Un estudio del contenido de elementos de tierras raras en las cenizas de carbón de EE. UU. Muestra que el carbón extraído de los Montes Apalaches podría ser el proverbial ganso dorado para materiales difíciles de encontrar críticos para la energía limpia y otras tecnologías emergentes.
A raíz de un derrame de cenizas de carbón en 2014 en el río Dan de Carolina del Norte desde un tubo de drenaje de Duke Energy roto, la cuestión de qué hacer con los viejos estanques de retención de la nación y los futuros residuos de cenizas de carbón ha sido un tema muy discutido.
Una idea especialmente empresarial es extraer los llamados elementos "críticos" de tierras raras como el neodimio, el europio, el terbio, el disprosio, el itrio y el erbio del carbón quemado. El Departamento de Energía ha identificado estos metales globalmente escasos como una prioridad parasus usos en energía limpia y otras tecnologías emergentes, pero nunca se había explorado exactamente cuánto de estos elementos están contenidos en diferentes fuentes de cenizas de carbón en los EE. UU.
Investigadores de la Universidad de Duke midieron el contenido de elementos de tierras raras en muestras de cenizas de carbón que representan todas las principales fuentes de carbón en los Estados Unidos. También observaron cuánto de estos elementos podrían extraerse de las cenizas utilizando una técnica industrial común.
Los resultados, publicados en línea el 26 de mayo en la revista Ciencia y tecnología ambiental mostró que el carbón de los Montes Apalaches contiene los elementos de tierras más raras. Sin embargo, si las tecnologías de extracción son lo suficientemente baratas, también se pueden encontrar muchos elementos de tierras raras en otras fuentes.
"El Departamento de Energía está invirtiendo $ 20 millones en investigación sobre tecnologías de extracción para desechos de carbón, y hay literalmente miles de millones de dólares en elementos de tierras raras contenidos en las cenizas de carbón de nuestra nación", dijo Heileen Hsu-Kim, la Mary MilusYoh y Harold L. Yoh, Jr. Profesor Asociado de Ingeniería Civil y Ambiental en Duke.
"Si un programa avanzara, claramente querrían recoger las cenizas de carbón con la mayor cantidad de elementos extraíbles de tierras raras, y nuestro trabajo es el primer estudio exhaustivo en comenzar a estudiar las opciones", dijo Hsu-Kim.
Los investigadores tomaron muestras de cenizas de carbón de plantas de energía ubicadas principalmente en el Medio Oeste de Estados Unidos que queman carbón proveniente de todo el país, incluidas las tres fuentes más grandes: las montañas Apalaches, el sur y el oeste de Illinois, y la cuenca del río Powder en Wyoming yMontana. El contenido de elementos de tierras raras se probó utilizando ácido fluorhídrico, que es mucho más fuerte y más eficiente que los métodos industriales, pero es demasiado peligroso para su uso a gran escala.
Los resultados mostraron que la ceniza recolectada del carbón de los Montes Apalaches tiene la mayor cantidad de elementos de tierras raras con 591 miligramos por kilogramo o partes por millón. Las cenizas de Illinois y la cuenca del río Powder contienen 403 mg / kg y 337 mg / kg, respectivamente.
Luego, los investigadores utilizaron una técnica de extracción industrial común con ácido nítrico para ver cuánto de los elementos de tierras raras se podían recuperar. Las cenizas de carbón de los Montes Apalaches vieron los porcentajes de extracción más bajos, mientras que las cenizas de la cuenca del río Powder vieron los más altos.Hsu-Kim cree que esto podría deberse a que los elementos de tierras raras en las cenizas de carbón de los Montes Apalaches están encapsulados dentro de una matriz vítrea de silicatos de aluminio, que el ácido nítrico no se disuelve muy bien.
"Una razón para recoger cenizas de carbón de los Montes Apalaches sería por su alto contenido de elementos de tierras raras, pero tendría que usar un método de recuperación que no sea ácido nítrico", dijo Hsu-Kim, quien también tiene una cita enNicholas School of the Environment de Duke: "Para cualquier empresa futura que comience un programa de extracción, el método de recuperación deberá adaptarse a la química específica de las cenizas de carbón que se utilizan".
Los investigadores de Duke también intentaron "tostar" las cenizas de carbón con un agente alcalino antes de disolverlas con ácido nítrico. Aunque el proceso no se había optimizado para fines de recuperación, las pruebas mostraron una mejora notable en la eficiencia de extracción.
"Los reactivos que usamos son probablemente demasiado caros para usar a escala industrial, pero hay muchos productos químicos similares", dijo Hsu-Kim. "El truco será explorar nuestras opciones y desarrollar tecnologías para reducir los costos. De esa manerapodemos aprovechar este vasto recurso que actualmente se encuentra en estanques de eliminación "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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