211service.com
Kan USA:s sällsynta jordartsindustri återhämta sig?
Sällsynta jordartselement var oklara fram till det senaste året, när Kina, deras primära producent, skärpte exportkvoterna på materialen. Sällsynta jordartsmetaller används i en mängd olika tekniker, inklusive magneter för vindkraftverk, hybridbilsbatterier, lysrörslampor och hårddiskar.
Upprampning: Separationsanläggningen vid Molycorp Mountain Pass-gruvan i Kalifornien. Gruvbolaget kan spendera 400 miljoner dollar på att utöka produktionen.
Kina är inte det enda landet med betydande reserver av dessa värdefulla material; i själva verket var USA deras primära producent fram till 1990-talet, när kineserna började underskatta amerikanerna på kostnaden. Nu ökar företag i USA och Australien produktionen på två rika platser för sällsynta jordartsmetaller, men processen kommer att ta år. Att ta sig från stenar till de rena metaller och legeringar som krävs för tillverkning kräver flera steg som amerikanska företag inte längre har infrastrukturen eller den intellektuella egendomen att utföra.
I motsats till deras namn finns det rikligt med sällsynta jordartsmetaller i jordskorpan, och betydande reserver är koncentrerade i USA, Australien, Brasilien och andra länder. Enligt U.S. Geological Survey finns det 13 miljoner ton extraherbara sällsynta jordartsmetaller i USA, 5,4 miljoner i Australien och 19 miljoner i Ryssland och angränsande länder. 2009 hade Kina 36 miljoner.
På 1970- och 1980-talen producerade Mountain Pass-gruvan i Kalifornien över 70 procent av världens utbud. Ändå under 2009 tillverkades ingen i USA, och det kommer att bli svårt, kostsamt och tidskrävande att öka igen. När man slutar bryta i det här landet, när investeringarna minskar, exporteras även expertis om spjutspetsteknik, säger Carol Raulston, taleskvinna för Nationella gruvföreningen . Sällsynt jordartsforskare Karl Gschneidner vid Ames National Laboratory i Iowa ser också en brist på vad han kallar intellektuell infrastruktur för sällsynt jordartsmetall-teknologiutveckling i USA.
De två gruvor som kommer att öka produktionen snarast är Mountain Pass, som utvecklas av Molycorp , och Mount Weld-gruvan, som utvecklas av Lynas , utanför Perth, Australien. Mountain Pass har kanten av att redan ha etablerats. Men företaget kan inte använda de processer som användes under gruvans storhetstid: de är både ekonomiskt och miljömässigt ohållbara.
Flera faktorer gör rening av sällsynta jordartsmetaller komplicerad. För det första tenderar de 17 elementen alla att förekomma tillsammans i samma mineralfyndigheter, och eftersom de har liknande egenskaper är det svårt att skilja dem från varandra. De tenderar också att förekomma i avlagringar med radioaktiva ämnen, särskilt torium och uran. Dessa element kan bli ett hot om avfallet, den slaskiga avfallsprodukten från det första steget i att separera sällsynta jordartsmetaller från stenarna de finns i, inte hanteras ordentligt.
Mountain Pass gick ner på 1990-talet när kinesiska tillverkare började underprisa gruvan samtidigt som den hade säkerhetsproblem med avfall. När Mountain Pass-gruvan var i drift med full kapacitet producerade den 850 liter saltvatten som innehöll dessa radioaktiva ämnen varje timme, varje dag på året. Avfallsavfallet transporterades nedför en 11 mil lång rörledning till avdunstningsdammar. 1998 fick Mountain Pass, som då ägdes av ett dotterbolag till oljebolaget Unocal, problem med läckage när rörledningen sprack; fyra år senare upphörde bolagets tillstånd att lagra avfallet.
Under hela 1990-talet utnyttjade kinesiska gruvor sitt fotfäste på marknaden för sällsynta jordartsmetaller. Kineserna började gräva fram elementen som en biprodukt av en järnmalmsgruva som heter Bayan Obo i den norra delen av landet; att få båda produkterna från samma sida hjälpte till att hålla priserna låga initialt. Och landet investerade i forskning och utveckling kring bearbetning av sällsynta jordartsmetaller, öppnade så småningom flera mindre gruvor och uppmuntrade sedan tillverkare som använder dessa metaller att etablera anläggningar i landet.
Samtidigt har den globala efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller ökat. I år var efterfrågan 125 000 ton; till 2015 förväntas den växa till 225 000 ton, och Molycorps talesman Jim Sims konstaterar att denna prognose inte inkluderar vindkraftsindustrin, som förväntas bli en stor marknad. Toppmoderna vindturbiner som de som kommer att installeras vid världens största vindkraftspark, en 845 megawatts anläggning i Oregon, använder högeffektiva sällsynta jordartsmagneter. De kan vara en tiondel av storleken och vikten av jämförbara magneter men lika starka. Var och en av dessa magneter kräver massor av sällsynta jordartsmetaller, säger Sims.
Molycorp förnyade bergspassets gruvtillstånd och påbörjade sin egen forskning och utveckling 2004. I år kommer företaget att sälja 3 000 ton sällsynta jordartsmetaller med hjälp av sten som bröts innan ett tidigare tillstånd löpte ut och nya separationstekniker som det har utvecklat. Till 2012 räknar Molycorp med att producera 20 000 ton per år, och under sina nuvarande gruvtillstånd kan kapaciteten fördubblas till 40 000 ton. Sims säger också att företaget kommer att producera sällsynta jordartsmetaller till hälften så mycket som kineserna 2012. Enligt företaget kommer dessa besparingar att möjliggöras av flera förändringar, som att eliminera produktionen av saltvattenavfall. Molycorp kommer att använda ett slutet system som omvandlar avfallet tillbaka till de syror och baser som krävs för separation och eliminerar behovet av att köpa sådana kemikalier. Företaget kommer också att installera en kraftvärmeanläggning för naturgas på plats för att minska energikostnaderna.
Men Ames Labs Gschneidner noterar att en stor kostnadskälla i separationsprocessen inte kan elimineras – det faktum att det helt enkelt tar lång tid. Malt sten skakas om och om igen i en blandning av lösningsmedel för att separera grundämnena efter vikt; beroende på den ultimata renhet som krävs måste detta göras 10 000 till 100 000 gånger. Resultatet säljs sedan som ett koncentrat eller behandlas för att producera sällsynta jordartsmetalloxider.
Även om Molycorp lyckas minska kostnaderna för separation med hälften, kan nästa steg i produktionen orsaka en hicka. Oxider och koncentrat av sällsynta jordartsmetaller har en marknad - till exempel som katalysatorer för petroleumindustrin - men de kan inte göras till magneter. För att göra magneter måste oxider av sällsynta jordartsmetaller först omvandlas till rena metaller, en process som producerar frätande biprodukter, och som görs enbart i Kina idag. Sims säger att Molycorp undersöker vägar som är miljövänliga och inte omfattas av immateriella rättigheter som ägs av utländska företag. Dessa metaller måste sedan göras till legeringar som är lämpliga för magneterna, en annan kapacitet som är koncentrerad utomlands, mestadels i Japan och Tyskland.
Företagets mål är att kontrollera varje steg längs leveranskedjan, genom produktion av legeringar och så småningom magneterna också. Även här saknar USA infrastruktur och immateriella rättigheter, så Molycorp hoppas kunna licensiera eller köpa patent på att tillverka legeringar, och kommer att tillverka magneter genom ett joint venture med ett annat företag.
Genom att offentliggöras i juli samlade Molycorp in 379 miljoner dollar av de 511 miljoner dollar som företaget anser krävs för att sätta sina projekt på plats senast 2012. En räkning som väntar i Hus och den Senat skulle erbjuda lånegarantier för Molycorp och andra investerare i gruvor med sällsynta jordartsmetaller. Och företaget har ansökt om lånegarantier genom det amerikanska energidepartementet, som kommer att fatta ett slutgiltigt beslut nästa sommar.