Ученые из инженерной школы Маккелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе США разработали новое решение для извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из угольной золы-уноса (летучая зола), мелкодисперсного продукта сжигания угля. Команда, возглавляемая профессором энергетики, охраны окружающей среды и химической инженерии Янг-Шин Джуном, использовала сверхкритическую жидкость, которая обычно используется для приготовления кофе без кофеина, чтобы извлечь необходимые РЗЭ из материала, который в противном случае был бы выброшен на свалку.
По данным команды Джуна, поскольку в США ежегодно образуется более 79 миллионов метрических тонн угольной золы-уноса, потенциальная стоимость РЗЭ, которую можно извлечь из угольной золы-уноса, оценивается более чем в 4 миллиарда долларов в год. Таким образом, обычные и доступные сверхкритические жидкости, включая углекислый газ, азот и воздух, способны очень эффективно извлекать РЗЭ и отделять примеси.
Процесс экстракции включает две стадии: во-первых, ионы металлов в угольной золе-уносе, включая РЗЭ и примеси, выщелачиваются из угольной золы-уноса и вступают в реакцию с азотной кислотой с образованием нитратов металлов; и, во-вторых, нитраты металлов вступают в реакцию с трибутилфосфатом (TBP). Исследователи обнаружили, что при взаимодействии со сверхкритическим углекислым газом, азотом или воздухом РЗЭ образуют комплексы, которые могут быть извлечены из угольной золы-уноса.
– Наша работа не только использует сверхкритический CO2, но и показывает, что сверхкритические воздух и азот при гораздо более низких температуре и давлении, чем те, которые требуются для CO2, могут эффективно извлекать РЗЭ, – отметил Джун.
Метод, разработанный командой Джуна, устраняет необходимость обжаривания сырья при чрезвычайно высоких температурах, превышающих 500°C, а также необходимость экстрагирования РЗЭ сильными кислотами и большим количеством токсичных органических растворителей, которые также становятся отходами в традиционных процессах экстракции. Этот метод также производит меньше отходов и требует меньше энергии, что делает его более экологичным процессом.
Выводы команды были опубликованы в журнале RSC Sustainability journal.