Harvinaiset maametallit odottavat jätteissä

Hiilen lentotuhkasta löytyneet mikroskooppiset lasipallot sisältävät harvinaisia maametallielementtejä, jotka voitaisiin kierrättää mieluummin kuin haudata kaatopaikoille.

Harvinaisten maametallien alkuaineita on vaikea saada ja kierrättää, mutta intuition salama johti Rice Universityn tutkijat kohti mahdollista ratkaisua.

Kemisti James Tourin Rice-laboratorio raportoi, että se on onnistuneesti uuttanut arvokkaita harvinaisten maametallien alkuaineita (REE) jätteistä hyvillä tuloksilla.

Laboratorion flash Joule -lämmitysprosessia, joka otettiin käyttöön useita vuosia sitten grafeenin tuottamiseksi mistä tahansa kiinteästä hiilen lähteestä, on nyt sovellettu kolmeen harvinaisten maametallien lähteeseen - kivihiilien lentotuhkaan, bauksiittijäännökseen ja elektroniikkajätteeseen - harvinaisten maametallien talteenottamiseksi.

Tutkijoiden mukaan heidän prosessinsa on ympäristöystävällisempi, koska se käyttää paljon vähemmän energiaa ja muuttaa alkuaineiden talteenotossa usein esiintyvän happovirran pelkäksi tihkuksi.

Harvinaiset maametallit eivät todellakaan ole harvinaisia. Yksi niistä, serium, on runsaampi kuin kupari ja kaikki ovat runsaampia kuin kulta. Mutta nämä 15 lantanidielementtiä, sekä yttrium ja skandium, ovat laajalle levinneitä ja niitä on vaikea erottaa louhituista materiaaleista.

"Yhdysvalloissa on aikoinaan louhittu harvinaisten maametallien alkuaineita, mutta mukana tulee myös paljon radioaktiivisia alkuaineita, joiden käsittely on kallista ja ongelmallista." Tour kertoo. Sinä päivänä kun Yhdysvallat luopui kaikesta harvinaisten maametallien louhinnasta, ulkomaiset lähteet nostivat hintansa kymmenkertaiseksi.

Joten on paljon kannustimia kierrättää jo louhittu, hän sanoi. Suuri osa siitä kasataan tai hautautuu lentotuhkaan, joka on hiilivoimaloiden sivutuote. "Meillä on vuoria sitä", hän sanoi. "Hiilen palamisen jäännös on pii-, alumiini-, rauta- ja kalsiumoksideja, jotka muodostavat lasia hivenaineiden ympärille, mikä tekee niistä erittäin vaikeasti erotettavia." Bauksiittijäännös, jota joskus kutsutaan punamudaksi, on alumiinituotannon myrkyllinen sivutuote, kun taas elektroniikkajätettä syntyy vanhentuneista laitteista, kuten tietokoneista ja älypuhelimista.

Vaikka teollinen uuttaminen näistä jätteistä sisältää tavallisesti liuottamisen vahvalla hapolla, joka on aikaa vievä ja ei-vihreä prosessi, Rice-laboratorio lämmittää lentotuhkan ja muut materiaalit noin 3 000 celsiusasteeseen sekunnissa. Prosessi muuttaa jätteestä erittäin liukenevia "aktivoituja REE-lajeja".

Tour sanoi, että lentotuhkan käsitteleminen flash-joule-lämmityksellä "särkee näitä alkuaineita ympäröivän lasin ja muuntaa REE-fosfaatit metallioksideiksi, jotka liukenevat paljon helpommin". Teolliset prosessit käyttävät 15-molaarista typpihappopitoisuutta materiaalien uuttamiseen mutta tässä prosessissa käytetään miedompaa 0,1-molaarista suolahappoa, joka tuottaa silti enemmän tuotetta.

Kokeissa tutkijat havaitsivat, että flash Joule -kuumennettava kivihiilen lentotuhka (CFA) yli kaksinkertaisti useimpien harvinaisten maametallien tuoton käyttämällä erittäin mietoa happoa verrattuna käsittelemättömän CFA:n liuotukseen vahvoilla hapoilla.

"Energiaministeriö on päättänyt, että tämä on kriittinen tarve, joka on ratkaistava. Prosessimme kertoo maalle, että emme ole enää riippuvaisia ympäristölle haitallisesta kaivostoiminnasta tai ulkomaisista harvinaisten maametallien lähteistä," toteaa Tour yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin: Haisevista hedelmistä superkonkkia