Appalakkien hiilen tuhka on harvinaisen maan elementtejä

Harvinaisten maametallien sisältö USA: n hiilen tuhkassa osoittaa, että Appalakkien vuoristosta kaivettu hiili voisi olla sananvärinen kultainen hanhi vaikeasti löydettäville materiaaleille, jotka ovat kriittisiä puhtaan energian ja muiden kehittyvien teknologioiden kannalta.

Vuonna 2014 kivihiilituhkan vuotamisen seurauksena Pohjois-Carolinan Dan-joelle repeytyneestä viemäriputkesta oli kysymys siitä, mitä tehdä kansakunnan ikääntyville pidätyslammikoille ja tuleville hiilituhkajätteille.

Eräs erityisen yrittäjyyteen liittyvä ajatus on saada ns. "Kriittisiä" harvinaisten maametallien elementtejä, kuten neodyymi, europium, terbium, dysprosium, yttrium ja erbium polttuneesta hiilestä. Energiaministeriö on yksilöinyt nämä globaalisti vähäiset metallit ensisijaiseksi tavoitteeksi puhtaassa energiassa ja muissa kehittyvissä teknologioissa. Mutta kuinka paljon näistä elementeistä on eri hiilen tuhkan lähteissä Yhdysvalloissa, ei ole koskaan tutkittu.

Miljoonasosa

Duke-yliopiston tutkijat mittaivat harvinaisten maametallien pitoisuutta hiilen tuhkanäytteissä, jotka edustavat kaikkia tärkeimpiä hiilen lähteitä Yhdysvalloissa. He myös tarkastelivat, kuinka paljon näistä elementeistä voitaisiin uuttaa tuhkasta käyttämällä yhteistä teollista tekniikkaa.

Tulokset julkaistiin verkossa lehdessä Ympäristötekniikka ja -teknologia, osoittavat, että Appalakkien vuoristossa oleva kivihiili sisältää kaikkein harvinaisia ​​maametalleja. Kuitenkin, jos uuttotekniikat olivat riittävän halpoja, myös muissa lähteissä on runsaasti harvinaisia ​​maametalleja.


sisäinen tilausgrafiikka


”Energiaministeriö panostaa $ 20 miljoonaa hiilen jätteiden uuttamisteknologian tutkimukseen, ja kansakunnan kivihiilen tuhka sisältää harvinaisia ​​maametalleja miljardeja dollareita”, sanoo siviilialan professori Heileen Hsu-Kim. ja ympäristötekniikka.

”Jos ohjelma etenisi eteenpäin, he haluaisivat selvästi valita kivihiilen, jolla on suurin määrä uutettavissa olevia harvinaisten maametallien elementtejä, ja työmme on ensimmäinen kattava tutkimus, jossa aloitetaan vaihtoehtojen kartoittaminen.”

Tutkijat ottivat kivihiilinäytteitä voimalaitoksista, jotka sijaitsevat enimmäkseen amerikkalaisessa keskilännessä ja jotka polttavat kivihiiltä kaikkialta maasta, mukaan lukien kolme suurinta lähdettä: Appalakkien vuoret, etelä- ja länsi-Illinois sekä Wyomingin ja Montanan Powder River Basin. Harvinaisten maametallien pitoisuus testattiin sitten fluorivetyhapolla, joka on paljon vahvempi ja tehokkaampi kuin teolliset menetelmät, mutta on liian vaarallinen käytettäväksi suuressa mittakaavassa.

Tulokset osoittivat, että Appalachin vuoristokivestä kerätty tuhka on suurin määrä harvinaisten maametallien osia 591 milligrammoina kilogrammaa kohti (tai miljoonasosaa kohti). Illinoisin ja Powder River Basinin tuhka sisältää vastaavasti 403 mg / kg ja 337 mg / kg.

Tarvittava elvytysmenetelmä

Tutkijat käyttivät sitten yhteistä teollista uuttotekniikkaa, jossa oli typpihappoa, jotta voitaisiin nähdä, kuinka paljon harvinaisten maametallien elementeistä voitaisiin saada takaisin. Appalakkien vuoristojen kivihiilen tuhka oli pienin, kun taas Powder River Basinin tuhka oli suurin. Hsu-Kim ajattelee, että tämä voi johtua siitä, että Appalakkien vuoriston kivihiilen harvinaisten maametallien elementit on suljettu alumiinisilikaattien lasimaiseen matriisiin, jota typpihappo ei liukene kovin hyvin.

”Yksi syy valita hiilen tuhka Appalachin vuorilta olisi sen korkea harvinaisten maametallien pitoisuus, mutta sinun pitäisi käyttää muuta kuin typpihappoa,” Hsu-Kim sanoo. ”Jokaista tulevaa yritystä aloittaa uutto-ohjelma, palautusmenetelmä on räätälöitävä käytettävän hiilen tuhkan erityiseen kemiaan.”

Tutkijat yrittivät myös "paahtaa" kivihiilen tuhkaa alkaliliuoksella ennen sen liuottamista typpihapoon. Vaikka prosessi ei ollut optimoitu hyödyntämistarkoituksiin, testit osoittivat huomattavaa paranemista uuttotehokkuudessa.

”Käytetyt reagenssit ovat luultavasti liian kalliita teolliseen käyttöön, mutta samankaltaisia ​​kemikaaleja on paljon”, Hsu-Kim sanoo. ”Temppu on tutkia vaihtoehtoja ja kehittää tekniikoita kustannusten alentamiseksi. Näin voimme hyödyntää tätä valtavaa resurssia, joka on juuri istumassa loppusijoitustiloissa. ”

Työtä rahoitti National Science Foundation, Environmental Research and Education Foundation ja American Coal Ash Association.

Lähde: Duke University

Liittyvät kirjat

at InnerSelf Market ja Amazon