Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Разработан новый процесс извлечения оксидов редкоземельных элементов высокой чистоты

Разработан новый процесс извлечения оксидов редкоземельных элементов высокой чистоты
Разработан новый процесс извлечения оксидов редкоземельных элементов высокой чистоты

Важнейшие полезные ископаемые, в том числе редкоземельные элементы, используются для питания таких устройств, как смартфоны и компьютеры, и имеют важное значение для национальной экономики и национальной безопасности. Центр критических минералов штата Пенсильвания разработал новый процесс очистки, который извлекает смешанные оксиды редкоземельных элементов из кислых стоков шахт и связанных с ними шламов с чистотой 88,5%.

Критические минералы (КМ), в том числе 17 редкоземельных элементов (РЗЭ), используются во многих бытовых товарах, таких как смартфоны и компьютеры, а также во многих коммерческих продуктах, таких как электромобили, аккумуляторы и солнечные панели. Спрос на них резко вырос, и они классифицируются как критически важные, поскольку имеют большое экономическое значение, высокий риск поставок, а их отсутствие имело бы серьезные последствия для экономической и национальной безопасности Соединенных Штатов.

Было обнаружено, что кислые шахтные стоки (КШД) и связанные с ними твердые вещества и осадки, образующиеся в результате обработки КД, являются жизнеспособными источниками различных УВ, включая РЗЭ, алюминий, кобальт и марганец.

Министерство энергетики США (DOE) профинансировало усилия по демонстрации как технической осуществимости, так и экономической целесообразности извлечения, разделения и извлечения РЗЭ и КМ из угля США и его побочных продуктов с целью получения смешанных оксидов редкоземельных элементов из угля. на основе ресурсов с минимальной чистотой 75%.

«Мы работаем над разработкой стратегий извлечения CM и РЗЭ из этих потоков отходов и достигли рубежа в 88,5% содержания РЗЭ», — сказала Сарма Писупати, профессор энергетики и горного дела и директор Центра критических минералов в Пенсильвании. . «Текущая цель, установленная Министерством энергетики США для достижения смешанных оксидов редкоземельных элементов, составляет 75%, и мы превзошли эту цель».

Кислотный дренаж шахты и связанный с ним шлам, представляющий собой угольный пласт Нижнего Киттеннинга, были получены с трех очистных сооружений, находящихся в ведении Департамента охраны окружающей среды Пенсильвании, и были охарактеризованы и оценены на предмет извлечения множества важных минералов.

Новый процесс очистки, основанный на ранее разработанном трехступенчатом процессе обработки AMD, был разработан для извлечения высококачественных продуктов алюминия, РЗЭ, кобальта и марганца из материалов шлама посредством водной обработки с несколькими этапами очистки и точным контролем параметров процесса. , по мнению исследователей.

«Извлечение РЗЭ и КМ непосредственно из AMD устраняет необходимость растворения шлама и связанных с этим затрат на реагенты и переработку, что приводит к более устойчивым методам удаления отходов с низкими затратами», — сказал Мохаммад Резаи, доцент кафедры горного дела в Пенсильванском университете. и соавтор исследования. «Мы продемонстрировали, что можем превратить эти потоки отходов, которые десятилетиями вызывали озабоченность у окружающей среды, в ценные ресурсы, так что это беспроигрышный вариант для окружающей среды, общества и нации».

ВМД обычно лечат добавлением извести или других химических веществ для повышения pH до 7.

«Обычно AMD нейтрализуют путем добавления различных щелочных химикатов», — сказал Резаи, который также имеет звание профессора по развитию карьеры в области горного дела. «Поскольку pH AMD увеличивается в процессе обработки, металлы выпадают в осадок в виде гидроксидов металлов или других комплексов».

В новой системе pH по-прежнему повышается до pH 7, но поэтапно.

«Вместо того, чтобы сразу добавлять гидроксид натрия, гидроксид кальция или известь для повышения pH, мы повышаем его поэтапно», — сказал Писупати. «Преимущество этого метода в том, что он позволяет определенным минералам выпадать в осадок при разных уровнях pH. Если мы добавим нашу основу сразу и доведем pH до 7, все эти вещества выпадут в осадок одновременно. вернуться и разлучить их».

Исследователи подняли pH до уровня, необходимого для осаждения железа, а затем до pH, необходимого для осаждения алюминия. По словам исследователей, после удаления железа и алюминия РЗЭ извлекаются путем карбонатного осаждения.

«Наша проблема заключалась в том, что мы не могли удалить 100% железа и алюминия; в концентрации РЗЭ было немного остатка», — сказал Писупати. «Даже если у вас всего 1% содержания алюминия в смеси, он преобладает, и качество редкоземельных элементов не будет таким чистым. Это было учтено в новом процессе очистки».

В процессе очистки удаленные осадки снова возвращаются в цикл для удаления железа, алюминия и других остатков.

«В процессе очистки мы снова и снова проходим цикл, возвращаясь к pH 3 или 3,5 и начиная все сначала», — сказал Писупати. «Мы медленно избавляемся от других остатков, возможно, два или три раза в течение цикла, чтобы повысить чистоту РЗЭ. В наших предыдущих исследованиях мы были на уровне от 17% до 18%, так что это значительное достижение».

Извлечение более 99% целевых элементов было достигнуто за счет конструкции рециркуляционной загрузки. В исходном трехступенчатом процессе осаждения осадки кобальта и марганца имели концентрацию 0,85% и 23% соответственно. В результате процесса очистки их концентрации были увеличены до 1,3% и 43% соответственно.

В тренде