В России предложили добывать редкоземельные металлы с помощью растений-гипераккумуляторов. Их высаживают на техногенных отвалах, где они в процессе жизнедеятельности сами извлекают полезные элементы из почвы и накапливают в своей биомассе. Технологию разработали в институте «Гиредмет» (входит в «Росатом»).
«Подобные методы применяют для очистки территорий. Например, культуры высаживают вдоль дорог или вблизи химических заводов, чтобы удалить из земли тяжелые металлы и другие вредные соединения. Также изучают виды, которые извлекают из почвы радионуклиды. У нас обратный подход – мы с помощью растений хотим извлечь из земли максимум полезных элементов», – рассказал начальник лаборатории металлургических процессов института «Гиредмет» Виталий Санин.
В науке этот процесс получил название фитомайнинг. В отличие от традиционных способов новая технология предполагает минимальные капитальные затраты, поскольку строительство дорогостоящих обогатительных производств заменят обычные сельскохозяйственные работы, пояснил ученый.
По его словам, для экспериментов исследователи отобрали белую горчицу, подсолнечник, кукурузу, лен, гречиху, папоротник, борщевик и ряд других растений. Помимо способности накапливать металлы, выбор обусловлен их быстрым ростом, устойчивостью к климату в России, а также наличием агротехник, которые позволяют механизировать посев и уборку этих культур.
Разработчики опробовали технологию на отходах добычи фосфогипса на месторождениях в окрестностях Воскресенска (Подмосковье) и Балаково (Саратовская область), а также на хвостохранилищах обогащения лопаритовых руд с Ловозерского горно-обогатительного комбината в Мурманской области.
Согласно сделанным оценкам, при оптимальных условиях с помощью растений с одного гектара посадок можно извлекать до 630 кг разных редкоземельных металлов за один урожай. При этом климат в средней полосе России позволяет получать до двух урожаев в год.
Как объяснил Виталий Санин, в экспериментах специалисты также отбирали вспомогательные органические вещества, которые переводят металлы в легко усваиваемую растениями форму. Вместе с тем важно, что основная масса элементов накапливается в стеблях и листьях, это дает возможность собирать биомассу механизированно.
В дальнейшем растения высушивают и сжигают, получая золу. Из нее с помощью химических реакций извлекают суммарный концентрат редкоземельных металлов. Следующий этап – его разделение на отдельные элементы путем получения оксидов с последующим восстановлением до чистых металлов.
Как отметили ученые, эти технологии в России уже существуют, их активно развивают до промышленного уровня. В частности, соответствующий производственный комплекс построят в Соликамске в 2028–2029 годах.
«В чистом фосфогипсе растения растут хуже, поэтому в экспериментах ученые определяли 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», – поделился Виталий Санин.
Он добавил, что для хвостохранилищ Ловозерского ГОКа прорабатывают аналогичный подход, но с акцентом на применение растений-гипераккумуляторов из местной флоры. В частности, рассматривают иву — кустарник, который устойчив 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 уже в следующем году, сообщил Виталий Санин. По его словам, технология не заменит горную добычу, но дополнит ее, позволяя извлекать ценные элементы там, где нерентабельны классические методы. Кроме того, технология поможет рекультивировать территории на объектах бывших месторождений.
Разработку также можно экспортировать, отметил ученый. В частности, в странах с теплым климатом технология потенциально позволит получать по 3-4 урожая в год. Такие проекты уже прорабатываются с зарубежными партнерами.
«Еще в XIX веке заметили, что растения могут накапливать в себе металлы. Однако только в 2003 году были проведены испытания по фитомайнингу золота в Новой Зеландии и Бразилии, а в промышленное использование по накоплению никеля технология вышла в прошлом году», – рассказала завкафедрой биологии Обнинского института атомной энергетики НИЯУ «МИФИ» Людмила Комарова.
По ее мнению, коммерческому внедрению фитомайнинга препятствует сложность подбора видов с нужными качествами, создания необходимых условий роста и экономически оправданных способов получения редкоземов из биомассы.
«Основные проблемы фитомайнинга связаны с тем, что растения-гипераккумуляторы, как правило, имеют небольшую биомассу. Накопленные РЗМ могут быть токсичны и также ограничивать рост. Кроме того, на техногенных отвалах растениям сложно расти, поэтому технология требует агротехнической подготовки грунта – создания почвенного слоя, внесения удобрений (азота, фосфора, калия и других), что делает весь процесс не таким дешевым, как кажется», – добавила завкафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий Уральского федерального университета Ирина Киселева.
Перспективно использовать многолетние древесные формы, например иву, отметила эксперт. Такие растения могут накапливать РЗМ в течение нескольких лет и дают больший выход элементов. Однако в России таких видов немного.