美國煤灰中稀土元素的含量表明，從阿巴拉契亞山脈開采的煤可能是眾所周知的金鵝，因為難以找到對清潔能源和其他新興技術至關重要的材料。
2014 年，煤灰從破裂的排水管洩漏到北卡羅來納州丹河後，如何處理該國老化的蓄水池和未來的煤灰廢物一直是一個有爭議的話題。
一個特別具有創業性的想法是從燃燒的煤炭中提取所謂的“關鍵”稀土元素，例如釹、銪、铽、鏑、釔和鉺。 能源部已將這些全球稀有金屬確定為清潔能源和其他新興技術的優先用途。 但美國不同來源的粉煤灰中到底含有多少這些元素還沒有被探索過。
百萬分之一
杜克大學的研究人員測量了代表美國每個主要煤炭來源的煤灰樣本中的稀土元素含量。 他們還研究了使用常見的工業技術可以從灰燼中提取多少這些元素。
結果在線發表在期刊上 環境科學與技術，表明來自阿巴拉契亞山脈的煤炭含有最多的稀土元素。 然而，如果提取技術足夠便宜，那麼在其他來源中也可以找到大量稀土元素。
“能源部正在投資 20 萬美元用於煤炭廢物提取技術的研究，而我們國家的煤灰中實際上含有價值數十億美元的稀土元素，”土木與工程學副教授 Heileen Hsu-Kim 說道。環境工程。
“如果一個計劃要向前推進，他們顯然會希望選擇可提取稀土元素含量最高的煤灰，而我們的工作是第一個開始調查這些選擇的綜合研究。”
研究人員從主要位於美國中西部的發電廠採集了煤灰樣本，這些發電廠燃燒的煤炭來自全國各地，包括三個最大的來源：阿巴拉契亞山脈、伊利諾伊州南部和西部以及懷俄明州和蒙大拿州的粉河盆地。 然後使用氫氟酸測試稀土元素的含量，這種方法比工業方法更強、更有效，但危險性太大，不適合大規模使用。
結果表明，從阿巴拉契亞山煤炭中收集的灰燼中稀土元素含量最高，為每公斤 591 毫克（或百萬分之一）。 來自伊利諾伊州和保德河盆地的灰分含量分別為 403 毫克/千克和 337 毫克/千克。
需要恢復方法
然後研究人員使用一種常見的工業提取技術，即硝酸，來看看可以回收多少稀土元素。 來自阿巴拉契亞山脈的煤灰提取率最低，而來自保德河盆地的煤灰提取率最高。 Hsu-Kim 認為這可能是因為阿巴拉契亞山煤灰中的稀土元素被封裝在矽酸鋁玻璃狀基質中，而硝酸不能很好地溶解這種基質。
“從阿巴拉契亞山脈採摘煤灰的一個原因是其稀土元素含量高，但你必須使用硝酸以外的回收方法，”Hsu-Kim 說。 “對於任何未來開始提取計劃的企業來說，回收方法都需要根據所使用的粉煤灰的特定化學成分進行定制。”
研究人員還嘗試用鹼劑“烘烤”煤灰，然後用硝酸溶解。 儘管該過程尚未針對回收目的進行優化，但測試表明提取效率顯著提高。
“我們使用的試劑可能太昂貴，無法在工業規模上使用，但有許多類似的化學品，”Hsu-Kim 說。 “關鍵在於探索我們的選擇並開發技術來降低成本。 這樣我們就可以利用目前僅存在於處理池中的巨大資源。”
美國國家科學基金會、環境研究與教育基金會和美國煤灰協會資助了這項工作。
資源： 杜克大學
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