Le ceneri di carbone appalachiano sono una bonanza in elementi di terre rare

Le ceneri di carbone appalachiano sono una bonanza in elementi di terre rare

Il contenuto di elementi di terre rare nelle ceneri di carbone degli Stati Uniti mostra che il carbone estratto dagli Appalachi potrebbe essere la proverbiale oca dorata per materiali difficili da trovare, fondamentali per la pulizia dell'energia e di altre tecnologie emergenti.

Sulla scia di una fuoriuscita di cenere di carbone del 2014 nel fiume Dan della Carolina del Nord da un tubo di drenaggio rotto, la questione di cosa fare con gli stagni di raccolta e futuri rifiuti di cenere di carbone della nazione è stata un argomento controverso.

Un'idea particolarmente imprenditoriale è quella di estrarre i cosiddetti elementi "critici" di terre rare come il neodimio, l'europio, il terbio, il disprosio, l'ittrio e l'erbio dal carbone bruciato. Il Dipartimento dell'Energia ha identificato questi metalli globalmente rari come una priorità per i loro usi nell'energia pulita e in altre tecnologie emergenti. Ma esattamente quanti di questi elementi sono contenuti in diverse fonti di cenere di carbone negli Stati Uniti non sono mai stati esplorati.

Parti per milione

I ricercatori della Duke University hanno misurato il contenuto di elementi di terre rare in campioni di ceneri di carbone che rappresentano tutte le principali fonti di carbone negli Stati Uniti. Hanno anche osservato quanti di questi elementi potrebbero essere estratti dalla cenere usando una tecnica industriale comune.

I risultati, pubblicati online sulla rivista Environmental Science and Technology, mostra che il carbone delle montagne appalachiane contiene gli elementi terrestri più rari. Tuttavia, se le tecnologie di estrazione fossero abbastanza economiche, ci sono molti elementi di terre rare che si trovano anche in altre fonti.

"Il Dipartimento dell'Energia sta investendo $ 20 milioni nella ricerca sulle tecnologie di estrazione per le scorie di carbone, e ci sono letteralmente miliardi di dollari di elementi di terre rare contenuti nelle ceneri di carbone della nostra nazione", dice Heileen Hsu-Kim, professore associato di civiltà e ingegneria ambientale.

"Se un programma dovesse andare avanti, vorrebbe chiaramente scegliere le ceneri di carbone con la più alta quantità di elementi di terre rare estraibili, e il nostro lavoro è il primo studio completo per iniziare a valutare le opzioni".


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I ricercatori hanno prelevato campioni di cenere di carbone da centrali elettriche situate principalmente nel Midwest americano che bruciano carbone proveniente da tutto il paese, comprese le tre maggiori fonti: gli Appalachi, l'Illinois meridionale e occidentale e il bacino del fiume Powder nel Wyoming e nel Montana. Il contenuto degli elementi delle terre rare è stato quindi testato usando acido fluoridrico, che è molto più forte e più efficiente dei metodi industriali, ma è troppo pericoloso da usare su larga scala.

I risultati hanno mostrato che le ceneri raccolte dal carbone delle Appalachian Mountain hanno la più alta quantità di elementi di terre rare a 591 milligrammi per chilogrammo (o parti per milione). Le ceneri dell'Illinois e del bacino del fiume Powder contengono rispettivamente 403 mg / kg e 337 mg / kg.

È necessario il metodo di recupero

I ricercatori hanno quindi utilizzato una comune tecnica di estrazione industriale con acido nitrico per vedere quanti degli elementi delle terre rare potrebbero essere recuperati. Le ceneri di carbone dei Monti Appalachi videro le percentuali di estrazione più basse, mentre le ceneri del Bacino del Fiume delle Polverie videro la più alta. Hsu-Kim pensa che questo potrebbe essere perché gli elementi di terre rare nella cenere di carbone della Montagna Appalachiana sono incapsulati all'interno di una matrice vetrosa di silicati di alluminio, che l'acido nitrico non si scioglie molto bene.

"Una ragione per scegliere le ceneri di carbone dagli Appalachian Mountains sarebbe dovuta al loro elevato contenuto di elementi di terre rare, ma dovresti usare un metodo di recupero diverso dall'acido nitrico", dice Hsu-Kim. "Per qualsiasi impresa futura di iniziare un programma di estrazione, il metodo di recupero dovrà essere adattato alla chimica specifica delle ceneri di carbone utilizzate".

I ricercatori hanno anche provato a "arrostire" le ceneri di carbone con un agente alcalino prima di dissolverlo con acido nitrico. Anche se il processo non era stato ottimizzato per scopi di recupero, i test hanno mostrato un netto miglioramento dell'efficienza di estrazione.

"I reagenti che abbiamo usato sono probabilmente troppo costosi da usare su scala industriale, ma ci sono molti prodotti chimici simili", dice Hsu-Kim. "Il trucco esplorerà le nostre opzioni e svilupperemo tecnologie per ridurre i costi. In questo modo possiamo attingere a questa vasta risorsa che attualmente si trova solo in spazi di smaltimento. "

La National Science Foundation, la Environmental Research and Education Foundation e l'American Coal Ash Association hanno finanziato il lavoro.

Fonte: Duke University

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