این فناوری شامل بازیافت تودههای فسفوژیپس خطرناک برای محیط زیست با تولید محصولات ارزشمند برای صنایع شیمیایی-متالورژی و کشاورزی همراه با استخراج همزمان فلزات کمیاب خاکی (REE) است.
همانطور که مشخص است، این فلزات اخیراً در کانون توجه مسائل سیاسی قرار گرفتهاند – دونالد ترامپ، رئیس جمهور ایالات متحده، دسترسی به این منابع را به عنوان مهمترین منفعت کشورش در اوکراین اعلام کرد. فلزات کمیاب خاکی، به عنوان مثال، در تولید برخی از اجزای دستگاههای الکترونیکی، در آلیاژهای فلزی، ضروری هستند. آکادمیسین الکساندر فرسمن آنها را «ویتامینهای صنعت» نامید. تولیدکنندهی اصلی REE چین است. 70 درصد تولید جهانی به این کشور تعلق دارد.
برخلاف نامشان، ذخایر فلزات کمیاب خاکی نسبتاً گسترده هستند. مشکل این است که تمام ذخایر طبیعی در دسترس، حاوی بیش از 2 درصد از عناصر این گروه نیستند. استخراج آنها از نظر اقتصادی تنها به عنوان یک محصول جانبی میتواند توجیهپذیر باشد. به طور خاص، استخراج REE به همراه اسید فسفریک از کنسانترههای آپاتیت، امیدوارکننده است.
در رایجترین روش دیهیدرات برای فرآوری سولفات-اسیدی مواد خام آپاتیت، حدود 15 درصد REE در محلول اسید فسفریک باقی میماند. بقیه به تودههای فسفوژیپس وارد میشوند. آنها به کلاس چهارم خطر زیستمحیطی تعلق دارند. دولت برای چنین بازیافتی هزینهی قابل توجهی دریافت میکند، زیرا حجم فسفوژیپس در تودهها بسیار زیاد است. کافی است بگوییم که به ازای هر 1 تن اسید فسفریک تولید شده، 4-5 تن از این محصول جانبی وجود دارد که امروزه تقریباً در هیچ کجا استفاده نمیشود. به عنوان مثال، فقط فسفوژیپس با درجهی خلوص بالا با استانداردهای ساختمانی مطابقت دارد. و این یک فرآیند پرهزینهی غیرقابل توجیه است.
محققان گروه شیمی عمومی و فیزیکی دانشگاه معدن سن پترزبورگ امپراتریس کاترین دوم، با استفاده از پتانسیل آزمایشگاهی مرکز علمی دانشگاه "مشکلات فرآوری منابع معدنی و مصنوعی"، اثربخشی بازیافت هرگونه تودهی فسفوژیپس را با روش تبدیل کربناته اثبات کردند.
"موضوع، فرآوری فسفوژیپس با محلول کربنات آمونیوم است. محصولات اصلی تبدیل، گچ (کربنات کلسیم) و سولفات آمونیوم هستند. گچ برای استفاده در کارخانههای متالورژی، صنایع شیمیایی و ساختمانی مناسب است. سولفات آمونیوم یک کود معدنی مرکب است.
در دمای تبدیل حدود 100 درجهی سانتیگراد، تمام فلزات کمیاب خاکی به طور کامل به محلول کربنات منتقل میشوند. آنها را از محلول با تبلور کسری یا با استفاده از رزینهای تبادل یونی استخراج میکنند و عناصر کمیاب خاکی منفرد به دست میآیند که محصولات مستقلی هستند." – تاتیانا لیتوینووا، نویسندهی این طرح، استاد گروه شیمی عمومی و فیزیکی، توضیح داد.
در طول آزمایشهای آزمایشگاهی، دانشمندان دانشگاه معدن دادههای جدیدی در مورد سینتیک و ترمودینامیک استخراج REE و اشکال وجود آنها در محیطهای اسیدی فسفات-سولفات، رفتار اجزای فسفوژیپس در طول تبدیل کربناته به دست آوردند.
تحقیقات جایگزین در زمینهی جستجوی روشی موثر برای استخراج REE از فسفوژیپس در تعدادی از دانشگاهها و آزمایشگاههای علمی شرکتی در روسیه و خارج از کشور در حال انجام است. به طور کلی، موضوع استخراج با استفاده از اسید سولفوریک است. این روش دو عیب اساسی دارد: بسیار پرهزینه است و استخراج REE در اینجا با بازیافت پسماندهای مصنوعی همراه نیست.
طرح دانشمندان دانشگاه معدن این معایب را ندارد. حقوق مؤلف آن با ثبت اختراع تأیید شده است. تحقیقات بیشتر در زمینهی استخراج عناصر کمیاب خاکی منفرد از محلول انجام خواهد شد. در این راستا، همکاری با همکاران از چندین دانشگاه چینی به طور فعال در حال توسعه است.
اثر اقتصادی این طرح در صورت اجرا در کارخانههای فرآوری مواد خام آپاتیت، از درآمد حاصل از فروش محصولات نهایی فرآوری (REE، گچ و سولفات آمونیوم) و کاهش مساحت تودههای فسفوژیپس و در نتیجه کاهش هزینههای زیستمحیطی تشکیل میشود. تأکید بر استخراج همزمان REE باعث میشود که روش پیشنهادی مستقل از ترکیب مواد خام طبیعی اولیه باشد. استخراج REE به پرسنل آموزشدیدهی ویژه نیاز ندارد و در صورت لزوم امکان جداسازی لانتانیدها از عناصر سری اورانیوم-توریم را فراهم میکند.
به عنوان مثال، شرکتهایی مانند "FOSAGRO" و "AKRON" به این طرح علاقهمند شدهاند. این طرح میتواند با موفقیت در خارج از روسیه نیز استفاده شود. به عنوان مثال، در کشورهای منطقهی شمال آفریقا، جایی که تودههای فسفوژیپس در حال حاضر نه تنها به دلیل آلودگی مناطق مجاور، بلکه از نظر تغییرات آب و هوایی و آسیب به صنعت گردشگری، تهدیدی جدی ایجاد میکنند.