Ny rensning af syreminer gør affald til værdifulde kritiske mineraler

En ny måde at behandle syredynedrænering (AMD) på kan hjælpe med at omdanne miljøforureningsproblemet til en vigtig indenlandsk kilde til de kritiske sjældne jordartselementer, der er nødvendige for at producere teknologi lige fra smartphones til kampfly, ifølge Penn State-forskere.

"Dræning af sur mine har været et væsentligt miljøproblem i mange årtier, " sagde Mohammad Rezaee, adjunkt i mineteknik ved College of Earth and Mineral Sciences i Penn State. "Denne forskning viser, at vi kan ændre eksisterende behandlingsprocesser på en måde, der ikke kun adresserer miljøhensyn, men genvinder samtidig værdifulde elementer og reducerer faktisk omkostningerne ved behandlingen."

Et team af forskere fra Penn State udviklede en to-trins behandlingsproces, der gjorde det muligt for dem at genvinde højere koncentrationer af sjældne jordartselementer ved hjælp af mindre mængder kemikalier end tidligere muligt, sagde forskerne.

"Denne teknik repræsenterer en effektiv, billig og miljøvenlig metode til at udvinde disse værdifulde mineraler, der bruges i en lang række forbruger- og industriprodukter, " sagde Sarma Pisupati, professor i energi- og mineralteknik og direktør for Center for Critical Minerals i Penn State.

Sjældne jordarters elementer er en gruppe af 17 mineraler, der er meget udbredt i avancerede teknologier og udpeget af USA som kritiske for landets økonomiske og nationale sikkerhed. USA importerer i øjeblikket næsten 100 % af disse materialer, med Kina, der producerer omkring 85% af verdensforsyningen.

AMD fra kulminedrift i Appalachia repræsenterer en lovende indenlandsk kilde til sjældne jordarters grundstoffer, fordi den ofte indeholder høje koncentrationer af mineralerne, og fordi det allerede bliver indsamlet og behandlet på grund af miljøhensyn, sagde forskerne.

"Vi afholder i øjeblikket omkostninger bare til at behandle vandet, og i mange tilfælde, vi samler ikke engang alle disse mineraler, " sagde Pisupati. "Nu er vi i stand til at gøre det, der var blevet betragtet som et affaldsprodukt, til en værdifuld ressource."

AMD opstår, når pyritsten – jernsulfid – udgravet af minedrift interagerer med vand og luft og derefter oxiderer, dannelse af svovlsyre. Syren nedbryder derefter omgivende sten, får giftige metaller til at opløses i vandet, sagde forskerne.

Traditionelle behandlingsmetoder involverer opsamling af AMD i tilbageholdelsesdamme og tilføjelse af kemikalier for at neutralisere pH -en indikator på, hvor surt eller basisk et stof er. Dette får de opløste metaller til at udfælde, eller formes til faste stoffer, og sætter sig ud af vandet. Op til 70 % af sjældne jordarters grundstoffer kan udvindes som et slam ved hjælp af denne proces, og resten frigives sammen med det behandlede vand, ifølge forskere.

Forskerne fandt ud af, at de kunne udtrække en højere koncentration af sjældne jordartselementer og andre kritiske mineraler ved at tilføje kuldioxid til AMD og derefter bringe den til en neutral pH på 7, målet for miljøsanering, i to separate trin.

Ved at bruge denne metode, 90 % af aluminium blev genvundet ved en pH på 5 og 85 % af sjældne jordarters grundstoffer blev genvundet ved pH 7, rapporterede forskerne i Chemical Engineering Journal .

Tilsætning af kuldioxid til AMD producerer kemiske reaktioner, der resulterer i dannelsen af ​​faste mineraler kaldet carbonitter, sagde forskerne. De sjældne jordarters grundstoffer binder sig til de ekstra carbonitter og bundfældes ud af vandet ved lavere pH-værdier.

Processen, kaldet kuldioxidmineralisering, er en ny teknologi, der bruges til at fjerne overskydende kuldioxid fra atmosfæren. Denne undersøgelse repræsenterer første gang, den er blevet brugt til at genvinde store koncentrationer af sjældne jordarters grundstoffer fra AMD, sagde forskerne.

Gendannelse af den samme koncentration af sjældne jordartselementer fra AMD ved hjælp af traditionelle behandlingsmetoder ville kræve tilføjelse af yderligere kemikalier for at øge pH ud over 7. Forskerne sagde ved at sænke genoprettelsesomkostningerne, den nye behandlingsmetode kunne gøre det indenlandske marked for sjældne jordarters elementer mere konkurrencedygtigt.

"Med en simpel ændring af eksisterende behandlingsprocesser, industrien kunne bruge færre kemikalier og få mere værdi ud af AMD-affald, "Rezaee sagde." Dette er skønheden i denne forskning. "