Горчица поможет в добыче редкоземельных металлов

Ученые разработали новый метод извлечения редкоземельных элементов с использованием растений. Эта технология направлена на извлечение ценных компонентов из техногенных отвалов. В частности, она уже была протестирована на образцах с участков добычи фосфогипса и обогащения лопарита. Специалисты планируют получать до двух урожаев за сезон, выбрав культуры, которые адаптированы к российским климатическим условиям. Опытные посадки начнутся в следующем году, однако участки для выращивания растений потребуют специальной подготовки и внесения удобрений, что может повысить стоимость технологии, как отметили эксперты. Об этом сообщает сайт Известия.

В России предложено использовать растения-гипераккумуляторы для добычи редкоземельных металлов. Эти растения высаживаются на техногенных отвалах, где они в процессе своей жизнедеятельности извлекают полезные элементы из почвы и накапливают их в своей биомассе. Технология была разработана в институте «Гиредмет», который входит в состав «Росатом».

— Подобные методы применяются для очистки загрязненных территорий. Например, культуры высаживают вдоль дорог или рядом с химическими заводами для удаления тяжелых металлов и других вредных соединений. Мы же хотим извлечь максимум полезных элементов из земли с помощью растений, — рассказал начальник лаборатории металлургических процессов института «Гиредмет» Виталий Санин.

В научной среде этот процесс называется фитомайнингом. В отличие от традиционных методов, новая технология требует минимальных капитальных вложений, поскольку строительство дорогостоящих обогатительных производств заменяется обычными сельскохозяйственными работами, пояснил ученый.

Для экспериментов исследователи выбрали белую горчицу, подсолнечник, кукурузу, лен, гречиху, папоротник, борщевик и другие растения. Выбор обусловлен не только их способностью накапливать металлы, но и быстрым ростом, устойчивостью к климату России, а также наличием агротехник, позволяющих механизировать посев и уборку этих культур.

Редкоземельные металлы представляют собой группу из 17 элементов с 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, но редко образуют месторождения с высокой концентрацией.

Россия обладает одной из крупнейших в мире сырьевых баз редкоземельных металлов, объем их добычи составляет около 2,2 тыс. тонн в год, при этом внутреннее потребление оценивается в 1,1 тыс. тонн в год. В настоящее время в стране реализуются проекты по расширению добычи и переработки редкоземельных металлов.

Разработчики протестировали технологию на отходах добычи фосфогипса в окрестностях Воскресенска (Подмосковье) и Балаково (Саратовская область), а также на хвостохранилищах обогащения лопаритовых руд с Ловозерского горно-обогатительного комбината в Мурманской области.

По оценкам, при оптимальных условиях с одного гектара посадок можно извлекать до 630 кг различных редкоземельных металлов за один урожай. Климат средней полосы России позволяет получать до двух урожаев в год.

Как отметил Виталий Санин, в экспериментах также отбирались вспомогательные органические вещества, которые помогают переводить металлы в форму, легко усваиваемую растениями. Основная масса элементов накапливается в стеблях и листьях, что позволяет механизированно собирать биомассу.

В дальнейшем растения высушивают и сжигают, получая золу, из которой с помощью химических реакций извлекают концентрат редкоземельных металлов. Следующий этап включает разделение на отдельные элементы путем получения оксидов и последующего восстановления до чистых металлов.

Ученые отметили, что эти технологии уже существуют в России и активно развиваются до промышленного уровня. В частности, в Соликамске планируется построить соответствующий производственный комплекс в 2028–2029 годах.

— В чистом фосфогипсе растения растут хуже, поэтому в экспериментах определялись оптимальные соотношения смесей с обычной землей. Лучше всего показала себя пропорция один к трем. Масштабирование этого процесса не вызывает сложностей. Для подготовки к посадке на поверхность техногенного отвала завозят грунт, затем поле вспахивают и производят рассев семян, — добавил Виталий Санин.

Для хвостохранилищ Ловозерского ГОКа разрабатывается аналогичный подход, но с акцентом на использование местных растений-гипераккумуляторов. В частности, рассматривается ива, кустарник, устойчивый к суровому климату и короткому вегетационному периоду. Использование древесных форм позволит перерабатывать их в опилки и изготавливать топливные брикеты.

Опытные полевые посадки растений для фитомайнинга начнут в следующем году, сообщил Виталий Санин. По его словам, технология не заменит горную добычу, но дополнит ее, позволяя извлекать ценные элементы в местах, где классические методы неэффективны. Кроме того, технология поможет рекультивировать территории на объектах бывших месторождений.

Разработку также можно экспортировать, отметил ученый. В странах с теплым климатом эта технология потенциально позволит получать по 3–4 урожая в год. Подобные проекты уже прорабатываются с зарубежными партнерами.

— Еще в XIX веке было замечено, 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 технология накопления никеля вышла в прошлом году, — рассказала завкафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики НИЯУ «МИФИ» Людмила Комарова.

По ее мнению, коммерческому внедрению фитомайнинга мешает сложность подбора видов с нужными качествами, создание необходимых условий для роста и экономически оправданные способы получения редкоземельных металлов из биомассы.

— Основные проблемы фитомайнинга связаны с тем, что растения-гипераккумуляторы обычно имеют небольшую биомассу. Накопленные редкоземельные металлы могут быть токсичны и ограничивать рост. Кроме того, на техногенных отвалах растениям сложно расти, поэтому технология требует агротехнической подготовки грунта — создания почвенного слоя и внесения удобрений, что делает весь процесс более затратным, чем может показаться, — добавила завкафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий Уральского федерального университета Ирина Киселева.

Перспективно использовать многолетние древесные формы, такие как ива, отметила эксперт. Эти растения могут накапливать редкоземельные металлы в течение нескольких лет и обеспечивать больший выход элементов. Однако в России таких видов немного.