Een nieuwe manier om de drainage van zuurmijnen (AMD) te behandelen, zou kunnen helpen om het milieuvervuilingsprobleem om te vormen tot een belangrijke binnenlandse bron van de kritieke zeldzame aardelementen die nodig zijn om technologie te produceren, variërend van smartphones tot straaljagers, volgens wetenschappers van Penn State.

"De drainage van zuurmijnen is al tientallen jaren een groot probleem voor het milieu, " zei Mohammed Rezaee, assistent-professor mijnbouwkunde aan het College of Earth and Mineral Sciences in Penn State. "Dit onderzoek toont aan dat we bestaande behandelingsprocessen kunnen aanpassen op een manier die niet alleen milieuproblemen aanpakt, maar herstelt tegelijkertijd waardevolle elementen en verlaagt de behandelingskosten."

Een team van Penn State-wetenschappers ontwikkelde een tweetraps behandelingsproces waarmee ze hogere concentraties zeldzame aardelementen konden terugwinnen met kleinere hoeveelheden chemicaliën dan voorheen mogelijk was. zeiden de wetenschappers.

"Deze techniek staat voor een efficiënte, goedkope en milieuvriendelijke methode om deze waardevolle mineralen te winnen die worden gebruikt in een breed scala aan consumenten- en industriële producten, " zei Sarma Pisupati, hoogleraar energie en minerale engineering en directeur van het Center for Critical Minerals in Penn State.

Zeldzame aardelementen zijn een groep van 17 mineralen die veel worden gebruikt in geavanceerde technologieën en door de VS zijn aangemerkt als cruciaal voor de economische en nationale veiligheid van het land. De VS importeert momenteel bijna 100% van deze materialen, China produceert ongeveer 85% van de wereldvoorraad.

AMD van steenkoolmijnen in Appalachia vertegenwoordigt een veelbelovende binnenlandse bron van zeldzame aardelementen omdat het vaak hoge concentraties van de mineralen bevat, en omdat het uit milieuoverwegingen al wordt ingezameld en behandeld, zeiden de wetenschappers.

"We maken momenteel kosten om het water te zuiveren, en in veel gevallen we verzamelen niet eens al deze mineralen, " Zei Pisupati. "Nu zijn we in staat om van wat als een afvalproduct werd beschouwd een waardevolle hulpbron te maken."

AMD treedt op wanneer pyrietgesteente - ijzersulfide - opgegraven door mijnbouwactiviteit in wisselwerking staat met water en lucht en vervolgens oxideert, zwavelzuur maken. Het zuur breekt dan de omringende rotsen af, waardoor giftige metalen in het water oplossen, zeiden de wetenschappers.

Traditionele behandelingsmethoden omvatten het verzamelen van de AMD in retentievijvers en het toevoegen van chemicaliën om de pH te neutraliseren - een indicator van hoe zuur of basisch een stof is. Hierdoor slaan de opgeloste metalen neer, of vormen in vaste stoffen, en uit het water komen. Met dit proces kan tot 70% van de zeldzame aardelementen als slib worden gewonnen, en de rest komt vrij samen met het behandelde water, volgens onderzoekers.

De wetenschappers ontdekten dat ze een hogere concentratie zeldzame aardelementen en andere essentiële mineralen konden extraheren door koolstofdioxide toe te voegen aan de AMD en deze vervolgens op een neutrale pH van 7 te brengen, de doelstelling voor milieusanering, in twee afzonderlijke stappen.

Met behulp van deze methode, 90% van aluminium werd teruggewonnen bij een pH van 5 en 85% van zeldzame aardelementen werd teruggewonnen bij pH 7, rapporteerden de wetenschappers in Tijdschrift voor chemische technologie .

Het toevoegen van koolstofdioxide aan AMD veroorzaakt chemische reacties die resulteren in de vorming van vaste mineralen, carbonieten genaamd, zeiden de wetenschappers. De zeldzame aardelementen binden zich met de extra carbonieten en slaan bij lagere pH-waarden uit het water neer.

Het proces, genaamd kooldioxide mineralisatie, is een opkomende technologie die wordt gebruikt om overtollig koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen. Deze studie is de eerste keer dat het is gebruikt om grote concentraties zeldzame aardelementen terug te winnen van AMD, zeiden de wetenschappers.

Het terugwinnen van dezelfde concentratie zeldzame aardelementen van AMD met behulp van traditionele behandelingsmethoden zou het toevoegen van extra chemicaliën vereisen om de pH boven 7 te verhogen. De wetenschappers zeiden door de herstelkosten te verlagen, de nieuwe behandelingsmethode zou de binnenlandse markt voor zeldzame-aarde-elementen concurrerender kunnen maken.

"Met een simpele aanpassing van bestaande behandelingsprocessen, industrie zou minder chemicaliën kunnen gebruiken en meer waarde kunnen halen uit AMD-afval, ' zei Rezaee. 'Dit is het mooie van dit onderzoek.'