Cradle-to-gate life cycle assessment of the production of separated mix of rare earth oxides based on Australian production route

Abstract

Purpose. Life cycle assessment (LCA) to investigate environmental impact resulting from the production of separated mixture of rare earth oxides (REO) mined in Australia. Methods. Analytical study of the literature reviews data, measurements and manufacturers’ reports, life cycle inventory databases and reasonable estimates of the processes involved in the production of a separated mixture of different REO was performed. To refine the data, was used an approach based on the basis of the matrix and Monte Carlo simulation. To estimate environmental impact from the production of each REO, the method of distributing the environmental impact between different REO was also used. Findings. The obtained results show that the production process of separated REO has a different environmental impact depending upon type of REO: for light REO global warming potential (GWP) is 1.7-3.9 t of CO2 eq./t of produced REO; a substantially higher impact for medium and heavy REO (GWP is about 90 t of CO2 eq. per tonne of REO). The major impact comes from production of praseodymium/neodymium (Pr/Nd) oxides (it’s about 80% for GWP). The environmental impact from the radioactivity exposure (if waste from the production process is properly managed) shows a relatively low contribution to overall impact on human health (about 0.2%). Originality. The paper pioneered the method of environmental impact distribution, developed by the authors considering the economic value associated with the removal of several co-products from the production processes. The Monte Carlo simulation was used to determine uncertainty of the obtained results during the LCA study. Such approach was allowed more accurately assess different components of the environmental impact resulting from REO production in Australia for the technology described in this paper. Practical implications. The results obtained in the study on the basis of the proposed methodology allows to identify environmental “hot spots” in the production of separated REO and take practical steps to reduce the negative environmental impact of such production.

Мета. Дослідження та аналіз життєвого циклу (ЖЦ) виробництва розділеної суміші різних рідкоземельних оксидів (РЗО) для визначення екологічного впливу на довкілля такого виробництва для РЗО, що видобуваються в Австралії. Методика. Аналітичне вивчення даних з оглядів літератури, вимірювань і звітів виробників, баз даних інвентаризації життєвого циклу й обґрунтовані оцінки виробництва розділеної суміші різних РЗО. Для уточнення даних використовувався підхід на основі “родоводу” матриці та моделювання методом Монте-Карло. У дослідженні ЖЦ використовувався також метод розподілу екологічного впливу на довкілля між різними виробленими РЗО. Результати. Отримані в дослідженні ЖЦ результати показали, що процес виробництва розділеної суміші РЗО істотно по різному впливає на довкілля в залежності від типу РЗО: для легких РЗО потенціал глобального потепління (ПГП) становить 1.7-3.9 т CO2 еквівалент на тонну вироблених РЗО; для середніх і важких РЗО цей показник значно вищий: близько 90 т CO2 еквівалент. Найбільший вплив надають оксиди празеодиму/неодиму (Pr/Nd) (близько 80% по ПГП). Екологічний вплив низько радіоактивних відходів (в разі їх належного зберігання) на здоров’я людини порівняно невеликий: приблизно 0.2%. Наукова новизна. В роботі вперше застосований метод розподілу екологічного впливу на довкілля розроблений авторами на основі вартості для виведення декількох побічних продуктів виробничого процесу. Використання методу моделювання Монте-Карло для визначення похибки отриманих результатів при дослідженні ЖЦ дозволило більш точно оцінити складові екологічного впливу на довкілля виробництва РЗО за описуваної в роботі технології їх видобутку в Австралії. Практична значимість. Результати, отримані в дослідженні на основі запропонованої методики, дозволяють виявити екологічно “гарячі точки” у виробництві РЗО і вжити практичні заходи для зменшення негативного екологічного впливу цього виробництва.

Цель. Исследование и анализ жизненного цикла (ЖЦ) производства разделенной смеси различных редкоземельных оксидов (РЗО) для определения экологического влияния на окружающую среду (ОС) такого производства для РЗО, добываемых в Австралии. Методика. Аналитическое изучение данных из обзоров литературы, измерений и отчетов производителей, баз данных инвентаризации жизненного цикла и обоснованные оценки производства разделенной смеси различных РЗО. Для уточнения данных использовался подход на основе “родословной” матрицы и моделирование методом Монте-Карло. В исследовании ЖЦ использовался также метод распределения экологического влияния на ОС между различными производимыми РЗО. Результаты. Полученные в исследовании ЖЦ результаты показали, что процесс производства разделенной смеси РЗО производит существенно различное влияние на ОС в зависимости от типа РЗО: для легких РЗО потенциал глобального потепления (ПГП) составляет 1.7-3.9 т CO2 эквивалент на тонну произведенных РЗО; для средних и тяжелых РЗО этот показатель значительно выше: около 90 т CO2 эквивалент. Наибольшее влияние оказывают окислы празеодима/неодима (Pr/Nd) (около 80% по ПГП). Экологическое влияние от низко радиоактивных отходов (в случае их должного хранения) сравнительно невелико по влиянию на здоровье человека (примерно 0.2%). Научная новизна. В работе впервые применен метод распределения экологического влияния на ОС, разработанный авторами на основе стоимости для вывода нескольких побочных продуктов производственного процесса. Использование метода моделирования Монте-Карло для определения погрешности полученных результатов при исследовании ЖЦ позволило более точно оценить составляющие экологического влияния на ОС производства РЗО по описываемой в работе технологии и добываемых в Австралии. Практическая значимость. Результаты, полученные в исследовании на основе предложенной методики, позволяют выявить экологически “горячие точки” в производстве РЗО и предпринять практические шаги для уменьшения негативного экологического влияния этого производства.