您的位置:首页国外资讯

美国杜克大学从粉煤灰中提取稀土元素

2016年10月13日 12:00点击数量:1529次


      日前,Stephen Ginley报道,美国杜克大学的研究人员认为,稀有金属可以从分布在整个北卡罗莱纳州的灰池中发现的粉煤灰中提取。

      杜伦大学——根据北卡罗来纳州的公用事业委员会估计,挖掘北卡罗莱纳州的每处粉煤灰堆场可能要花费高达100亿美元的成本,但粉煤灰本身可能买一部分单。


  虽然国家国会议员和环保部门一味地把粉煤灰当成危害,但是一些人开始把这些废物作为一种资源。稀土元素——是像智能手机、电动汽车电池和防弹玻璃技术的关键因素——在丰富的粉煤灰被发现并且可以发掘获利,杜克大学的研究人员如此认为。

  杜克大学的环境工程教授,Helen Hsu-Kim和她的学生Ross Taggart研究认为,全美各地粉煤灰及其组成化学物质中,源自阿巴拉契亚地区的含有的稀土元素比其他地区更多。

  粉煤灰在14处杜克能源发电厂被堆成灰池或地上堆场,遍布北卡罗莱纳州。北卡罗来纳州环境质量部把全部14个地址归类为危险,并推荐挖掘。

  杜克能源公司说,提取稀土元素将成为北卡罗莱纳州的粉煤灰解决方案是不可能的。Dawn Santoianni,杜克能源公司的发言人指出,他们将重新评、并可能挖掘移动到更安全的地方之前,国家已经给予公司18个月的时间使粉煤灰储存场地更安全。Santoianni还说,大规模从粉煤灰中提取金属的技术还没有准备好。

  但是美国能源部和电力科学研究院(在行业和其他人的支持下独立研究机构),均努力激励从粉煤灰中提取金属。 90年代,电力科学研究院用Hsu-Kim的类似方法发现粉煤灰中含有金属。像杜克能源一样,研究人员彼时因遭遇“扩大规模”足以盈利的困难而停止课题研究。

  Ken Ladwig,电力科学研究院研究煤的燃烧残留物和产品主管表示,在该研究所,稀土元素的附加价值已重新激起开采粉煤灰的兴趣。电科院正在评估“科学的国家”,并再次寻求如何浸出大数量的粉煤灰。到2017年年初,电科院将决定哪些技术可以使粉煤灰开采过程中具备工厂规模的可操作性。

  该技术“有很多的承诺,”Ladwig说,“如果我们能使其具备经济性”。

  稀土元素,如Hsu-Kim解释,“实际上不罕见,只是很难找到”足够高的数量以实现盈利。在研究层面上,他们几乎可以在任何岩石中被发现非常低的数量。在元素周期表中,你可以在底部找到排第二的金属镧系,元素57号镧至71号镥。其中之一,第61号钷,只能在实验室制成,所以它不可以在稀土矿或粉煤灰找到。

  虽然自然镧系有15种不同元素,但是他们与39号钇和21号钪组成稀土元素。

  在稀土矿中,稀土元素在涓涓细流穿越岩石的矿脉中被发现,矿脉在岩石中的含量很小。

  含稀土的矿脉必须挖出来粉碎,他们往往与完全不含有稀土元素的岩石一起。这里有一个问题,没有稀土矿脉的岩石通常会有放射性元素,如钍或铅。在美国南加州唯一的稀土元素矿,因为钍侵入了供水而被关闭。

  稀土元素在粉煤灰中被发现,取决于我们如何使用不同来源的煤。有的煤没有稀土矿脉,但是当它被燃烧时,在煤、碳中最常见的成分,变成能量给我们的家庭供电。声音的粉煤灰中,玻璃和金属化合物仅占煤的一小部分。

  Hsu-Kim的学生Taggart说,玻璃和金属在燃煤后变成了烟,但是结果烟道后冷却成为固体灰。他和Hsu-Kim已发现,稀土元素和其它金属被玻璃颗粒包住。

  要提取金属,必须先通过玻璃。杜克研究者通过用强酸溶解、或浸出粉煤灰,在实验室从玻璃种分离金属。

  Hsu-KimTaggart测量来自阿巴拉契亚的粉煤灰酸处理后的金属,发现它含比美国其他任何一个地方的粉煤灰的稀土元素更多,这表明粉煤灰可以是一种资源。谈到最近政府建议挖掘粉煤灰, Taggart said说,“如果你无论如何都要挖掘它,你必须知道可以用它做什么。”

  但杜克的科学家们明白,实验室的实验是不足以开展在北卡罗莱纳州提取粉煤灰金属的业务。他们说,下一步就是要拿出一个办法来把稀土元素和其他金属元素分开。

  Hsu-Kim和她的学生与美国能源部合作从粉煤灰中脱离后,隔离15个稀土元素。她正在开发可以根据它们的尺寸和磁特性分离元素的过滤器。稀土元素在这些方面非常相似,因此需要时间来完善一种筛选一个元素的方法。

  另一个挑战是当稀土元素挑出后可能引起的潜在的污染。金属,如砷也在粉煤灰中被发现,这就是为什么它被认为有环境危害。有毒金属也在酸溶后从玻璃颗粒中被释放。

  在传统的稀土矿中,有毒的副产品也是一个问题,但Hsu-Kim强调,粉煤灰中的有毒金属已经对环境造成危害,不像稀土中发现的钍和铅还没有被挖掘出来。用于混合有毒金属废酸应该需要小心处置。

  今天,约45%的粉煤灰用于混凝土和道路。电科院的LadwigHsu-Kim相信浸出粉煤灰提取金属不会影响它用作建筑材料的性能,尽管两者承认直到浸出粉煤灰用于建筑用他们还不确定。

  杜克大学实验室使用昂贵的、危险的酸提取金属,精确测量它们的数量。Hsu-Kim说,一个结合权分离方式、更便宜的方法,可以使矿山粉煤灰像杜克能源公司那样有价值。她的实验室和其他人在能源部的支持下在全国范围内已经开始测试自己分离方法,而电科院考察其他行业的现有技术。

  如果这些努力引领了稀土的商业开采,Hsu-Kim说她的研究显示美国东南部燃煤电厂的阿巴拉契亚粉煤灰,包括北卡罗莱纳州会是最好的候选对象。

  “能源部将投资2000万美元研究针对煤炭废弃物提取技术,而且字面上有数十亿美元的稀土元素价值包含在我们国家的粉煤灰中,”她说。 “如果有一个计划是继续前进,他们会明确的选择提取稀土元素最高金额的粉煤灰。”