美國的粉煤灰含有大量稀土元素，有可能減少對進口的依賴，正在進行的研究和試點計畫致力於使開採具有經濟可行性。煤灰是燃燒煤炭作為燃料後留下的粉狀殘渣，幾十年來一直堆積在美國各地。德州大學奧斯汀分校的最新研究表明，這項儲量豐富的稀土元素足以顯著增強美國的稀土儲量，而無需額外開採。

馬薩諸塞州什魯斯伯里的煤灰掩埋場。德州大學奧斯汀分校最近的研究統計了全國各地煤灰中可能提取的稀土元素。圖片來源：馬薩諸塞州環境保護部。

「這確實體現了『變廢為寶』的理念，」聯合主要作者、德州大學傑克遜地球科學學院經濟地質局研究教授布里奇特·斯坎倫說。 “我們基本上是在試圖閉合循環，利用廢物並從廢物中回收資源，同時減少對環境的影響。”

稀土元素由17 種關鍵材料組成，對現代技術和向低碳能源的過渡至關重要。它們是太陽能電池板、電池、磁鐵和其他先進能源技術的關鍵部件。

目前，美國稀土供應幾乎完全依賴進口，其中約75% 來自中國。由於全球供應鏈的複雜性和地緣政治緊張局勢，這種依賴引發擔憂。

研究人員稱，新研究發現，美國可利用的粉煤灰中可能蘊藏多達1,100萬噸的稀土元素，幾乎是美國目前國內儲量的8倍。

1985 年至2021 年期間電力部門報告的煤灰總量和潛在可利用煤灰量。來源：Reedy 等人

這項研究是首次統計全國煤灰資源的研究。研究人員估計，從可利用的煤灰資源中可以提取價值84 億美元的稀土元素。

研究結果發表在《國際煤炭科學與技術期刊》。美國能源部也在應用這項研究的方法對該國的煤灰資源進行評估。

懷俄明大學的研究科學家、論文合著者戴文·巴格多納斯(Davin Bagdonas) 表示，儘管與從地質礦床中開採出來的稀土元素含量相比，煤灰中的稀土元素含量相對較低，但由於煤灰易於大量獲取，因此它是一種很有吸引力的資源。

「全國各地都有大量這種礦石，」巴格多納斯說。 “而且前期開採（礦物主體）的流程我們已經搞定了。”

研究人員發現，1985 年至2021 年產生的煤灰中約有70%（總計約18.73 億噸）具有可回收性，這些材料儲存在垃圾掩埋場、池塘和場外儲存區。其餘煤灰已被出售並用於其他行業，例如水泥生產和道路建設。

煤灰中稀土元素的含量隨其產地不同而不同。產地也會影響稀土元素的萃取量。

例如，阿巴拉契亞盆地煤灰中稀土元素含量最高，平均為每公斤431毫克。但其中只有30%的稀土元素可以被提取。相較之下，粉河盆地煤灰中稀土元素含量最低，平均為每公斤264毫克，但可提取率約70%。

以盆地估算美國煤炭生產產生的相關灰燼總量。該期間產生的所有灰燼中約83% 來自阿巴拉契亞、粉河和伊利諾斯盆地。來源：Reedy 等人。

大部分有關稀土元素提取的工作仍處於研究階段。巴格多納斯參與了國家能源技術實驗室的試點項目，該項目旨在從粉紅河流域煤灰中提取稀土元素。

斯坎倫表示，這項研究提供的基礎數據有助於建立更廣大的煤灰資源市場。

「這種廣泛的偵察級分析從未進行過，」斯坎倫說。 “它為其他人進行更詳細的研究奠定了基礎。”

Element USA 是一家從礦物和金屬廢料中提取關鍵礦物的公司，該公司首席策略官克里斯楊(Chris Young) 表示，這項研究凸顯了煤灰作為資源的巨大潛力。他說，目前產業面臨的挑戰是開發從煤灰和其他採礦副產品中提取稀土元素和其他材料所需的勞動力和業務。

「從尾礦（採礦副產品）中提取稀土元素的想法非常有意義。這是一種常識性的方法，」他說。 “挑戰在於將這種常識性方法轉化為經濟方法。”

為此，Element USA 正在將其分析實驗室和試驗設備遷至奧斯汀，以利用德州大學奧斯汀分校的礦物專業知識，並為對關鍵礦物研究和職業感興趣的學生提供關鍵礦物經驗。

楊說：“我們很高興與德克薩斯大學在礦物加工和礦物分離方面建立關係。”

編譯自/ ScitechDaily