Ada kisah yang diceritakan tentang seorang penambang yang menemukan kaleng tembaga di tempat pembuangan sampahnya di masa -masa awal penambangan. Air limbah dari penambangan tembaga telah mengalir melalui tanahnya, katanya, dan mengubah kaleng baja menjadi tembaga.
Ceritanya mungkin apokrif, tetapi prosesnya nyata, dan itu disebut semen. Montana Resources, perusahaan pertambangan yang mengambil alih dari Anaconda Copper Company, masih menggunakan trik alkimia ini dalam suatu proses di tambang lubang benua di Butte, Mont.
Di sebelah tambang ada Pit Berkeley, yang diisi dengan 50 miliar galon minuman yang sangat asam dan beracun. Montana Resources menyalurkan cairan dari lubang, memungkinkannya untuk mengalir ke tumpukan besi bekas. Besi menjadi tembaga dan dikumpulkan untuk diproduksi.
Sementara metode untuk menghilangkan logam dari air telah ada sejak lama, dalam beberapa tahun terakhir perebutan global untuk logam yang penting untuk kemajuan manufaktur dan teknologi telah melahirkan generasi baru teknologi dan proses ekstraksi.
Salah satu sumber kaya mineral yang difokuskan oleh para peneliti adalah air limbah, termasuk air garam dari tanaman desalinasi, air fracking minyak dan gas dan air limbah dari pertambangan. Para peneliti di Oregon State University memperkirakan air garam dari tanaman desalinasi saja yang mengandung logam senilai sekitar $ 2,2 triliun.
“Air adalah badan bijih abad ke -21,” kata Peter S. Fiske, direktur Aliansi Nasional untuk Inovasi Air di Departemen Energi Lawrence Berkeley National Lab California. “Teknologi sekarang memungkinkan kami untuk mengambil tumpukan sampah air limbah dan memilih barang-barang bernilai tinggi.”
Penelitian tentang ekstraksi tanah jarang, satu set unsur logam, dari limbah tersebar luas karena kebutuhannya meningkat secara signifikan. Peneliti di Indiana Geological and Water Survey di Indiana University, misalnya, sedang mempelajari potensi Menambang tanah jarang dalam limbah batubaratermasuk fly ash dan tailing batubara. Dan para peneliti di University of Texas di Austin telah menciptakan membran yang meniru alami yang memisahkan tanah jarang dari limbah.
Air limbah pertambangan tidak hanya lebih ekonomis dan lebih cepat daripada memulai tambang baru, tetapi juga lebih bersih.
Di antara hadiah besar yang ditularkan melalui air di lubang di sebelah Butte adalah dua elemen langka-bumi (Rees), neodymium dan praseodymium. Mereka sangat penting untuk magnet kecil yang kuat dalam kendaraan listrik, untuk teknologi medis dan untuk tujuan pertahanan, seperti rudal dan satelit yang dipandu presisi. Jet tempur F-35 tunggal menggunakan 900 pon logam langka.
“Kami mengubah kewajiban raksasa menjadi sesuatu yang berkontribusi pada pertahanan,” kata Mark Thompson, wakil presiden untuk urusan lingkungan di Montana Resources. “Ada beberapa metalurgi tingkat tinggi yang terjadi di sini. Barang-barang telur asli.”
Ini adalah waktu kritis untuk penelitian produksi domestik tanah jarang. Amerika Serikat tidak hanya tertinggal jauh di belakang Tiongkok, tetapi perang dagang Presiden Trump telah mendorong Cina untuk mengancam untuk lebih membatasi ekspor mineral langka-bumi sebagai akibat dari tarif Trump. Para ahli dengan Program Keamanan Mineral Kritis di Pusat Studi Strategis dan Internasional mengatakan kesenjangan besar akan memungkinkan Cina untuk memperluas kemampuan pertahanannya jauh lebih cepat daripada Amerika Serikat.
Baik Greenland dan Ukraina adalah fokus perhatian administrasi Trump sebagian besar karena negara -negara tersebut memiliki simpanan yang signifikan dari tanah jarang.
Trump juga hanya memerintahkan pemerintah untuk bergerak menuju penambangan sebagian besar dasar laut, termasuk di perairan internasional, untuk kekayaan mineralnya.
Ada 17 jenis logam yang dikenal sebagai tanah jarang, yang semuanya telah ditemukan di lubang Berkeley. Mereka tidak jarang dalam prevalensi, tetapi mereka disebut karena mereka sering tersebar dalam konsentrasi kecil.
Bumi jarang diurutkan menjadi dua jenis: berat dan ringan. Bumi jarang yang berat – seperti disprosium, terbum dan yttrium – memiliki berat atom yang lebih besar dan biasanya lebih jarang, artinya mereka menjual dalam jumlah yang lebih kecil dan rentan terhadap kekurangan. Logam ringan, sebaliknya, memiliki berat atom yang lebih rendah.
Drainase tambang asam adalah polutan yang sangat beracun yang diciptakan ketika pirit yang mengandung sulfur dalam batuan terpapar oksigen dan air selama penambangan. Drainase kemudian mengoksidasi dan menciptakan saluran asam sulfat dan racun. Ini adalah salah satu masalah lingkungan terbesar di negara itu, dan puluhan ribu tambang yang ditinggalkan telah mencemari 12.000 mil aliran.
Namun, asam juga melarutkan seng, tembaga, tanah jarang dan mineral lainnya dari batu dan ke dalam air, memberikan kesempatan bagi teknologi yang tepat untuk mengekstraknya – yang tidak ada sampai saat ini.
Paul Ziemkiewicz, direktur Water Research Institute di West Virginia University, telah meneliti air pit di Butte selama 25 tahun. Dia dan tim peneliti dari Virginia Tech dan L3 Process Development, sebuah perusahaan teknik kimia, mengembangkan metode Untuk mengekstraksi logam kritis dari drainase tambang asam di tambang batubara Virginia Barat, proses yang sama digunakan di Butte. Kantong plastik yang besar dan terjalin dipenuhi dengan lumpur seperti lumpur dari pabrik pengolahan air. Air perlahan -lahan meresap keluar, meninggalkan prakonsentrat sekitar 1 hingga 2 persen tanah jarang yang membutuhkan penyempurnaan lebih lanjut, dengan proses kimia. Langkah terakhir dalam proses yang dipatenkan adalah ekstraksi dengan pelarut yang menciptakan unsur-unsur bumi langka murni.
“Salah satu hal menyenangkan tentang drainase tambang asam adalah konsentrat yang kami dapatkan sangat diperkaya di tanah jarang yang berat,” kata Dr. Ziemkiewicz. “Yang ringan tidak terlalu berharga.”
Proyek Butte sedang menunggu kata tentang hibah Departemen Pertahanan sebesar $ 75 juta untuk membangun konsentrator, langkah terakhir yang diperlukan untuk memperbaiki prakonsentrat ke tanah jarang dan memulai produksi skala penuh.
Seng juga berlimpah dalam campuran asam-drainage di sini dan, karena ia mengambil harga yang lebih tinggi, penting sebagai cara untuk membayar proses tersebut. Nikel dan kobalt juga diekstraksi.
Sementara elemen-elemen langka banyak diminati, Cina menghasilkan mayoritas dan memanipulasi harga untuk menjaga mereka tetap rendah, yang memaksa kompetisi. Itu sebabnya Departemen Pertahanan mendanai sebagian besar pekerjaan pada elemen langka dan logam lainnya. Amerika Serikat hanya memiliki satu tambang rare-earths operasional, di Mountain Pass, California, yang menghasilkan sekitar 15 persen dari pasokan global tanah jarang.
Berkeley Pit telah menjadi sakit yang bernanah sejak tahun 1982, ketika, Perusahaan Tembaga Anaconda menutup tambang terbuka, mematikan pompa dan membiarkan air mengisinya. Airnya sangat asam dari drainase tambang asam sehingga ketika puluhan ribu angsa salju terbang di atasnya pada migrasi mereka pada tahun 2016, banyak yang mendarat di permukaan dan dengan cepat diracuni. Sekitar 3.000 burung mati.
Atlantic Richfield Company dan Montana Resources diharuskan untuk mengolah air pit untuk menjaga agar tidak mencapai tingkat yang dapat mencemari air tanah. (Montana Resources menambang lubang benua, di sebelah lubang Berkeley.) Undang -Undang Air Bersih mengharuskan perusahaan memperlakukan drainase tambang asam, sebuah proses yang mahal. Menambahkan tingkat perawatan lain ke pabrik tikungan tapal kuda di sini lebih murah daripada membangun yang baru dan dapat mengimbangi biaya perawatan atau bahkan menghasilkan keuntungan.
Ada lusinan upaya penelitian untuk membebaskan logam yang ditangguhkan dari air. Tn. Thompson menampilkan peta dengan garis yang memancar keluar dari Butte, menunjukkan di mana sampel air telah dikirim ke fasilitas penelitian di seluruh negeri. Tetapi proses penghasil logam yang terjadi sekarang adalah yang pertama terbukti ekonomis.
Sementara kekayaan dalam sup mineral di sini telah dikenal selama beberapa dekade, cara untuk mengekstraknya sulit dipahami, sampai tim Dr. Ziemkiewicz mengembangkan metode baru. Dia telah memproduksi tanah jarang di dua tambang batubara di Virginia Barat di mana drainase tambang asam menjadi masalah. Setiap tambang menghasilkan empat ton tanah jarang setahun.
Namun, lubang Berkeley memiliki konsentrasi tanah jarang yang jauh lebih kaya dalam larutan dan volume air yang lebih tinggi dan diharapkan menghasilkan 40 ton per tahun. Ziemkiewicz percaya proses ini jika digunakan di tambang lain pada akhirnya dapat memberikan hampir semua impor AS dari elemen-elemen langka yang diperlukan untuk tujuan pertahanan, yang, katanya, saat ini berjumlah sekitar 1.400 ton.
Tetapi permintaan untuk tanah jarang dapat meningkat sebanyak 600 persen dalam beberapa dekade mendatang, menurut beberapa perkiraan.
Dalam upaya global untuk membersihkan air dan menghasilkan mineral kritis, laboratorium di Lawrence Berkeley meneliti berbagai teknologi yang berhubungan dengan penyaring air, terutama percobaan untuk meningkatkan membran. Ini mengoperasikan akselerator partikel yang disebut Advanced Light Source, yang menciptakan cahaya sinar-X yang sangat terang yang memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari berbagai membran pada skala atom.
Lab telah bekerja dengan peneliti luar untuk membuat generasi baru filter, yang disebut nanosponges, yang dirancang untuk menjebak molekul target tunggal, seperti lithium.
“Ini adalah sarung tangan penangkap atom,” kata Adam Uliana, kepala eksekutif Chemfinity, sebuah perusahaan Brooklyn yang mempelajari penggunaan nanosponges untuk membersihkan berbagai jenis limbah. “Itu menangkap satu dan hanya satu jenis logam.”
Lithium, kobalt, dan magnesium adalah mineral kritis, selain tanah jarang, yang telah menarik perhatian yang cukup besar dari para peneliti.
Pertukaran ion, teknik yang terbukti untuk menghilangkan logam dan polusi dari air, semakin menarik. Lilac Solutions, sebuah start-up di Oakland, California, telah mengembangkan manik-manik resin khusus yang diperlukan untuk mengekstrak lithium dari air garam dengan pertukaran ion dan berencana untuk memulai fasilitas produksi pertamanya di Great Salt Lake di Utah.
Teknologi perusahaan memompa air garam melalui filter pertukaran ion, mengekstraksi mineral dan mengembalikan air ke sumbernya, sebuah proses David Snydacker, presiden perusahaan, mengatakan menyebabkan sangat sedikit gangguan lingkungan. Jika terbukti bekerja pada skala, itu bisa merevolusi ekstraksi lithium dan mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan tambang bawah tanah dan lubang terbuka.
Magrathea Metals adalah start-up di Oakland yang membuat magnesium ingot dari air asin yang tersisa setelah air laut dihapus. Perusahaan memungkinkan air garam kering, yang meninggalkan garam magnesium klorida. Arus listrik-yang dapat memanfaatkan energi terbarukan di luar puncak-memanaskan larutan dan memisahkan garam dari magnesium cair, yang dilemparkan ke dalam ingot.
Kepala eksekutifnya, Alex Grant, mengatakan proses ini sangat bersih, meskipun belum digunakan untuk memproduksi magnesium dalam skala besar. Departemen Pertahanan telah mendanai banyak pekerjaannya.
Cina menghasilkan 90 persen magnesium dunia. Logam dilebur dengan sesuatu yang disebut proses Pidgeon -. Dipanaskan dengan kiln berbahan bakar batu bara hingga sekitar 2.000 derajat, yang sangat mencemari dan intensif karbon. Fiske mengharapkan lebih banyak inovasi.
“Tiga vektor berkumpul,” katanya. “Nilai beberapa bahan kritis ini naik. Biaya penambangan dan ekstraksi konvensional naik, dan keamanan pemasok internasional, terutama Rusia dan Cina, turun.”
