Золотоискатели эпохи «золотой лихорадки» могли пополнить запасы для телефонов и телевизоров (обновлено)

По всему западному побережью США ранние шахтеры, добывавшие золото, серебро и медь, не подозревали, что однажды в выброшенных ими кучах грунта и камней окажется захоронено нечто иное, очень ценное. В США сейчас идет поиск ключевых компонентов для мобильных телефонов, телевизоров, систем вооружения, ветряных турбин, аппаратов МРТ и рекуперативных тормозов гибридных автомобилей, и старые отвалы горной породы могут стать ответом. Они могут содержать группу универсальных минералов из периодической таблицы — редкоземельные элементы.

«Дядя Сэм может сидеть на золотой жиле», — сказал Ларри Мейнерт, директор программы минеральных ресурсов Геологической службы США (USGS) в Рестоне, штат Вирджиния. USGS и Министерство энергетики США ведут по всей стране поиск месторождений этих элементов, которые делают магниты легче, придают сбалансированные оттенки флуоресцентному освещению и цвет сенсорным экранам смартфонов, чтобы разорвать китайскую монополию на эти поставки.

Исследователи были удивлены, обнаружив, что критические элементы могут находиться на поверхности в кучах щебня, которые в остальном считаются неприглядными и токсичными отходами. Мусор одной эпохи может оказаться сокровищем этой эпохи. «Их почти никогда не анализировали ни на что, кроме того, что там добывали», — отметил Мейнерт. — Если они окажутся ценными, это беспроигрышный вариант по нескольким направлениям: избавление от зависимости от Китая и наличие ресурса, о котором мы не знали».

15 редкоземельных элементов были открыты задолго после того, как «золотая лихорадка» пошла на спад, но спрос на них резко вырос только за последние 10 лет по мере миниатюризации и усложнения электроники. Они начинаются с №57, лантана, и заканчиваются №71, лютецием — группой металлических химических элементов, которые не столько редки, сколько их трудно добывать, потому что они встречаются в крошечных количествах и часто «слипшиеся». В отличие от металлов, находящихся выше в таблице, таких как серебро и золото, не существует хорошего агента для разделения элементов, столь тесно связанных в атомной структуре, без разрушения цели. Это делает их добычу трудоемкой и дорогой.

«Причина, по которой их не искали в США, заключалась в том, что пока Китай был готов экспортировать достаточно редкоземельных элементов для удовлетворения спроса, все было в порядке — как с нефтяными картелями. Когда Китай начал использовать их в качестве политического инструмента, люди стали осознавать уязвимость экономики США из-за наличия одного источника редкоземельных элементов», — сказал Иэн Ридли, директор Научного центра минеральных и экологических ресурсов USGS в Колорадо.

Два года назад Китай резко поднял цены: например, на неодим, используемый для увеличения мощности и снижения веса электродвигателей Prius, с 15 долларов за килограмм в 2009 году до 500 долларов в 2011 году, а оксид диспрозия, используемый в лазерах и галогенных лампах, подорожал со 114 долларов за килограмм в 2010 году до 2830 долларов в 2011 году. Был также случай, когда Китай прекратил поставки в Японию, производителя Prius, из-за спора о международной рыболовной территории.

Именно тогда правительство США перешло в режим чрезвычайной ситуации и направило геологов на поиски новых внутренних источников. «У нас столкнулись предложение и спрос. Это глобальная проблема. Растущий средний класс во всем мире означает, что все больше и больше людей хотят таких вещей, как мобильные телефоны», — сказал Алекс Кинг, директор Института критических материалов исследовательской лаборатории Эймса Министерства энергетики в Айове. — Наша задача — решить проблему любым возможным способом».

В Университете Невады в Рино и Колорадской горной школе ученые USGS использовали лазеры для изучения обширных образцов горных пород и руды, собранных по всему Западу во времена «золотой лихорадки» геологами из Стэнфордского университета и Калифорнийского технологического института.

«Если бы мы могли переработать часть этих отходов и получить из них то, что было отходами много лет назад, но не является ими сегодня, это, безусловно, было бы целью», — сказал Алан Кениг, ученый USGS, ответственный за проект по хвостохранилищам.

Один образец, собранный в 1870 году в районе недалеко от Спаркса, штат Невада, где шахтеры искали жизнеспособную медную жилу, показал многообещающие результаты и дал исследователям подсказки в поисках новых месторождений. Они обнаружили, что некоторые редкоземельные элементы сосуществуют с минералами, о совместном нахождении которых ранее не было известно. «Медный рудник так и не был запущен в производство, но теперь, спустя все это время, мы проанализировали его, и он оказался богат индием, который используется в фотоэлектрических панелях. Он никогда не был экономически выгоден для добычи меди, но дает нам представление о некоторых ассоциациях, которые мы раньше не признавали», — сказал Кениг.

Индий также был обнаружен на заброшенном медном руднике, который доминирует над артистичным городком Бисби в южной Аризоне. Кениг и его коллеги работают над пониманием состава всех основных месторождений страны, отобранных за последние 150 лет. В некоторых случаях рудники были истощены по золоту или меди, но породы, оставленные в кучах рядом с шахтами и карьерами, могут содержать современную «главную жилу». «Мы пересматриваем историю», — сказал он.

Они составляют базу данных из 2500 образцов, чтобы лучше понять, можно ли предсказать, где могут скрываться редкоземельные элементы, основываясь также на наличии там других элементов. «Если бы мне пришлось назвать цифру, я бы сказал, что мы нашли несколько десятков новых мест, где содержание одного или нескольких критически важных металлов повышено», — сказал Кениг. — Целью этого проекта было бы создание этой большой базы данных, которая позволила бы нам прогнозировать и формировать новые ассоциации».

В настоящее время в США есть только одна шахта, добывающая редкоземельные элементы, — Маунтин-Пасс в пустыне Южной Калифорнии. Цель компании Molycorp Inc. по возобновлению работы на заброшенном руднике — добыча 20 000 метрических тонн редкоземельных элементов к этому лету, включая оксид церия, используемый для полировки линз телескопов и другого стекла.

USGS рассчитывает на такие компании, как Molycorp, которые будут использовать полученную ими информацию для обнаружения других легкодоступных месторождений, расположенных на федеральных землях и в других местах. «Без редкоземельных элементов мы снова вернемся к черно-белым мобильным телефонам», — сказал Ридли из USGS.