Материаловеды из Сандийской национальной лаборатории обнаружили способ использования лимонной кислоты — безвредного пищевого продукта, который естественным образом содержится в цитрусовых (особенно в лимонах и лаймах), вместе с углекислым газом и водой, для извлечения редкоземельных металлов из угольной золы. Это удаляет часть угольной золы, остатков энергии от сжигания угля, не нанося вреда окружающей среде, обеспечивая при этом поток важного национального ресурса.
Этот метод, в случае его широкого распространения, может превратить угольную золу, которая в настоящее время является изгоем по окружающей среде, в коммерчески жизнеспособный продукт, говорит Гуанпин Сюй, ведущий исследователь Sandia по проекту.
Наиболее распространенные кислоты, используемые в качестве химических сепараторов в горнодобывающей промышленности — азотная, серная и фосфорная кислоты — могут извлекать редкоземельные металлы из угольной золы, но они образуют большое количество кислотных отходов, оставляя окружающую среду в худшем состоянии, чем раньше. «Эти экологически вредные кислоты повысят затраты на очистку, превышающие экономическую целесообразность в США», — говорит Сюй.
В процессе Sandia лимонная кислота используется в качестве носителя для редкоземельных металлов, поэтому они отделяются от угольной золы, основного материала. Экстракции способствует использование сверхкритического диоксида углерода в качестве растворителя. Лимонная кислота — это экологически чистый способ удерживать редкоземельные металлы в растворе.
Команда обнаружила, что менее чем за день процесс экстракции, работающий при 70°C и давлении 1100 фунтов на квадратный дюйм (примерно в 70 раз выше обычного атмосферного давления), может удалить и восстановить 42% редкоземельных металлов в угольная зола.
«Теоретически американская компания могла бы использовать эту технику для добычи угля и побочных продуктов угля для получения редкоземельных металлов и конкурировать с китайской горнодобывающей промышленностью», — говорит Сюй. Кроме того, в целях национальной безопасности США «вероятно, разумно иметь альтернативные источники редкоземельных металлов, чтобы не зависеть от иностранных поставщиков».
Сюй говорит, что только детоксикация угольной золы для повторного использования должна стоить усилий. В угольной золе в качестве сырья нет недостатка. Согласно исследованию 2016 года, ежегодно образуется около 115 миллионов метрических тонн продуктов сгорания угля, в том числе 45 миллионов тонн летучей золы, самого легкого вида угольной золы.
«Если мы не проведем детоксикацию и не будем повторно использовать угольную золу, она будет брошена в пруды и свалки, а очистка в долгосрочной перспективе будет стоить миллиарды долларов», — отмечает Сюй.
Эта технология может открыть новые возможности для повторного использования и связывания углекислого газа. Команда изучает возможность использования лимонной кислоты и сверхкритического диоксида углерода для добычи металлов из нефтяных и газовых сланцев, которые часто богаты металлами.
Используя существующие нефтяные и газовые скважины для гидроразрыва пласта, лимонная кислота и сверхкритический диоксид углерода могут рентабельно добывать металлы при одновременном удалении углекислого газа под землей. Подземное хранение углекислого газа должно препятствовать его попаданию в атмосферу и способствовать изменению климата.
Автор
Stephen J. Mraz (Стивен Дж. Мраз), MachineDesign
Источник: www.machinedesign.com