Превращение стоков угольных шахт в источник редких минералов

В новом исследовании исследуется новый процесс уменьшения негативного воздействия на окружающую среду дренажа угольных шахт и извлечения из него редкоземельных элементов, ценных минералов, необходимых для производства многих высокотехнологичных устройств.

«Редкоземельные элементы, такие как иттрий, например, являются необходимыми компонентами электроники, компьютеров и других гаджетов, которые мы используем каждый день», — сказал Джефф Белики, соавтор исследования и доцент в области гражданской экологической и геодезической инженерии. и Колледж по связям с общественностью Джона Гленна в Университете штата Огайо.

Исследование, опубликованное в журнале Инженерная наука об окружающей средеоценивает экспериментальный процесс, запатентованный группой, который успешно очистил дренаж угольной шахты, производя редкоземельные элементы в образцах из различных рек Огайо, Пенсильвании и Западной Вирджинии.

«Одна вещь, которая меня удивила, это то, насколько хорошо наш процесс очищает воду», — сказал Белицки. «С экологической точки зрения, основное преимущество этой работы заключается в том, что мы успешно улавливаем и нейтрализуем так много загрязнений».

Когда в заброшенных угольных шахтах происходит утечка воды, последующий дренаж может загрязнить тысячи миль естественных водотоков, сделав их оранжевыми, и нанести серьезный ущерб экосистеме.

Хотя редкоземельные элементы, получаемые из стоков угольных шахт, пользуются все большим спросом, жизнеспособные природные залежи этих полезных ископаемых обнаружены лишь в нескольких районах мира, а это означает, что только несколько стран могут их обеспечить.

Например, большая часть западного мира, включая Соединенные Штаты, зависит от Китая, который поставляет около 80% этих важнейших ресурсов. В результате многие правительственные учреждения стремятся уменьшить эту зависимость, наладив внутренние поставки редкоземельных элементов, особенно потому, что их добыча из-под земли может нанести огромный экологический и социальный ущерб, сказал Белицкий.

«Получая эти материалы из других стран, мы на самом деле не имеем никакого контроля над экологическими последствиями того, как они добывают и производят материалы», — сказал он. «Отечественное производство хорошо во многих отношениях, отчасти потому, что у нас могут быть правила, которые лучше защищают окружающую среду и людей в сообществах, откуда мы их получаем».

В настоящее время стоки угольных шахт обрабатываются с использованием активных систем очистки, в которых используются химические вещества для очистки воды, или пассивных систем очистки, которые часто зависят от бактериальной активности или геохимических методов.

Согласно исследованию, пассивные подходы, как правило, требуют меньше ресурсов и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. Команда штата Огайо использовала пассивную систему, в которой использовалась комбинация щелочных промышленных побочных продуктов, включая такие материалы, как осадок с водоочистных сооружений, для нейтрализации дренажа угля и улавливания редкоземельных элементов.

«Он предназначен для того, чтобы естественные просачивания стоков угольных шахт просачивались через материал, чтобы улавливать и извлекать его», — сказал Белицки. Среднее время, необходимое для очистки воды от отходов, часто варьируется, потому что процесс во многом зависит от того, насколько быстро вода вытекает из шахты.

В процессе были задействованы различные металлы, используемые в современных технологиях, в том числе тербий, неодим и европий, которые играют важную роль в дисплеях телефонов, батареях, микрофонах, динамиках и других деталях.

В настоящее время этот процесс является более дорогостоящим, чем текущая рыночная цена на редкие металлы, но дальнейшее продвижение приведет к снижению цены, сказал Белицкий.

Белицкий сказал, что надеется, что их исследование послужит основой для будущей политики в отношении утилизации угольных отходов и поможет общественности изучить экологические последствия добычи полезных ископаемых помимо типичных затрат, таких как их влияние на здоровье человека и экосистему в целом.

«Ничто из того, что мы делаем для нашей окружающей среды, не является безвредным, поэтому, хотя отказ от угля и других ископаемых видов топлива выгоден в нескольких различных аспектах, мы должны осуществлять этот переход таким образом, чтобы решать более широкую сферу вопросов, чем просто стоимость», — сказал он. «Наше исследование является жизненно важным шагом в устранении наследия этих экологических и социальных последствий».

Другими соавторами исследования из штата Огайо были Маркос Миранда, Сумин Чун и Чин-Мин Ченг. Среди других членов команды профессора штата Огайо Джон Ленхарт и Тарунджит Буталия.