Содержание редкоземельных элементов в угольной золе в США показывает, что уголь, добываемый из гор Аппалачей, может быть пресловутым золотым гусям для труднодоступных материалов, важных для чистой энергии и других новых технологий.

В результате в 2014 угольной золе разлива в Дан-Ривер в Северной Каролине из разорванной дренажной трубы, вопрос о том, что делать со старением удержания страны прудов и будущим угольной золы отходами был спорным вопросом.

Одной из особенно предприимчивых идей является извлечение из сожженного угля так называемых «критических» редкоземельных элементов, таких как неодим, европий, тербий, диспрозий, иттрий и эрбий. Департамент энергетики определил эти глобально скудные металлы в качестве приоритета для их использования в чистой энергии и других новых технологиях. Но точно, сколько из этих элементов содержится в разных источниках угольной золы в США, никогда не изучалось.

Частей на миллион

Исследователи из Университета Дьюка измерили содержание редкоземельных элементов в образцах угольной золы, представляющих каждый крупный угольный источник в Соединенных Штатах. Они также рассмотрели, сколько из этих элементов можно извлечь из золы с использованием общей промышленной техники.

Результаты, опубликованные в Интернете в журнале Экологические науки и технологии, показывают, что уголь из Аппалачейских гор содержит самые редкие элементы земли. Однако, если технологии добычи были достаточно дешевыми, в других источниках также можно найти множество редкоземельных элементов.

«Департамент энергетики инвестирует $ 20 миллион в исследования по технологиям добычи для угольных отходов, а в редкоземельных элементах, содержащих миллиарды долларов, содержится в угольной золе нашего государства», - говорит Хейлинь Сюй-Ким, доцент гражданских и экологическая инженерия.

«Если бы программа продвигалась вперед, они явно хотели бы выбрать угольную золу с самым высоким количеством извлекаемых редкоземельных элементов, и наша работа станет первым комплексным исследованием, которое начнет осматривать варианты».

Исследователи взяли образцы угольной золы с электростанций, расположенных в основном на американском Среднем Западе, которые сжигают уголь со всей страны, включая три крупнейших источника: горы Аппалачей, южный и западный Иллинойс и бассейн реки Порох в Вайоминге и Монтане. Затем содержание редкоземельных элементов было проверено с использованием фтористоводородной кислоты, которая намного прочнее и эффективнее, чем промышленные методы, но слишком опасна для использования в больших масштабах.

Результаты показали, что зола, собранная из горного угля Аппалачей, имеет самое высокое количество редкоземельных элементов на 591 миллиграммах на килограмм (или на миллион частей). Пепел из Иллинойса и бассейна реки Пудра содержит 403 мг / кг и 337 мг / кг, соответственно.

Необходим метод восстановления

Затем исследователи использовали обычную промышленную технику экстракции с азотной кислотой, чтобы узнать, сколько из элементов редкоземельных элементов можно восстановить. Угольная зола из гор Аппалачей увидела самые низкие проценты экстракции, в то время как зола из бассейна реки Пордер была самой высокой. Хсу-Ким думает, что это может быть потому, что редкоземельные элементы в золе Аппалачейской горной золы инкапсулированы в стеклянную матрицу из силикатов алюминия, которую азотная кислота не растворяется очень хорошо.

«Одна из причин отбора угольной золы из Аппалачейских гор будет заключаться в ее высоком содержании редкоземельных элементов, но вам придется использовать метод восстановления, отличный от азотной кислоты», - говорит Хсу-Ким. «Для любого будущего предприятия, чтобы начать программу добычи, метод восстановления должен быть адаптирован к конкретной химии угольной золы».

Исследователи также пытались «обжигать» угольную золу щелочным реагентом, прежде чем растворять его азотной кислотой. Несмотря на то, что этот процесс не был оптимизирован для целей восстановления, испытания показали заметное улучшение эффективности извлечения.

«Реагенты, которые мы использовали, вероятно, слишком дороги для использования в промышленных масштабах, но есть много подобных химических веществ», - говорит Хсу-Ким. «Трюк будет изучать наши варианты и разрабатывать технологии, чтобы снизить затраты. Таким образом, мы можем задействовать этот огромный ресурс, который в настоящее время просто сидит вокруг в прудах.

Работала Национальный научный фонд, Фонд экологических исследований и образования, а также Американская ассоциация угольной золы.

Источник: Университет Дьюка

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon