Исследователи показали, как отходы угольных электростанций могут стать отечественным источником редкоземельных элементов.
Отходы угольных шахт могут стать неожиданным внутренним источником редкоземельных элементов, поскольку американские исследователи стремятся снизить зависимость от зарубежных цепочек поставок, имеющих решающее значение для чистой энергетики, электроники и национальной обороны.
Два профессора из Южно-Дакотской школы горного дела и технологий разработали метод извлечения редкоземельных элементов из отходов угольных шахт, включая вскрышные породы и угольную золу, которые обычно сбрасываются или хранятся длительное время.
По результатам трехлетних исследований, команда утверждает, что этот процесс может помочь превратить экологическую проблему в стратегический ресурс.
Руководителями работы являются Венкатарамана Гадхамшетти, доктор философии, профессор гражданского и экологического строительства, и Пурушотам Туккараджа, доктор философии, профессор горного дела и управления.
Исследователи представят свои выводы правительственным и университетским экспертам в среду, 11 февраля.
Проект начался с гранта, предоставленного Национальным научным фондом, а затем развивался в рамках Центра 2DBEST при постоянной поддержке Управления по рекультивации и контролю за поверхностной добычей полезных ископаемых и Министерства внутренних дел США.
Исследователи сосредоточили внимание на угольных шахтах в Вайоминге, используя обычно выбрасываемые материалы для извлечения редкоземельных элементов, таких как иттрий, диспрозий, эрбий, иттербий и гадолиний.
Эти элементы жизненно важны для электромобилей, ветряных турбин, смартфонов, систем медицинской визуализации, волоконно-оптических сетей и военных технологий.
«Эти редкоземельные элементы необходимы для таких технологий, как электромобили, ветряные турбины, смартфоны, светодиодное освещение, волоконно-оптический интернет, медицинская визуализация и системы национальной обороны», — сказал Гадхамшетти.
Трехэтапный процесс экстракции
Для извлечения этих материалов команда разработала трехэтапный процесс, сочетающий физические, химические и биологические методы.
Сначала крупные фрагменты горных пород измельчаются, чтобы обнажить содержащиеся в них элементы. Затем экологически чистые химические вещества переводят редкоземельные элементы из твердого состояния в жидкое, что позволяет осуществлять селективное разделение.
Заключительный этап основан на действиях микроорганизмов, которые поглощают растворенные элементы и концентрируют их внутри живых клеток.
«После завершения процесса переноса вы можете захватить все эти ценные материалы в микробные клетки, используя живые организмы для консолидации низких концентраций этих редкоземельных элементов из более крупных тел», — сказал Гадхамшетти.
Он сравнил этот биологический этап с тем, как человек усваивает витамины. Микроорганизмам от природы необходимы следовые количества некоторых редкоземельных элементов, и исследователи могут регулировать условия таким образом, чтобы микробы эффективно их усваивали.
Среди перерабатываемых материалов диспрозий, иттербий и эрбий считаются ценными из-за высокого спроса и ограниченного количества заменителей, в то время как иттрий и гадолиний широко используются в электронике, освещении и здравоохранении.
«Целью этого исследования было разработать технологию и понять процесс», — сказал Туккараджа.
От отходов к ресурсам
Помимо твердых отходов, команда применяет те же принципы и к сточным водам угольных шахт, извлекая редкоземельные элементы из загрязненных водных потоков.
Данный подход основан на существующих методах добычи минералов, но с добавлением химических и биологических методов разделения для повышения эффективности и экологичности.
Следующий шаг — масштабирование процесса и повышение его коммерческой целесообразности. «Как только мы начнем учитывать все эти различные показатели и сделаем его более осуществимым, мы, возможно, найдем заинтересованных лиц, которые оценят это решение», — сказал Туккараджа.
Исследователи утверждают, что проект демонстрирует, как междисциплинарное сотрудничество может извлечь новую ценность из промышленных отходов.
«Эта работа демонстрирует, как междисциплинарное сотрудничество может превратить экологическую проблему в экономическую и стратегическую возможность», — сказал Туккараджа.
Sourse: interestingengineering.com
