废弃煤灰有望成为“金蛋鹅”
材料人注：美国一项关于煤灰中稀土元素含量的研究表明从阿巴拉契亚山脉开采的煤可能是传说中的金蛋鹅，在清洁能源等新兴技术有着重要的应用。
在2014年泄漏事件中，煤灰从破裂的杜克能源排水管进入北卡罗莱纳州的丹河。随后，如何处理国家的老化蓄水池和未来的煤灰废弃物已经成为一个高度争议的话题。
一个想法是从燃煤中提取所谓“临界”稀土元素比如钕、铕、铽、镝、钇和铒。能源部已经认可这些优先应用于清洁能源等新兴技术的稀有金属。但是，在美国，不同来源的煤灰中这些元素的含量却从未探索过。
来自杜克大学的研究人员测量了美国各主要煤矿资源的煤灰样品的稀土元素含量，他们还采用通用的工业技术探究从这些煤灰中可以提取多少这些元素。
5月26日，Environmental Science and Technology杂志上在线发表的结果显示，来自阿巴拉契亚山脉的煤包含最多的稀土元素。然而如果提取技术足够便宜，也可以从其他来源中找到大量的稀土元素。
“能源部将投资2千万美元研究煤矸石的提取技术，我们国家的煤灰中包含有价值几十亿美元的稀土元素,” 杜克大学土木与环境工程的副教授Heileen Hsu-Kim、Mary Milus Yoh和Harold L. Yoh说。
“在推进此项目时,我们需要挑选含有最大量稀土元素的煤灰。”Hsu-Kim说。
研究人员主要从位于美国中西部的电厂（燃煤来自全国各地）获取煤灰样本，包括三大来源：阿巴拉契亚山脉,南部和西部伊利诺斯州以及位于怀俄明州与蒙大拿州的粉河盆地。然后用氢氟酸测试稀土元素的含量。与工业方法相比，这种方法更强大且更有效，但是大规模使用有一定的危险性。
结果表明,从阿巴拉契亚山收集的煤灰，稀土元素含量最高可达591毫克每千克，来自伊利诺斯州和粉河盆地的煤灰分别含有403mg/kg和337mg/kg。
然后，研究人员采用一种常用的硝酸工业提取技术表征可以回收的稀土元素含量。来自阿巴拉契亚山脉的煤灰提取比例最低，而粉河盆地的提取量最高。Hsu-Kim认为这可能是因为阿巴拉契亚山脉煤灰中的稀土元素被玻璃状基质的硅酸铝包裹，硝酸不能很好地使其溶解。
“选择来自阿巴拉契亚山脉煤灰的一个理由是它的高稀土元素含量,但是你必须使用其它的回收方法，” 在杜克大学的尼古拉斯环境学院任职的Hsu-Kim说。“因为实施萃取项目存在一定风险，需要对回收方法进行调整以适应所用煤灰的特定化学性质。”
杜克大学的研究人员还试图在硝酸溶解之前用碱剂“烘烤”煤灰。尽管回收的过程没有得到优化,但是试验表明萃取效率显著提高。
“我们所用的试剂在工业应用上可能过于昂贵,但是也有许多类似的化学试剂，”Hsu-Kim说。“现在的难题是选择探究方法并通过开发技术来降低成本。这样，我们就可以利用当前被遗弃在废品池的庞大资源。”
本文由杨宏期提供素材，王飞编译，杨雨思审核。
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