах добычи фосфогипса на месторождениях в окрестностях Воскресенска (Подмосковье) и Балаково (Саратовская область), а также на хвостохранилищах обогащения лопаритовых руд с Ловозерского горно-обогатительного комбината в Мурманской области.
Согласно оценкам, при оптимальных условиях с помощью растений с одного гектара посадок можно извлекать до 630 кг различных редкоземельных металлов за один урожай. При этом климат в средней полосе России позволяет получать до двух урожаев в год.
Как пояснил Виталий Санин, в экспериментах специалисты также отбирали вспомогательные органические вещества, которые переводят металлы в легко усваиваемую растениями форму. Важно, что основная масса элементов накапливается в стеблях и листьях, что дает возможность собирать биомассу механизированным способом.
В дальнейшем растения высушивают и сжигают, получая золу. С помощью химических реакций из нее извлекают суммарный концентрат редкоземельных металлов. Следующий этап — разделение на отдельные элементы путем получения оксидов с последующим восстановлением до чистых металлов.
Ученые отметили, что эти технологии в России уже существуют и активно развиваются до промышленного уровня. В частности, соответствующий производственный комплекс планируется построить в Соликамске в 2028—2029 годах.
— В чистом фосфогипсе растения растут хуже, поэтому в экспериментах ученые определяли оптимальные соотношения смесей с обычной землей. Наилучшие результаты показала пропорция один к трем. Масштабирование этого процесса не вызывает трудностей. Для подготовки к посадке на поверхность техногенного отвала завозят грунт, затем «поле» вспахивают и производят рассев семян, — поделился Виталий Санин.
Он добавил, что для хвостохранилищ Ловозерского ГОКа разрабатывают аналогичный подход, но с акцентом на использование растений-гипераккумуляторов из местной флоры. Например, рассматривают иву — кустарник, который устойчив к суровому климату и короткому вегетационному периоду. Применение древесных форм позволит перерабатывать их в опилки и изготавливать топливные брикеты.
Опытные полевые посадки растений для фитомайнинга начнутся уже в следующем году, сообщил Виталий Санин. По его словам, технология не заменит горную добычу, но дополнит ее, позволяя извлекать ценные элементы в тех местах, где традиционные методы нерентабельны. Кроме того, технология поможет рекультивировать участки на объектах бывших месторождений.
Разработку также можно экспортировать, отметил ученый. В частности, в странах с теплым климатом технология может позволить получать 3—4 урожая в год. Такие проекты уже обсуждаются с зарубежными партнерами.
— Еще в XIX веке заметили, что растения могут накапливать металлы. Однако только в 2003 году были проведены испытания по фитомайнингу золота в Новой Зеландии и Бразилии, а в промышленное использование по накоплению никеля технология вышла в прошлом году, — рассказала «Известиям» завкафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики НИЯУ «МИФИ» Людмила Комарова.
По ее мнению, коммерческому внедрению фитомайнинга мешает сложность подбора видов с нужными свойствами, создания необходимых условий роста и экономически оправданных методов получения редкоземов из биомассы.
— Основные проблемы фитомайнинга связаны с тем, что растения-гипераккумуляторы, как правило, имеют небольшую биомассу. Накопленные РЗМ могут быть токсичными и также ограничивать рост. Кроме того, на техногенных отвалах растениям сложно расти, поэтому технология требует агротехнической подготовки грунта — создания почвенного слоя, добавления удобрений (азота, фосфора, калия и других), что делает весь процесс более затратным, чем кажется, — добавила завкафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий Уральского федерального университета Ирина Киселева.
Перспективно использовать многолетние древесные формы, такие как ива, подчеркнула эксперт. Эти растения могут накапливать РЗМ в течение нескольких лет и обеспечивают больший выход элементов. Однако в России таких видов немного.
Фото: hi-tech.mail.ru