美国的粉煤灰含有大量稀土元素，有可能减少对进口的依赖，正在进行的研究和试点项目致力于使开采具有经济可行性。煤灰是燃烧煤炭作为燃料后留下的粉状残渣，几十年来一直堆积在美国各地。德克萨斯大学奥斯汀分校的最新研究表明，这一储量丰富的稀土元素足以显著增强美国的稀土储量，而无需额外开采。
马萨诸塞州什鲁斯伯里的煤灰填埋场。德克萨斯大学奥斯汀分校最近的研究统计了全国各地煤灰中可能提取的稀土元素。图片来源：马萨诸塞州环境保护部。
“这确实体现了‘变废为宝’的理念，”联合主要作者、德克萨斯大学杰克逊地球科学学院经济地质局研究教授布里奇特·斯坎伦说。“我们基本上是在试图闭合循环，利用废物并从废物中回收资源，同时减少对环境的影响。”
稀土元素由 17 种关键材料组成，对现代技术和向低碳能源的过渡至关重要。它们是太阳能电池板、电池、磁铁和其他先进能源技术的关键部件。
目前，美国稀土供应几乎完全依赖进口，其中约 75% 来自中国。由于全球供应链的复杂性和地缘政治紧张局势，这种依赖引发担忧。
研究人员称，新研究发现，美国可利用的粉煤灰中可能蕴藏着多达1100万吨的稀土元素，这几乎是美国目前国内储量的8倍。
1985 年至 2021 年期间电力部门报告的煤灰总量和潜在可利用煤灰量。来源：Reedy 等人
这项研究是首次统计全国煤灰资源的研究。研究人员估计，从可利用的煤灰资源中可以提取价值 84 亿美元的稀土元素。
研究结果发表在《国际煤炭科学与技术杂志》上。美国能源部也在应用这项研究的方法对该国的煤灰资源进行评估。
怀俄明大学的研究科学家、论文合著者戴文·巴格多纳斯 (Davin Bagdonas) 表示，尽管与从地质矿床中开采出来的稀土元素含量相比，煤灰中的稀土元素含量相对较低，但由于煤灰易于大量获取，因此它是一种很有吸引力的资源。
“全国各地都有大量这种矿石，”巴格多纳斯说。“而且前期开采（矿物主体）的流程我们已经搞定了。”
研究人员发现，1985 年至 2021 年产生的煤灰中约有 70%（总计约 18.73 亿吨）具有可回收性，这些材料储存在垃圾填埋场、池塘和场外储存区。其余煤灰已被出售并用于其他行业，例如水泥生产和道路建设。
煤灰中稀土元素的含量随其产地不同而不同。产地也会影响稀土元素的提取量。
例如，阿巴拉契亚盆地煤灰中稀土元素含量最高，平均为每公斤431毫克。但其中只有30%的稀土元素可以被提取。相比之下，粉河盆地煤灰中稀土元素含量最低，平均为每公斤264毫克，但可提取率约为70%。
按盆地估算美国煤炭生产产生的相关灰烬总量。该期间产生的所有灰烬中约 83% 来自阿巴拉契亚、粉河和伊利诺斯盆地。来源：Reedy 等人。
大部分有关稀土元素提取的工作仍处于研究阶段。巴格多纳斯参与了国家能源技术实验室的一个试点项目，该项目旨在从粉河盆地煤灰中提取稀土元素。
斯坎伦表示，这项研究提供的基础数据有助于建立更广阔的煤灰资源市场。
“这种广泛的侦察级分析从未进行过，”斯坎伦说。“它为其他人进行更详细的研究奠定了基础。”
Element USA 是一家从矿物和金属废料中提取关键矿物的公司，该公司首席战略官克里斯·杨 (Chris Young) 表示，这项研究凸显了煤灰作为资源的巨大潜力。他说，目前行业面临的挑战是开发从煤灰和其他采矿副产品中提取稀土元素和其他材料所需的劳动力和业务。
“从尾矿（采矿副产品）中提取稀土元素的想法非常有意义。这是一种常识性的方法，”他说。“挑战在于将这种常识性方法转化为经济方法。”
为此，Element USA 正在将其分析实验室和试验设备迁至奥斯汀，以利用德克萨斯大学奥斯汀分校的矿物专业知识，并为对关键矿物研究和职业感兴趣的学生提供关键矿物经验。
杨说：“我们很高兴与德克萨斯大学在矿物加工和矿物分离方面建立关系。”
编译自/ScitechDaily
