フロリダのリン鉱石鉱山はレアアース元素の重要な供給源となる可能性がある

フロリダ州ポーク郡 – 化学の授業で覚えているかもしれない周期表には、メインの表の下に元素の追加行が 2 行ありました。 追加された一番上の行には、携帯電話やフラットスクリーンテレビなどの日常のテクノロジーに不可欠な金属であるレアアース元素が含まれています。 ソーラーパネルや電気自動車などの再生可能エネルギー技術での使用に対する世界的な需要が急増しています。

いわゆる「レアアース」、イットリウムやスカンジウムなどの名前の金属は、実際にはそれほど珍しいものではありません。 ほとんどは銀、金、プラチナよりも豊富です。 それらは、大規模な自然の貯蔵庫ではなく、小規模に集中して見つかります。

米国は現在、レアアース元素の80％以上を海外供給業者から輸入している。 最近の連邦政府のサプライチェーン評価では、「外国の供給源や敵対国への過度の依存」が判明した。 バイデン政権は、政策と超党派のインフラ法を通じて、レアアースを含むクリーンエネルギー移行に必要な重要な鉱物の米国供給の構築を推進してきた。

国内資源を拡大するこの取り組みのさなか、一部の研究者は、1世紀以上にわたり肥料産業によって採掘されてきたフロリダのリン鉱床が、レアアース鉱物の主要供給源として第二の人生を歩む可能性があると主張している。

レイクランドにあるフロリダ工業・リン酸塩研究所（FIPR）の採掘・選鉱研究部長チュンホン・“パトリック”・チャン氏は、「フロリダ産の重要なレアアース元素の多くに対する米国の需要の50％近くを満たすことができる」と述べた。

フロリダ工科大学の一部であるフロリダ工業・リン酸塩研究所のリン酸塩選鉱および採掘の研究責任者であるパトリック・チャン博士は、研究所の研究室でレアアース鉱物を含む溶液を示しています。

しかし、多額の立ち上げ費用を誰が資金提供するのか、そして1世紀にわたって産業を支えてきたフロリダのコミュニティも鉱物ラッシュの恩恵を受けるのか、それとも被害を受けるのかという大きな疑問が残っている。

15 種類のレアアース元素は、原子量に基づいて「軽元素」と「重元素」の 2 つのカテゴリに分類されます。 米国の他の鉱床には軽質鉱床が高濃度で存在しますが、フロリダには沿岸の地質学的歴史により重質鉱床が高濃度で存在します。

いわゆる REE は、他の金属よりも優れた導体と磁性を備えているため、エレクトロニクス、クリーンテクノロジー、防衛、その他の技術にとって特に価値があります。

誰がそれらを管理するかという地政学的な懸念が高まっています。 米国の輸入は主に中国から来ており、現在世界の供給量の約70％を中国が生産している。

リン酸鉱石は比較的柔らかく、水に溶けるため、周囲の金属から容易に分離できます。 米国地質調査所（USGS）の研究地質学者ポール・エムズボ氏と彼のチームは、米国のリン鉱床の全国評価で、米国内のレアアース濃度が「既知の資源と同等かそれ以上」であることを発見した。 研究チームはまた、国内のリン鉱床にあるレアアースは「容易に抽出可能」であり、従来の希土類鉱山よりも環境への懸念が少ないことも発見したとエムズボ氏は述べた。

研究者や業界専門家らは、米国のリン酸塩埋蔵量が国内の新たなサプライチェーンの一部となる可能性があると述べた。 かなりのレベルの希土類元素は、リン酸塩堆積物だけでなく、リン酸処理の放射性副産物であるリン石膏にも含まれています。 業界団体であるリン酸塩イノベーション・イニシアティブによると、リン酸塩が生産されるたびに 5 トンのリン石膏廃棄物が発生します。 廃棄物は埋め立て地のような山に積み上げられ、環境に危険をもたらします。 業界は、今年フロリダ州議会で検討が承認された物議を醸す措置である道路建設用の材料のリサイクルなど、代替用途を模索している。

フロリダ中央部の「ボーンバレー」で、現在はフロリダ工科大学に本拠を置くFIPR研究所で、張氏は過去10年間、リン酸塩とリン石膏からレアアース元素を抽出する可能性を研究してきた。 張氏は、米国エネルギー省の資金提供を受けて、リン酸塩汚泥から希土類希土類回収の経済的および技術的実現可能性に関する研究を行い、鉱山廃棄物と副産物が「重要な元素にとって実行可能な資源である」ことを証明したと述べた。

次のステップとして、国家研究チームのチャン氏とフロリダ最大のリン酸塩採掘会社モザイク社は、リン酸スラッジからレアアース元素を処理する商業実証プラントを採掘地に建設することを提案した。

科学の進歩により、レアアース元素を抽出するために追加の採掘は必要なくなりました。 鉱物の結合を助ける分子の繰り返し鎖である特殊なポリマーをリン酸塩に添加すると、金属を引き抜く能力を高めることができます。

フォー・コーナーズ・モザイクの鉱山からリン酸塩を引き出す牽引索「プリンセス・グレース」の操縦士の肩越しに覗く。

ジョセフ・ラウリノはサラソタに拠点を置くピリオディック・プロダクツ社の創設者兼所有者であり、希土類抽出用のポリマーを開発した酸・化学会社です。 彼の有機化学の背景は、彼にこの技術の特許を取得するきっかけを与えました。 同氏によると、レアアース元素の最大の供給源は地面ではなく、リン石膏などのリン酸塩産業の副産物にあるという。

同氏は、「米国のリン酸塩廃棄物には、米国の毎年のレアアース金属需要を満たすのに十分な量のレアアースが含まれている」と述べた。 「何も採掘する必要はなく、廃棄物から回収するだけで済みます。」

ラウリノ氏によると、希土類元素をうまく分離するには、廃洗浄液中に希土類元素の濃度が4％必要であるという。 ポリマーはREEレベルをさらに濃縮することができ、抽出を容易にします。 ラウリノ氏は、リン酸塩スラッジからそれらを抽出する最も経済的に効率的な方法は、現在のリン酸塩操業と同じ場所に希有希土類元素サイトを設置することだろうと述べた。

「このプロセスは物質が生成される現場で行われなければなりません。これはリン酸塩産業にとって非常に良いことです」とラウリノ氏は語った。

モザイクのような鉱山会社は、処理施設を収容することで経済的に多くの利益を得られるだろうと同氏は述べた。 レアアースを抽出するための新しいポリマー技術も、リン石膏スタックに入る廃棄物の量を削減し、コストと放射線リスクの両方を低下させる可能性があります。 ラウリーノ氏によると、どれだけの量の材料が処理できるのかはまだ不明だという。 植物の規模と能力によって異なります。

これまでのところ、モザイク当局は、実験室や試験規模を超えて正当化するには、莫大な資本コストと運営コストが高すぎると考えている。 同社は米国エネルギー協会へのプレゼンテーションで、このプロセスは「政府の多額の財政支援、協力協定、その他のビジネス上のインセンティブがなければ」まだ経済的に実行可能ではないと報告した。

リン酸塩スラッジは、ボーンバレーのモザイク社の敷地内にある放水路にあり、そこでリン酸塩が他の鉱物から分離されます。

張氏がエネルギー省に提出した最新の進捗報告書は、フロリダ州ポーク郡にとって希土類希土類が重要な収入源となる可能性があると主張しており、同報告書では同郡を「リン鉱石採掘による環境への影響を1世紀に渡って負っている恵まれない地域」としている。 この郡にはフロリダ州でリン鉱石鉱山、工場、石膏スタックが最も集中しており、全米のリン需要の多くを産業の負担として担っている。

業界の初期の数十年間、その負担は労働力でした。 そしてそれは水であり、さらにはコミュニティでした。 地雷により自然の小川や泉が破壊され、近隣住民は避難を余儀なくされました。 この産業は、他の用途のために復元する前に、数千エーカーの土壌と植生を引き裂きますが、これは数十年にわたるプロセスです。 小さな山に放射性廃棄物が積み上げられており、近隣住民や環境活動家らは汚染の脅威を懸念している。

Zhang氏は、希土類希土類は地域社会に大きな利益をもたらす可能性があると信じていると述べた。 しかし、問題は、どのように、そしてどのくらいの量であるかということです。 このプロジェクトのデータ分析では、この産業が州平均よりも貧困が多い地域に集中する傾向があることが示されました。

憂慮する科学者連合で食品と環境プログラムを担当する学際的な科学者、オマンジャナ・ゴスワミ氏は、肥料産業の負担を不当に受けている地域社会には、それがどのように変化し得るかについてのモデルが必要だと述べた。

また、社会を採掘から完全に遠ざけ、リンやその他の元素のより持続可能な供給源に向けて移行するためのイノベーションも重要であると彼女は述べた。 「結局のところ、預金は有限だ」と彼女は言う。 「解決策となるべきものは、より効率的に採掘し、これらの鉱山の周囲の環境、人々、特にコミュニティが被害を受けないようにする方法です。」

憂慮する科学者連合のオマンジャナ・ゴスワミ氏は、世界は採掘による鉱物抽出の「悪循環」を、人々や環境に問題を引き起こさない好循環に変える方法を見つけなければならないと述べた。

リン石膏の新たな用途としては、マグネシウム、アンモニウム、リン酸塩を含む肥料であるストルバイトを汚泥や廃水から回収することが挙げられます。

張氏の実証プラントへの約50万ドルの現物支援に加え、モザイク社はリン石膏の妥当な用途やリン酸塩の循環経済への道筋を見つけるための他の研究プロジェクトのために、過去3年間でフロリダ大学に約50万ドルを寄付している。

大学の持続可能な材料管理研究室の環境工学教授ティモシー・タウンゼントは、石膏スタックのサイズを縮小するための道路建設資材としてリン石膏廃棄物を使用する可能性について研究しています。

タウンゼント氏は、彼の研究が業界におけるリン石膏の革新への道を示唆していると述べた。 彼の次のステップは、従来の道路材料と比較して、リン石膏を含む道路の実行可能性と構造能力をテストするサンプル道路基盤プロジェクトです。 放射線の浸出試験も行う予定だ。

環境活動家らは、このプロセスによって放射性物質が空気や水路に放出され、建設労働者がガンのリスクにさらされる可能性があると主張している。 彼らはロン・デサンティス知事に対し、実証プロジェクトを承認する今年の法案に拒否権を発動するよう求めた。

地球地図資源イニシアチブの科学コーディネーターである研究地質学者ウォーレン・デイ氏は、今後10年間にわたり、米国地質調査所は州地質局と協力して全国の地図を作成し、重要な鉱物供給源を含む地域を特定すると述べた。

「そんなことは今までになされたことがない」と、アースMRIと呼ばれる地図作成プロジェクトについてデイ氏は語った。 「それは大きな使命であり、大きな挑戦です。」

デイ氏は、超党派のインフラ法により最初の5年間の地図作成に3億2000万ドルが割り当てられたと述べた。

フロリダ地質調査所の地質学者は現在、USGS と協力して、フロリダのリン鉱石鉱山廃棄物からの希土類元素の可能性を調査しています。 州環境保護局は、この取り組みについて話し合うための取材要請に応じなかった。

デイ氏は、国内の安全保障やサプライチェーンの問題に加え、人権や環境保護が緩い国々からの鉱物に依存することは、我々が「問題をそれらの国に輸出している」ことを意味すると述べた。

憂慮する科学者連合のゴスワミ氏は、今後の進むべき道は、採掘による鉱物抽出の「悪循環」を、ここや他の場所の人々に問題を引き起こさない好循環に変えることだと述べた。

「これは政策の問題であり、もちろんお金だけでなく、地域社会の推進の問題でもあります」と彼女は語った。 「短期的な利益のために、私たちは修復するのが非常に難しい長期的な損害を与えています。それはほとんど修復不可能で、取り返しがつきません。」

この記事は、フロリダ大学ジャーナリズム・コミュニケーション学部とミズーリ大学ジャーナリズム学部による肥料を調査する特別プロジェクト「The Price of Plenty」の一部であり、ピューリッツァー・センターの全国規模の「Connected Coastlines」報道活動の支援を受けている。