محتوای عناصر خاکی کمیاب در خاکستر ذغال سنگ ایالات متحده نشان می دهد که زغال سنگ استخراج شده از کوه های آپالاچی می تواند غاز طلایی قرن بیست و یکم برای مواد سخت پیدا کند که برای تمیز کردن انرژی و سایر فن آوری های نوظهور مهم هستند.
در پی ریختن خاکستر ذغال سنگ در سال 2014 در رود دان کارولینای شمالی از پارگی لوله تخلیه ، این سوال که با استخرهای نگهداری پیری کشور و زباله های خاکستر ذغال سنگ در آینده چه باید کرد ، یک موضوع بحث برانگیز بوده است.
یک ایده به خصوص کارآفرینی استخراج به اصطلاح "حیاتی" عناصر کمیاب زمین مانند نئودیمیم، یوروپیم، تربیوم، دیسپروسیوم، یتیم و اربیوم از ذغال سنگ سوختن است. وزارت انرژی این فلزات ضعیف جهان را به عنوان یک اولویت برای استفاده خود در انرژی پاک و دیگر فن آوری های در حال ظهور شناسایی کرده است. اما دقیقا چه مقدار از این عناصر در منابع مختلف خاکستر ذغال سنگ در ایالات متحده وجود دارد هرگز مورد بررسی قرار نگرفته است.
قطعات در هر میلیون
محققان دانشگاه دوک محتویات عناصر کمیاب خاکی را در نمونه های خاکستر ذغال سنگ نشان می دهد که هر منبع اصلی ذغال سنگ در ایالات متحده را تشکیل می دهند. آنها همچنین به بررسی اینکه چقدر از این عناصر می تواند از خاکستر از یک روش صنعتی معمول استخراج شود.
نتایج، به صورت آنلاین در مجله منتشر شده است علوم و تکنولوژی محیط زیست، نشان می دهد که ذغال سنگ از کوه های آپالاچی شامل عناصر خاکی کمترین خاک است. با این حال، اگر تکنولوژی های استخراج به اندازه کافی ارزان باشند، عناصر کمیاب خاکی نیز وجود دارند که در منابع دیگر یافت می شود.
می گوید: "وزارت انرژی، سرمایه گذاری $ 20 میلیون دلار برای تحقیق در زمینه فناوری های استخراج برای زباله های زغال سنگ است و ارزش میلیاردها دلار عناصر کمیاب خاکی که در خاکستر ذغال سنگ کشور ما وجود دارد، می گوید" Heileen Hsu-Kim، و مهندسی محیط زیست.
"اگر برنامه ای برای حرکت به جلو باشد، آنها به وضوح می خواهند خاکستر زغال سنگ را با بالاترین مقدار عناصر کمیاب زمین نادر قابل استخراج انتخاب کنند و کار ما اولین مطالعه جامع برای شروع بررسی گزینه ها است."
محققان نمونه های خاکستر زغال سنگی را از نیروگاه های بیشتر در غرب میانه ایالات متحده جمع آوری کرده اند که سوخت زغال سنگ را از سرتاسر کشور، از جمله سه منبع بزرگ: کوه های آپالاچی، جنوب و غرب ایلینویز و حوضه رودخانه پودر در وایومینگ و مونتانا، سوختند. محتوای عناصر خاکی کمیاب سپس با استفاده از اسید هیدروفلوئوریک مورد آزمایش قرار گرفت که بسیار قوی تر و کارآمدتر از روش های صنعتی است، اما برای استفاده در مقیاس وسیع خطرناک است.
نتايج نشان داد که خاکستر جمع آوري شده از زغال سنگ کوه آپالاچي بيشترين مقدار عناصر خاکستري نادر را در ميليگرم 591 در هر کيلوگرم (يا قطعات در هر ميليون) نشان مي دهد. خاکستر از ایلینوی و حوضه پودر رودخانه حاوی 403 mg / kg و 337 mg / kg به ترتیب.
روش بازیابی مورد نیاز است
محققان سپس از تکنیک استخراج صنعتی معمولی با اسید نیتریک استفاده کردند تا ببینند که چه مقدار عناصر کمیاب خاکی میتواند بهبود یابد. خاکستر ذغال سنگ از کوه های آپالاچی پایین ترین درصد استخراج را نشان می دهد، در حالی که خاکستر از حوضه رودخانه پودر بالاترین را دید. Hsu-Kim فکر می کند این ممکن است به این دلیل است که عناصر خاکی کمیاب در خاکستر ذغال سنگ کوه Appalachian در یک ماتریس شیشه ای از سیلیکات های آلومینیومی کپسوله شده است، که اسید نیتریک به خوبی حل نمی شود.
Hsu-Kim می گوید: "یکی از دلایل انتخاب خاکستر ذغال سنگ از کوه های آپالاچی به علت محتوای عنصر خاکی آن بسیار زیاد است، اما شما باید از یک روش بازیابی غیر از اسید نیتریک استفاده کنید." "برای هر سرمایه گذاری در آینده برای شروع یک برنامه استخراج، روش بازیابی باید به شیمی خاصی از خاکستر زغال سنگ مورد استفاده قرار گیرد."
محققان همچنین سعی کردند "ذوب کردن" خاکستر زغال سنگ را با عامل قلیایی قبل از حل شدن آن با اسید نیتریک. حتی اگر این روند برای اهداف بهبودی بهینه نشده باشد، آزمایش ها نشان داد که بهبود قابل توجهی در بهره وری استخراج دارد.
Hsu-Kim می گوید: "مواد مورد استفاده ما احتمالا گران هستند برای استفاده در مقیاس صنعتی، اما بسیاری از مواد شیمیایی مشابه وجود دارد. "این ترفند کشف گزینه های ما و توسعه فن آوری برای راندن هزینه های پایین است. به این ترتیب ما می توانیم به این منابع وسیع که در حال حاضر فقط در حوضچه های دفن نشسته است، ضربه بزنیم. "
بنیاد ملی علوم، بنیاد پژوهشی و آموزشی محیط زیست و انجمن زغال سنگ آمریکایی آمریکا این کار را تأمین مالی کردند.
منبع: دانشگاه دوک
کتاب های مرتبط
at InnerSelf Market و آمازون
