Nội dung của các nguyên tố đất hiếm trong tro than của Hoa Kỳ cho thấy than khai thác từ dãy núi Appalachia có thể là con ngỗng vàng hoạt ngôn cho các vật liệu khó tìm thấy quan trọng đối với năng lượng sạch và các công nghệ mới nổi khác.

Sau khi tro than năm 2014 tràn vào sông Dan của Bắc Carolina từ một đường ống thoát nước bị vỡ, câu hỏi phải làm gì với các ao lưu trữ cũ của quốc gia và chất thải tro than trong tương lai đã trở thành một chủ đề gây tranh cãi.

Một ý tưởng kinh doanh đặc biệt là trích xuất cái gọi là các nguyên tố đất hiếm có tên là phê phán nghiêm trọng như neodymium, europium, terbium, dysprosium, yttri và erbium từ than bị đốt cháy. Bộ Năng lượng đã xác định các kim loại khan hiếm trên toàn cầu này là ưu tiên hàng đầu cho việc sử dụng chúng trong năng lượng sạch và các công nghệ mới nổi khác. Nhưng chính xác có bao nhiêu trong số các nguyên tố này được chứa trong các nguồn tro than khác nhau ở Mỹ chưa từng được khám phá.

Phần triệu

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Duke đã đo hàm lượng các nguyên tố đất hiếm trong các mẫu tro than đại diện cho mọi nguồn than chính ở Hoa Kỳ. Họ cũng xem xét có bao nhiêu nguyên tố này có thể được chiết xuất từ ​​tro bằng cách sử dụng một kỹ thuật công nghiệp phổ biến.

Kết quả, được công bố trực tuyến trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Môi trường, cho thấy than từ dãy núi Appalachia chứa các nguyên tố đất hiếm nhất. Tuy nhiên, nếu công nghệ khai thác đủ rẻ, thì cũng có rất nhiều nguyên tố đất hiếm được tìm thấy trong các nguồn khác.

Heileen Hsu-Kim, phó giáo sư dân sự cho biết, Bộ Năng lượng đang đầu tư hàng triệu đô la vào nghiên cứu về công nghệ khai thác chất thải than và có nghĩa là các nguyên tố đất hiếm trị giá hàng tỷ đô la chứa trong tro than của quốc gia chúng ta. và kỹ thuật môi trường.

Nếu một chương trình tiến lên phía trước, rõ ràng họ muốn chọn tro than với lượng nguyên tố đất hiếm có thể chiết xuất cao nhất và công việc của chúng tôi là nghiên cứu toàn diện đầu tiên để bắt đầu khảo sát các lựa chọn.

Các nhà nghiên cứu đã lấy các mẫu tro than từ các nhà máy điện chủ yếu ở vùng Trung Tây nước Mỹ đốt than có nguồn gốc từ khắp nơi trên cả nước, bao gồm ba nguồn lớn nhất: dãy núi Appalachian, miền nam và miền tây Illinois, và lưu vực sông Powder ở bang Utah và Montana. Nội dung của các nguyên tố đất hiếm sau đó đã được kiểm tra bằng axit hydrofluoric, mạnh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp công nghiệp, nhưng quá nguy hiểm khi sử dụng trên quy mô lớn.

Kết quả cho thấy tro thu được từ than núi Appalachian có lượng nguyên tố đất hiếm cao nhất ở mức milligram milligram mỗi kg (hoặc một phần triệu). Tro từ Illinois và lưu vực sông Powder lần lượt chứa 591 mg / kg và 403 mg / kg.

Phương pháp phục hồi cần thiết

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật chiết xuất công nghiệp phổ biến có axit nitric để xem có thể thu hồi được bao nhiêu nguyên tố đất hiếm. Tro than từ dãy núi Appalachia có tỷ lệ khai thác thấp nhất, trong khi tro từ lưu vực sông Powder lại cao nhất. Hsu-Kim nghĩ rằng điều này có thể là do các nguyên tố đất hiếm trong tro than núi Appalachian được gói gọn trong một ma trận thủy tinh nhôm silicat, mà axit nitric không hòa tan rất tốt.

Một lý do để chọn tro than từ dãy núi Appalachia là vì hàm lượng nguyên tố đất hiếm cao, nhưng bạn phải sử dụng một phương pháp phục hồi khác ngoài axit nitric, theo ông Hsu-Kim. Đối với bất kỳ liên doanh nào trong tương lai để bắt đầu một chương trình khai thác, phương pháp phục hồi sẽ cần được điều chỉnh theo hóa học cụ thể của tro than đang được sử dụng.

Các nhà nghiên cứu cũng đã thử rang rang tro than tro với một tác nhân kiềm trước khi hòa tan nó với axit nitric. Mặc dù quá trình không được tối ưu hóa cho mục đích phục hồi, các thử nghiệm đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu quả trích xuất.

Các thuốc thử mà chúng tôi sử dụng có thể quá đắt để sử dụng ở quy mô công nghiệp, nhưng có nhiều hóa chất tương tự, theo ông Hsu-Kim. Bí quyết sẽ được khám phá các lựa chọn của chúng tôi và phát triển các công nghệ để giảm chi phí. Bằng cách đó, chúng ta có thể khai thác được nguồn tài nguyên to lớn này hiện đang ngồi xung quanh trong các ao xử lý.

Quỹ khoa học quốc gia, Quỹ nghiên cứu và giáo dục môi trường và Hiệp hội tro than Hoa Kỳ đã tài trợ cho công trình này.

nguồn: Đại học Duke

Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon