Modern teknolojinin vazgeçilmez unsurlarından olan nadir toprak elementleri (NTE'ler), rüzgar türbinlerinden akıllı telefonlara kadar pek çok alanda kullanılıyor. Bu elementler, isimlerinin aksine çok nadir bulunmasa da, çıkarılmaları ve saflaştırılmaları oldukça zorlu bir süreç gerektiriyor. Ancak, Türkiye'deki teknoloji ve bilim meraklıları için heyecan verici bir gelişme yaşandı.
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bir araştırma ekibi, kömür madenciliğinden geriye kalan atık yığınlarından NTE'leri çıkarma konusunda mevcut yöntemlere kıyasla üç kata kadar daha verimli yeni bir yöntem geliştirdi. Bu atıklar, ince öğütülmüş kayaç, su ve kömür partiküllerinden oluşan ve çevreyi kirletmemesi için tasarlanan büyük havuzlarda biriken malzemelerdir.
Mevcut durumda bu atıkların büyük bir kısmı inşaat malzemelerinde dolgu maddesi olarak kullanılıyor veya basitçe depolanıyor. Ancak yapılan tahminlere göre, her 1.5 milyar ton atıktan yaklaşık 600 kiloton NTE elde edilebileceği düşünülüyor. Mevcut yöntemler ise bu potansiyelin verimli bir şekilde kullanılmasında yetersiz kalıyordu.
Yeni geliştirilen çıkarma süreci iki temel adımdan oluşuyor: Kömür atıklarının mikrodalgalarla ısıtılırken alkali bir çözelti içinde pişirilmesi ve ardından nitrik asit ile işlenerek NTE'lerin diğer kayaçlardan ayrılması. Araştırmacılar, yaptıkları çalışmada, aside daldırmadan önce kömür atıklarının alkali ön işlemden geçirilmesinin, NTE çıkarma verimliliğini önemli ölçüde etkilediğini belirtiyor. Alkali çözelti içinde ise minimum düzeyde bir çıkarma gerçekleştiği gözlemlenmiş.
NTE'lerin kömür atıklarından çıkarılmasındaki zorluk, bu elementlerin sıkıca sarıldıkları kil minerallerinden ayrılmasıdır. Bu durum, önceki çıkarma yöntemlerinin etkisiz kalmasına neden olmuş ve bilim insanlarını başka kaynaklara yöneltmişti. Yeni yöntem ise, alkali ön işlem ve mikrodalga ısıtmanın birleşimiyle, elementleri çevreleyen minerallerin yapısını değiştirerek kömür atıklarını daha gözenekli bir hale getiriyor.
Bu işlemle elde edilen NTE'lerden biri olan neodimyum, yüksek mukavemetli mıknatıslar, elektrikli araçlar, bilgisayar sürücüleri ve rüzgar türbinleri gibi günümüz yaşamı ve yeşil teknolojiye geçişimiz için kritik öneme sahip uygulamalarda kullanılıyor.
Bu umut verici gelişmelerin yanı sıra, henüz aşılması gereken bazı zorluklar da bulunuyor. Çıkarma sürecinin verimlilik açısından önemli bir iyileşme sunmasına rağmen, hala maliyetli olması ve ölçeklendirilmesinin zor olabileceği düşünülüyor. Ayrıca, kömür atıklarının mineral bileşimleri lokasyona göre değişiklik gösterebileceğinden, çıkarma işleminin her duruma göre uyarlanması gerekebilir. Diğer yandan, kömür atıklarında magnezyum gibi başka faydalı elementler de bulunuyor ve bunların da NTE'ler ile birlikte aynı anda çıkarılması ideal olacaktır. Bu da dikkate alınması gereken bir diğer faktör.
Tüm bu zorluklara rağmen, NTE talebinin hiç olmadığı kadar yüksek olduğu ve önümüzdeki yıllarda daha fazlasına ihtiyaç duyulacağı göz önüne alındığında, çıkarma verimliliğindeki bu dramatik artışın sevinçle karşılanması gerektiği vurgulanıyor. Araştırmacılar, bu yaklaşımın NTE salınım mekanizmaları ve kömür atıklarının verimli NTE çıkarımı için alkali ön işleminin optimizasyonu potansiyeli hakkında yeni bilgiler sunduğunu belirtiyorlar.
Bu araştırma, Environmental Science & Technology dergisinde yayımlandı.
