从粉煤灰中回收稀土元素用于清洁能源技术

Josiah02

随着世界逐渐放弃使用化石燃料，对稀土元素 (REE) 的需求只会增加。这些元素对于生产使绿色能源转型成为可能的技术至关重要。虽然从技术上讲，稀土元素并不稀有，但世界上只有少数几个地方发现了大型矿藏——主要是在中国——而且很难开采。
里贾纳大学稀土元素研究博士生布伦丹·毕晓普 (Brendan Bishop) 表示：“如果我们想在 2035 年之前转向电动汽车，并在 2050 年之前实现净零排放，我们就需要这些金属的新来源。”
毕晓普和他的同事一直在研究这些宝贵元素的一个潜在新来源：燃煤电厂产生的灰烬。研究人员已经研究了美国和中国的煤炭废料中的稀土元素，但对加拿大煤炭灰烬的研究却很少。
研究小组分析了阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省煤电厂的灰烬样本，以确定灰烬中含有多少稀土元素，以及如何提取它们。虽然加拿大煤灰中的稀土元素浓度与世界其他地区煤灰中的稀土元素浓度相当，但人们仍不清楚稀土元素是均匀分散在灰烬颗粒中，还是集中在灰烬中的某些矿物中。
毕晓普利用萨斯喀彻温大学 (USask) 加拿大光源 (CLS) 的强大 X 射线光束线探测了灰烬，寻找一种名为钇的稀土元素。他们发现，钇以特定的矿物相形式分布在灰烬颗粒中，最常见的形式是硅酸盐或磷酸盐，如磷钇矿，这些物质在煤炭燃烧时不会发生变化。这项研究发表在《环境科学与技术》上。
图片来源：加拿大光源
毕晓普表示，这些数据有助于开发一种高效且环保的从煤灰中回收稀土元素的工艺。“这在我们开发回收工艺时非常重要，因为提取稀土元素在技术上具有挑战性，”他说。“在这种情况下，由于它存在于磷钇矿中，而磷钇矿是一种矿石矿物，也许我们可以使用现有的工艺，并对其进行修改以用于煤灰。”
毕晓普表示，从煤灰中提取的稀土元素数量将取决于回收过程。但他认为，煤灰可能是一个很好的短期至中期稀土元素来源。煤灰的稀土元素浓度并不是特别高，但这一缺点被煤灰的丰富性所抵消。煤灰中的稀土元素浓度也相当均匀，因此不需要像开采矿石那样进行复杂的分级。一旦提取过程完善，开采速度也将比开采新矿快得多，因为新矿的勘探和生产间隔通常长达 17 年。
从灰烬中回收稀土元素也是迈向循环经济的重要一步。一些灰烬用于制造混凝土，但大多数只是被堆放在发电厂附近的垃圾填埋场或尾矿池中。
毕晓普说：“它不仅摆脱了环境责任，还为我们提供了清洁能源技术所需的金属。”