Les mines de phosphate de Floride pourraient être une source importante d'éléments de terres rares

POLK COUNTY, Floride - Le tableau périodique dont vous vous souvenez peut-être du cours de chimie comportait deux rangées supplémentaires d'éléments sous le tableau principal. Dans la rangée supérieure ajoutée se trouvent des éléments de terres rares, des métaux essentiels aux technologies de tous les jours comme les téléphones portables et les téléviseurs à écran plat. Leur demande mondiale a monté en flèche pour une utilisation dans les technologies d'énergie renouvelable comme les panneaux solaires et les véhicules électriques.

Les soi-disant «terres rares», des métaux portant des noms comme Yttrium et Scandium, ne sont pas vraiment si rares. La plupart sont plus abondants que l'argent, l'or et le platine. On les trouve en petites concentrations plutôt que dans de grands magasins naturels.

Les États-Unis importent actuellement plus de 80 % de leurs éléments de terres rares auprès de fournisseurs étrangers. Une récente évaluation fédérale de la chaîne d'approvisionnement a révélé une "dépendance excessive à l'égard de sources étrangères et de pays antagonistes". Grâce à la politique et à la loi bipartite sur les infrastructures, l'administration Biden a poussé à renforcer l'approvisionnement américain en minéraux essentiels nécessaires à la transition énergétique propre, y compris les terres rares.

Au milieu de cet effort pour étendre les sources nationales, certains chercheurs affirment que les gisements de phosphate de Floride, exploités par l'industrie des engrais pendant plus d'un siècle, pourraient avoir une seconde vie en tant que fournisseur majeur de minéraux de terres rares.

"Nous pourrions satisfaire près de 50% de la demande américaine pour de nombreux éléments de terres rares critiques en provenance de Floride", a déclaré Chunhong "Patrick" Zhang, directeur de la recherche sur l'exploitation minière et l'enrichissement au Florida Industrial and Phosphate Research Institute (FIPR) à Lakeland.

Le Dr Patrick Zhang, directeur de recherche sur l'enrichissement et l'extraction du phosphate au Florida Industrial and Phosphate Research Institute, qui fait partie de l'Université polytechnique de Floride, montre une solution contenant des minéraux de terres rares dans le laboratoire de l'institut.

Mais de grandes questions demeurent quant à savoir qui financerait les coûts de démarrage importants – et si les communautés de Floride qui ont accueilli l'industrie pendant un siècle bénéficieraient également d'une ruée vers les minéraux ou si elles seraient lésées.

Les 15 éléments de terres rares sont divisés en deux catégories, "légers" et "lourds", en fonction de leurs poids atomiques. Alors que d'autres gisements aux États-Unis ont de fortes concentrations de lumières, la Floride a une forte concentration de lourds, en raison de son histoire géologique côtière.

Les soi-disant ETR sont de meilleurs conducteurs et plus magnétiques que les autres métaux, ce qui les rend particulièrement précieux pour l'électronique, les technologies propres, la défense et d'autres technologies.

Qui les contrôle est une préoccupation géopolitique croissante. Les importations américaines proviennent principalement de la Chine, qui produit actuellement environ 70 % de l'approvisionnement mondial.

Le minerai de phosphate est relativement mou et se dissout dans l'eau, ce qui le rend facile à séparer des métaux environnants. Dans une évaluation nationale des gisements de phosphate aux États-Unis, le géologue chercheur Poul Emsbo de l'US Geological Survey (USGS) et son équipe ont trouvé des concentrations de terres rares aux États-Unis qui sont "égales ou supérieures à toute ressource connue". L'équipe a également découvert que les terres rares dans les gisements de phosphate nationaux sont "facilement extractibles", a déclaré Emsbo, et posent moins de problèmes environnementaux que les mines d'ETR conventionnelles.

Des chercheurs et des professionnels de l'industrie ont déclaré que les réserves de phosphate américaines pourraient faire partie d'une nouvelle chaîne d'approvisionnement nationale. Des niveaux significatifs d'ETR se trouvent non seulement dans les gisements de phosphate mais aussi dans le phosphogypse, un sous-produit radioactif du traitement de l'acide phosphorique. Chaque tonne de phosphate produite laisse cinq tonnes de déchets de phosphogypse, selon la Phosphate Innovation Initiative, un groupe industriel. Les déchets sont empilés dans des montagnes ressemblant à des décharges qui présentent des risques environnementaux. L'industrie est à la recherche d'utilisations alternatives, telles que le recyclage du matériau pour la construction de routes, une mesure controversée approuvée pour étude par la législature de Floride cette année.

Dans la «Bone Valley» du centre de la Floride, Zhang a passé la dernière décennie à rechercher le potentiel d'extraction d'éléments de terres rares à partir de phosphate et de phosphogypse à l'institut FIPR, désormais basé à l'Université polytechnique de Floride. Zhang a déclaré que son travail sur la faisabilité économique et technique de la récupération des terres rares à partir des boues de phosphate, financé par le département américain de l'énergie, a prouvé que les déchets et sous-produits miniers "sont des ressources viables pour les éléments critiques".

Dans une prochaine étape, Zhang, une équipe de recherche nationale et The Mosaic Co., la plus grande société minière de phosphate de Floride, ont proposé une usine de démonstration commerciale sur des terres minières qui traiterait des éléments de terres rares à partir de boues d'acide phosphorique.

Avec les progrès scientifiques, une exploitation minière supplémentaire n'est pas nécessaire pour extraire des éléments de terres rares. Des polymères spéciaux, des chaînes répétitives de molécules qui aident les minéraux à se lier, peuvent être ajoutés aux phosphates pour renforcer leur capacité à extraire les métaux.

Un coup d'œil par-dessus l'épaule d'un opérateur de "Princess Grace", une dragline extrayant le phosphate des mines de Four Corners Mosaic.

Joseph Laurino est le fondateur et propriétaire de Periodic Products, basée à Sarasota, une société d'acides et de produits chimiques qui a développé des polymères pour l'extraction des ETR. Sa formation en chimie organique l'a inspiré à breveter la technologie. La plus grande source d'éléments de terres rares, a-t-il dit, n'est pas dans le sol, mais dans les sous-produits de l'industrie du phosphate comme le phosphogypse.

"Il y a suffisamment de terres rares dans les déchets de phosphate aux États-Unis pour répondre à la demande annuelle des États-Unis en métaux de terres rares", a-t-il déclaré. "Nous n'avons rien à extraire, nous devons juste le récupérer à partir des déchets."

Une concentration de 4% d'éléments de terres rares est nécessaire dans la solution de lavage des déchets pour que les terres rares soient séparées avec succès, a déclaré Laurino. Les polymères peuvent concentrer davantage les niveaux de REE, ce qui les rend plus faciles à extraire. Le moyen le plus économiquement efficace de les extraire des boues de phosphate, a déclaré Laurino, serait de co-localiser les sites d'ETR dans les opérations de phosphate actuelles.

"Ce processus doit être effectué sur le site où le matériau est généré, ce qui est vraiment bon pour l'industrie du phosphate", a déclaré Laurino.

Les sociétés minières comme Mosaic auraient beaucoup à gagner financièrement en hébergeant le traitement, a-t-il déclaré. Les nouvelles technologies de polymères pour l'extraction des terres rares pourraient également réduire la quantité de déchets entrant dans les piles de phosphogypse, réduisant à la fois les coûts et les risques de rayonnement. Toujours pas clair, a déclaré Laurino, la quantité de matériel qui pourrait être traitée. Cela dépendra de la taille et de la capacité de l'usine.

Jusqu'à présent, les responsables de Mosaic ont estimé que les coûts d'investissement et d'exploitation élevés étaient trop élevés pour être justifiés au-delà de l'échelle du laboratoire et du pilote. Dans une présentation à l'US Energy Association, la société a indiqué que le processus n'est pas encore économiquement viable "sans un soutien financier gouvernemental important, un accord de coopération ou d'autres incitations commerciales".

Les boues de phosphate se trouvent dans un déversoir sur la propriété de The Mosaic Co. à Bone Valley, où le phosphate est séparé des autres minéraux.

Le dernier rapport d'étape de Zhang au ministère de l'Énergie fait valoir que les ETR pourraient être une source importante de revenus pour le comté de Polk en Floride, que le rapport décrit comme "une communauté défavorisée ayant un impact environnemental séculaire dû à l'extraction de phosphate". Le comté abrite la plus grande concentration de mines de phosphate, d'usines et de cheminées de gypse en Floride, portant le fardeau industriel d'une grande partie de la demande de phosphore du pays.

Dans les premières décennies de l'industrie, ce fardeau était le travail. Ensuite, c'était l'eau, et même la communauté. Les mines ont anéanti les cours d'eau et les sources naturelles et déplacé les quartiers. L'industrie arrache des milliers d'acres de sols et de végétation avant de les restaurer pour d'autres usages, un processus qui dure depuis des décennies. Il empile des déchets radioactifs dans de petites montagnes qui, selon les voisins et les défenseurs de l'environnement, constituent des menaces de contamination.

Zhang a déclaré qu'il pensait que les ETR pourraient apporter un avantage significatif aux communautés locales. Mais les questions incluent comment et combien. Une analyse des données pour ce projet a montré que l'industrie a tendance à se concentrer dans des zones plus pauvres que la moyenne de l'État.

Omanjana Goswami, scientifique interdisciplinaire du programme alimentation et environnement de l'Union of Concerned Scientists, a déclaré que les communautés surchargées de manière disproportionnée par l'industrie des engrais ont besoin de modèles pour savoir comment cela peut changer.

Les innovations sont également importantes pour éloigner complètement la société de l'exploitation minière, a-t-elle déclaré, et vers des sources plus durables de phosphore et d'autres éléments. "En fin de compte, les dépôts sont finis", a-t-elle déclaré. "Ce qui est et devrait être la solution, c'est comment extraire plus efficacement et s'assurer que l'environnement, les personnes, en particulier, et les communautés autour de ces mines ne soient pas lésées."

Omanjana Goswami de l'Union of Concerned Scientists a déclaré que le monde doit trouver des moyens de transformer le "cercle vicieux" de l'extraction minière par l'exploitation minière en un cercle vertueux qui ne cause pas de problèmes pour les personnes et l'environnement.

Les nouvelles utilisations du phosphogypse comprennent la récupération de la struvite, un engrais contenant du magnésium, de l'ammonium et du phosphate, à partir des boues et des eaux usées.

En plus d'environ 500 000 $ en soutien en nature pour l'usine de démonstration de Zhang, Mosaic a accordé environ 500 000 $ à l'Université de Floride au cours des trois dernières années pour d'autres projets de recherche visant à trouver des utilisations plausibles du phosphogypse et des voies vers une économie cyclique du phosphate.

Le professeur d'ingénierie environnementale Timothy Townsend du laboratoire de recherche sur la gestion durable des matériaux de l'UF a travaillé sur le potentiel d'utilisation des déchets de phosphogypse comme matériau de construction routière pour réduire la taille des piles de gypse.

Townsend a déclaré que ses recherches suggèrent une voie pour l'innovation du phosphogypse dans l'industrie. Ses prochaines étapes sont des exemples de projets de fondation routière qui testeront la viabilité et la capacité structurelle des routes contenant du phosphogypse par rapport aux matériaux routiers traditionnels. Il testera également la lixiviation par rayonnement.

Les écologistes affirment que le processus pourrait libérer des matières radioactives dans l'air et les voies navigables et exposer les travailleurs de la construction à des risques de cancer ; ils ont exhorté le gouverneur Ron DeSantis à opposer son veto au projet de loi de cette année approuvant le projet de démonstration.

Au cours de la prochaine décennie, l'US Geological Survey, en partenariat avec les bureaux géologiques de l'État, cartographiera le pays pour identifier les zones contenant des approvisionnements minéraux critiques, a déclaré le géologue chercheur Warren Day, coordinateur scientifique de l'Earth Mapping Resources Initiative.

"Cela n'a jamais été fait", a déclaré Day du projet de cartographie, surnommé Earth MRI. "C'est une mission énorme, c'est un grand défi."

Day a déclaré que la loi bipartite sur les infrastructures a affecté 320 millions de dollars pour les cinq premières années de cartographie.

Les géologues du Florida Geological Survey travaillent actuellement avec l'USGS pour étudier le potentiel des terres rares provenant des déchets miniers de phosphate de Floride. Le département d'État de la protection de l'environnement n'a pas répondu aux demandes d'interview pour discuter des travaux.

En plus des problèmes de sécurité intérieure et de chaîne d'approvisionnement, a déclaré Day, la dépendance à l'égard des minerais provenant de pays où les droits de l'homme et la protection de l'environnement sont laxistes signifie que nous "exportons nos problèmes vers ces pays".

Goswami de l'Union of Concerned Scientists a déclaré que la voie à suivre consiste à transformer le "cercle vicieux" de l'extraction minière par l'exploitation minière en un cercle vertueux qui ne cause pas de problèmes aux gens d'ici ou d'ailleurs.

"C'est une question de politique, bien sûr, d'argent, ainsi que de pression communautaire aussi", a-t-elle déclaré. "Pour des gains à court terme, nous faisons des dommages à long terme qui seraient si difficiles à réparer. C'est presque irréparable et irréversible."

Cette histoire fait partie de The Price of Plenty, un projet spécial d'enquête sur les engrais du Collège de journalisme et de communication de l'Université de Floride et de l'École de journalisme de l'Université du Missouri, soutenu par l'initiative nationale de reportage Connected Coastlines du Pulitzer Center.