По мнению ученых из Пенсильванского университета, новый способ обработки кислотных стоков шахт (AMD) может помочь превратить проблему загрязнения окружающей среды в важный внутренний источник критически важных редкоземельных элементов, необходимых для производства различных технологий, от смартфонов до истребителей. Результаты нового исследования публикует Chemical Engineering Journal.
Кислотные стоки шахт были серьезной экологической проблемой в течение многих десятилетий. Новое исследование показывает, что существующие процессы обработки можно изменить таким образом, чтобы не только решить экологические проблемы, но и в то же время восстановить ценные минералы. Кроме того, фактически это снижает стоимость обработки шахт.
По словам ученых, группа ученых штата Пенсильвания разработала двухэтапный процесс очистки, который позволил им восстановить более высокие концентрации редкоземельных элементов с использованием меньшего количества химикатов, чем это было возможно ранее.
Редкоземельные элементы — это группа из 17 минералов, широко используемых в передовых технологиях и признанных в США критически важными для экономической и национальной безопасности страны. В настоящее время США импортируют почти 100% этих материалов, а Китай производит около 85%.
По словам ученых, кислотные стоки шахт AMD от угледобывающих предприятий в Аппалачах — это многообещающий внутренний источник редкоземельных элементов. Дело в том, что он часто содержит высокие концентрации минералов и уже собирается и обрабатывается из-за экологических проблем.
В настоящее время компании тратятся только на очистку воды после очищения шахт, и во многих случаях никто не собирает все эти минералы. Теперь ученые собираются превратить то, что раньше считалось отходами, в ценный ресурс.
Кислотные стоки шахт появляются, когда пиритная порода — сульфид железа, обнаруженная при добыче полезных ископаемых, взаимодействует с водой и воздухом, а затем окисляется, образуя серную кислоту. После кислота разрушает окружающие породы, в результате чего токсичные металлы растворяются в воде.
Традиционные методы очистки включают сбор AMD в отстойниках и добавление химикатов для нейтрализации pH — показателя кислотности или щелочности вещества. Это приводит к выпадению в осадок растворенных металлов. Либо они могут превращаться из воды в твердые частицы и оседать. По словам исследователей, до 70% редкоземельных элементов могут быть извлечены в виде шлама с помощью этого процесса, а остальные выделятся вместе с очищенной водой.
Шлам — отходы при инженерной разработке горного продукта, составляющие пылевые и мельчайшие его части, получаемые в виде осадка при промывке какого-либо рудного материала.
Ученые обнаружили, что они могут извлекать более высокую концентрацию редкоземельных элементов и других важных минералов, добавляя углекислый газ в AMD и затем доводя его до нейтрального pH 7 в целях восстановления окружающей среды. Процесс будет происходить в два этапа.
Используя этот метод, 90% алюминия было извлечено при pH 5, а 85% редкоземельных элементов были извлечены при pH 7, сообщили ученые.
По словам ученых, добавление углекислого газа к кислотным стокам шахт вызывает химические реакции, которые приводят к образованию твердых минералов, называемых карбонитами. Редкоземельные элементы связываются с дополнительными карбонитами и выпадают в осадок из воды при более низких значениях pH.
Этот процесс минерализации углекислым газом, представляет собой новую технологию, которая используется для удаления избытка углекислого газа из атмосферы. По словам ученых, это исследование является первым случаем, когда оно было использовано для извлечения больших концентраций редкоземельных элементов из кислотных стоков шахт.
С помощью простой модификации существующих процессов обработки промышленность могла бы использовать меньше химикатов и получать большую отдачу от отходов кислотных стоков шахт. В этом главная ценность этого исследования, заключают ученые.
Читать также
Посмотрите, что случится, если черная дыра не будет мешать образованию звезд
Исследователи выяснили, как паразиты научились жить без кислорода
Путин разрешил сплошную вырубку лесов на Байкале. Что теперь будет?