廢棄煤灰有望成為“金蛋鵝”
材料人注：美國一項關于煤灰中稀土元素含量的研究表明從阿巴拉契亞山脈開采的煤可能是傳說中的金蛋鵝，在清潔能源等新興技術有著重要的應用。
在2014年泄漏事件中，煤灰從破裂的杜克能源排水管進入北卡羅萊納州的丹河。隨后，如何處理國家的老化蓄水池和未來的煤灰廢棄物已經成為一個高度爭議的話題。
一個想法是從燃煤中提取所謂“臨界”稀土元素比如釹、銪、鋱、鏑、釔和鉺。能源部已經認可這些優先應用于清潔能源等新興技術的稀有金屬。但是，在美國，不同來源的煤灰中這些元素的含量卻從未探索過。
來自杜克大學的研究人員測量了美國各主要煤礦資源的煤灰樣品的稀土元素含量，他們還采用通用的工業技術探究從這些煤灰中可以提取多少這些元素。
5月26日，Environmental Science and Technology雜志上在線發表的結果顯示，來自阿巴拉契亞山脈的煤包含最多的稀土元素。然而如果提取技術足夠便宜，也可以從其他來源中找到大量的稀土元素。
“能源部將投資2千萬美元研究煤矸石的提取技術，我們國家的煤灰中包含有價值幾十億美元的稀土元素,” 杜克大學土木與環境工程的副教授Heileen Hsu-Kim、Mary Milus Yoh和Harold L. Yoh說。
“在推進此項目時,我們需要挑選含有最大量稀土元素的煤灰。”Hsu-Kim說。
研究人員主要從位于美國中西部的電廠（燃煤來自全國各地）獲取煤灰樣本，包括三大來源：阿巴拉契亞山脈,南部和西部伊利諾斯州以及位于懷俄明州與蒙大拿州的粉河盆地。然后用氫氟酸測試稀土元素的含量。與工業方法相比，這種方法更強大且更有效，但是大規模使用有一定的危險性。
結果表明,從阿巴拉契亞山收集的煤灰，稀土元素含量最高可達591毫克每千克，來自伊利諾斯州和粉河盆地的煤灰分別含有403mg/kg和337mg/kg。
然后，研究人員采用一種常用的硝酸工業提取技術表征可以回收的稀土元素含量。來自阿巴拉契亞山脈的煤灰提取比例最低，而粉河盆地的提取量最高。Hsu-Kim認為這可能是因為阿巴拉契亞山脈煤灰中的稀土元素被玻璃狀基質的硅酸鋁包裹，硝酸不能很好地使其溶解。
“選擇來自阿巴拉契亞山脈煤灰的一個理由是它的高稀土元素含量,但是你必須使用其它的回收方法，” 在杜克大學的尼古拉斯環境學院任職的Hsu-Kim說。“因為實施萃取項目存在一定風險，需要對回收方法進行調整以適應所用煤灰的特定化學性質。”
杜克大學的研究人員還試圖在硝酸溶解之前用堿劑“烘烤”煤灰。盡管回收的過程沒有得到優化,但是試驗表明萃取效率顯著提高。
“我們所用的試劑在工業應用上可能過于昂貴,但是也有許多類似的化學試劑，”Hsu-Kim說。“現在的難題是選擇探究方法并通過開發技術來降低成本。這樣，我們就可以利用當前被遺棄在廢品池的龐大資源。”
本文由楊宏期提供素材，王飛編譯，楊雨思審核。
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