Kandungan unsur-unsur nadir bumi dalam abu arang batu AS menunjukkan bahawa arang batu yang ditambang dari Pergunungan Appalachian boleh menjadi angsa emas pepatah untuk bahan sukar dicari-cari untuk membersihkan tenaga dan teknologi baru yang muncul.
Setelah berlakunya tumpahan abu arang batu ke 2014 di Sungai Danau North Carolina dari paip saliran yang pecah, persoalan mengenai apa yang harus dilakukan dengan kolam penahan usia yang semakin tua dan sisa abu arang batu masa depan telah menjadi topik perbalahan.
Satu idea terutamanya keusahawanan adalah untuk mengekstrak unsur-unsur nadir bumi yang "kritikal" seperti neodymium, europium, terbium, disysprosium, yttrium, dan erbium dari arang batu terbakar. Jabatan Tenaga telah mengenal pasti logam-logam langka di dunia sebagai keutamaan untuk kegunaan mereka dalam tenaga bersih dan teknologi baru yang baru muncul. Tetapi sebenarnya, berapa banyak unsur-unsur ini terkandung dalam pelbagai sumber abu arang batu di AS tidak pernah diterokai.
Bahagian per juta
Penyelidik dari Universiti Duke mengukur kandungan unsur nadir bumi dalam sampel abu arang batu yang mewakili setiap sumber arang utama di Amerika Syarikat. Mereka juga melihat berapa banyak unsur-unsur ini boleh diekstrak daripada abu menggunakan teknik perindustrian yang sama.
Hasilnya, diterbitkan dalam talian dalam jurnal Sains dan Teknologi Alam Sekitar, menunjukkan bahawa arang batu dari Pegunungan Appalachian mengandungi unsur-unsur bumi yang paling jarang. Walau bagaimanapun, jika teknologi pengekstrakan cukup murah, terdapat banyak unsur nadir bumi yang terdapat di sumber lain juga.
"Jabatan Tenaga melabur $ 20 juta ke dalam penyelidikan mengenai teknologi pengekstrakan untuk sisa-sisa arang batu, dan terdapat senilai berbilion ringgit bernilai unsur nadir bumi yang terkandung dalam abu arang batu negara kita," kata Heileen Hsu-Kim, profesor bersekutu sivil dan kejuruteraan persekitaran.
"Sekiranya satu program akan bergerak ke hadapan, mereka jelas mahu memilih abu arang batu dengan jumlah tertinggi unsur nadir yang boleh dieksekusi, dan kerja kami adalah kajian komprehensif pertama untuk memulakan tinjauan tinjauan."
Para penyelidik mengambil sampel abu arang batu dari loji kuasa yang kebanyakannya terletak di Midwest Amerika yang membakar arang batu dari seluruh negara, termasuk tiga sumber terbesar: Mount Appalachian, Illinois selatan dan barat, dan Lembangan Sungai Powder di Wyoming dan Montana. Kandungan unsur nadir bumi kemudiannya diuji menggunakan asid hidrofluorik, yang lebih kuat dan lebih efisien daripada kaedah industri, tetapi terlalu berbahaya untuk digunakan secara besar-besaran.
Hasilnya menunjukkan bahawa abu yang dikumpulkan dari arang batu Appalachian Mountain mempunyai unsur-unsur nadir bumi tertinggi di 591 miligram per kilogram (atau bahagian per juta). Ash dari Illinois dan Lembangan Sungai Powder mengandungi 403 mg / kg dan 337 mg / kg.
Kaedah pemulihan diperlukan
Para penyelidik kemudian menggunakan teknik pengekstrakan perindustrian yang sama yang memaparkan asid nitrik untuk melihat berapa banyak elemen nadir bumi yang dapat ditemui semula. Abu arang dari Pegunungan Appalachian menyaksikan peratusan pengekstrakan yang paling rendah, manakala abu dari Lembangan Sungai Powder melihat yang tertinggi. Hsu-Kim berpendapat ini mungkin kerana unsur-unsur nadir bumi di dalam abu arang batu Appalachian diungkapkan dalam matriks aluminium silikat aluminium, yang asid nitrik tidak larut dengan baik.
"Salah satu sebab untuk memilih abu arang batu daripada Pergunungan Appalachian adalah untuk kandungan unsur nadir bumi yang tinggi, tetapi anda perlu menggunakan kaedah pemulihan selain daripada asid nitrik," kata Hsu-Kim. "Bagi mana-mana usaha masa depan untuk memulakan program pengekstrakan, kaedah pemulihan perlu disesuaikan dengan kimia tertentu abu arang batu yang digunakan."
Penyelidik juga cuba "memanggang" abu arang batu dengan agen alkali sebelum melarutkannya dengan asid nitrik. Walaupun proses itu tidak dioptimumkan untuk tujuan pemulihan, ujian menunjukkan peningkatan yang ketara dalam kecekapan pengekstrakan.
"Reagen yang kami gunakan mungkin terlalu mahal untuk digunakan pada skala industri, tetapi terdapat banyak bahan kimia yang serupa," kata Hsu-Kim. "Silap mata ini akan meneroka pilihan kami dan membangunkan teknologi untuk memacu kos ke bawah. Dengan cara itu kita boleh memanfaatkan sumber yang luas ini yang kini hanya duduk di dalam kolam pelupusan. "
Yayasan Sains Nasional, Yayasan Penyelidikan dan Pendidikan Alam Sekitar, dan Persatuan Ash Coal Amerika membiayai kerja.
sumber: Universiti Duke
Buku-buku yang berkaitan
at InnerSelf Market dan Amazon
