เนื้อหาของธาตุหายากในขี้เถ้าถ่านหินของสหรัฐฯ แสดงให้เห็นว่าถ่านหินที่ขุดได้จากเทือกเขาแอปปาเลเชียนอาจเป็นห่านทองคำที่เป็นที่เลื่องลือสำหรับวัสดุที่หายากซึ่งมีความสำคัญต่อพลังงานสะอาดและเทคโนโลยีเกิดใหม่อื่นๆ

หลังจากเถ้าถ่านหินในปี 2014 รั่วไหลลงสู่แม่น้ำ Dan ของ North Carolina จากท่อระบายน้ำที่ชำรุด คำถามว่าจะทำอย่างไรกับบ่อกักเก็บอายุของประเทศและของเสียจากขี้เถ้าถ่านหินในอนาคตนั้นเป็นหัวข้อที่ถกเถียงกัน

แนวคิดสำหรับผู้ประกอบการโดยเฉพาะประการหนึ่งคือการดึงสิ่งที่เรียกว่าธาตุหายากที่เรียกว่า "วิกฤต" เช่น นีโอไดเมียม ยูโรเพียม เทอร์เบียม ดิสโพรเซียม อิตเทรียม และเออร์เบียมออกจากถ่านหินที่ถูกเผา กระทรวงพลังงานระบุว่าโลหะที่หายากทั่วโลกเหล่านี้มีความสำคัญต่อการใช้พลังงานสะอาดและเทคโนโลยีเกิดใหม่อื่นๆ แต่ปริมาณของธาตุเหล่านี้มีอยู่ในแหล่งเถ้าถ่านหินต่าง ๆ ในสหรัฐอเมริกาที่ไม่เคยมีการสำรวจมาก่อน

อะไหล่ต่อล้าน

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยดุ๊กวัดเนื้อหาของธาตุหายากในตัวอย่างเถ้าถ่านหินซึ่งเป็นตัวแทนของแหล่งถ่านหินที่สำคัญทุกแห่งในสหรัฐอเมริกา พวกเขายังพิจารณาด้วยว่าธาตุเหล่านี้สามารถสกัดได้จากเถ้าโดยใช้เทคนิคทางอุตสาหกรรมทั่วไป

ผลการวิจัยเผยแพร่ทางออนไลน์ในวารสาร วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อมแสดงว่าถ่านหินจากเทือกเขาแอปปาเลเชียนมีธาตุดินที่หายากที่สุด อย่างไรก็ตาม หากเทคโนโลยีการสกัดมีราคาถูกเพียงพอ ก็มีธาตุหายากมากมายที่จะพบในแหล่งอื่นเช่นกัน

Heileen Hsu-Kim รองศาสตราจารย์ด้านโยธาและพลังงานกล่าวว่า "กระทรวงพลังงานกำลังลงทุน 20 ล้านดอลลาร์ในการวิจัยเทคโนโลยีการสกัดสำหรับขยะถ่านหิน และธาตุหายากมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ที่มีอยู่ในเถ้าถ่านหินของประเทศเรา วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม.

“หากโครงการจะดำเนินต่อไป พวกเขาต้องการเลือกเถ้าถ่านหินที่มีธาตุหายากในปริมาณสูงสุดอย่างชัดเจน และงานของเราเป็นการศึกษาที่ครอบคลุมครั้งแรกเพื่อเริ่มสำรวจทางเลือกต่างๆ”

นักวิจัยได้เก็บตัวอย่างเถ้าถ่านหินจากโรงไฟฟ้าที่ตั้งอยู่ในแถบมิดเวสต์ของอเมริกาซึ่งเผาถ่านหินที่มาจากทั่วประเทศ รวมถึงแหล่งที่ใหญ่ที่สุดสามแห่ง ได้แก่ เทือกเขาแอปปาเลเชียน ทางใต้และตะวันตกของรัฐอิลลินอยส์ และลุ่มน้ำพาวเดอร์ในไวโอมิงและมอนทานา จากนั้นจึงทดสอบเนื้อหาของธาตุหายากโดยใช้กรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งมีความแข็งแรงและมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีทางอุตสาหกรรมมาก แต่อันตรายเกินกว่าจะใช้ในปริมาณมาก

ผลการวิจัยพบว่าเถ้าที่เก็บจากถ่านหินบนภูเขาแอปพาเลเชียนมีธาตุหายากมากที่สุดที่ 591 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม (หรือส่วนในล้านส่วน) เถ้าจากอิลลินอยส์และลุ่มน้ำพาวเดอร์มี 403 มก./กก. และ 337 มก./กก. ตามลำดับ

วิธีการกู้คืนที่จำเป็น

จากนั้นนักวิจัยได้ใช้เทคนิคการสกัดทางอุตสาหกรรมทั่วไปที่มีกรดไนตริกเพื่อดูว่าธาตุหายากสามารถกู้คืนได้มากน้อยเพียงใด เถ้าถ่านหินจากเทือกเขาแอปพาเลเชียนมีเปอร์เซ็นต์การสกัดที่ต่ำที่สุด ในขณะที่เถ้าจากลุ่มน้ำพาวเดอร์มีอัตราการสกัดสูงสุด Hsu-Kim คิดว่าอาจเป็นเพราะธาตุหายากในเถ้าถ่านหินของภูเขาแอปพาเลเชียนถูกห่อหุ้มไว้ภายในเมทริกซ์ที่เป็นแก้วของอะลูมิเนียมซิลิเกต ซึ่งกรดไนตริกไม่ละลายได้ดีนัก

“เหตุผลหนึ่งที่ควรเลือกขี้เถ้าถ่านหินจากเทือกเขาแอปปาเลเชียนนั้นเป็นเพราะมีธาตุหายากสูง แต่คุณต้องใช้วิธีการกู้คืนอื่นนอกเหนือจากกรดไนตริก” Hsu-Kim กล่าว “สำหรับการร่วมทุนในอนาคตที่จะเริ่มโครงการสกัด วิธีการกู้คืนจะต้องได้รับการปรับแต่งให้เข้ากับเคมีเฉพาะของเถ้าถ่านหินที่ใช้”

นักวิจัยยังพยายาม "คั่ว" เถ้าถ่านหินด้วยสารอัลคาไลก่อนที่จะละลายด้วยกรดไนตริก แม้ว่ากระบวนการนี้จะไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อวัตถุประสงค์ในการกู้คืน แต่การทดสอบพบว่าประสิทธิภาพการสกัดดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

"น้ำยาที่เราใช้อาจมีราคาแพงเกินไปที่จะใช้ในระดับอุตสาหกรรม แต่มีสารเคมีที่คล้ายคลึงกันจำนวนมาก" Hsu-Kim กล่าว “เคล็ดลับคือการสำรวจทางเลือกของเราและพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อลดต้นทุน ด้วยวิธีนี้เราจะสามารถใช้ประโยชน์จากทรัพยากรอันกว้างใหญ่นี้ซึ่งขณะนี้อยู่ในบ่อทิ้งขยะ”

มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ มูลนิธิวิจัยและการศึกษาสิ่งแวดล้อม และสมาคมเถ้าถ่านหินอเมริกันให้ทุนสนับสนุนงานนี้

ที่มา: มหาวิทยาลัยดุ๊ก

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน