Wetenschap
Kunnen kolenmijnen worden afgetapt voor zeldzame aardmetalen?
Deposito's van aangewezen cruciale mineralen die nodig zijn om de energiesystemen van de wereld af te schaffen van fossiele brandstoffen kunnen, ironisch genoeg, op dezelfde locatie liggen als steenkoolvoorraden die zijn gedolven om de fossiele brandstof te produceren die het meest betrokken is bij de klimaatverandering.
Nu heeft onderzoek onder leiding van de Universiteit van Utah verhoogde concentraties gedocumenteerd van een belangrijke subset van kritische mineralen, bekend als zeldzame aardelementen, of REE’s, in actieve mijnen langs de Uinta-kolengordel van Colorado en Utah. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Earth Science .
Deze bevindingen openen de mogelijkheid dat deze mijnen een secundaire bronstroom zouden kunnen zien in de vorm van metalen die worden gebruikt in hernieuwbare energie en tal van andere hightechtoepassingen, aldus co-auteur Lauren Birgenheier, universitair hoofddocent geologie en geofysica. P>
"Het model is dat als je al steen verplaatst, je dan nog wat meer steen kunt verplaatsen voor grondstoffen richting de energietransitie?" zei Birgenheier. "In die gebieden ontdekken we dat de zeldzame aardelementen geconcentreerd zijn in fijnkorrelige schalie-eenheden, de modderige schalie die zich boven en onder de steenkoollagen bevindt."
Dit onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met de Utah Geological Survey en Colorado Geological Survey als onderdeel van het Carbon Ore, Rare Earth and Critical Minerals-project, of CORE-CM.
Hoewel deze metalen cruciaal zijn voor de Amerikaanse productie, vooral op het gebied van hoogwaardige technologieën, zijn ze grotendeels afkomstig uit het buitenland.
"Als we het over hen hebben als 'kritieke mineralen', heeft een groot deel van de kritiek te maken met de toeleveringsketen en de verwerking ervan", zegt Michael Free, hoogleraar metallurgische techniek. "Dit project is ontworpen rond het onderzoeken van een aantal alternatieve, onconventionele binnenlandse bronnen voor deze materialen."
Het verband tussen steenkool- en REE-afzettingen is elders goed gedocumenteerd, maar er waren eerder weinig gegevens verzameld of geanalyseerd in de steenkoolvelden van Utah en Colorado.
"Het doel van dit fase één-project was om aanvullende gegevens te verzamelen om te proberen te begrijpen of dit de moeite waard was om in het Westen na te streven", zegt co-auteur Michael Vanden Berg, programmamanager energie en mineralen bij de Utah Geological Survey. "Is er sprake van verrijking met zeldzame aardelementen in deze rotsen die een soort bijproduct of toegevoegde waarde kunnen opleveren voor de steenkoolmijnindustrie?"
Onderzoekers analyseerden 3.500 monsters uit 10 mijnen, vier mijnafvalhopen, zeven stratigrafisch complete kernen en zelfs enkele steenkoolashopen in de buurt van energiecentrales.
"De steenkool zelf is niet verrijkt met zeldzame aardelementen", zei Vanden Berg. "Er zal geen bijproduct zijn bij het delven van steenkool, maar voor een bedrijf dat de steenkoollaag ontgint, zouden ze tegelijkertijd een paar meter van de vloer kunnen innemen? Zouden ze een paar meter van het plafond kunnen nemen? Zou er potentieel kunnen zijn? daar zijn de gegevens naartoe gegaan."
Het team gebruikte twee verschillende methoden om de niveaus van zeldzame aardmetalen in de monsters vast te leggen, uitgedrukt in delen per miljoen (ppm). Het ene was een handapparaat voor snelle metingen in het veld, het andere gebruikte inductief gekoppelde plasma-massaspectrometrie, oftewel ICP-MS, in een laboratorium op de campus.
"We gebruiken meestal dit draagbare röntgenfluorescentieapparaat, een analysepistool dat we twee minuten tegen de rots houden, en het geeft ons slechts vijf of zes van de zeventien zeldzame aardelementen", zei Birgenheier. Als monsters concentraties van meer dan 200 ppm vertoonden, voerden ze een completere analyse uit met behulp van de duurdere massaspectrometrieapparatuur.
Het ministerie van Energie heeft 300 ppm vastgesteld als de minimale concentratie voor de mijnbouw van zeldzame aardmetalen om potentieel economisch levensvatbaar te zijn. Maar voor het onderzoek waren de onderzoekers van oordeel dat concentraties groter dan 200 ppm als 'REE-verrijkt' werden beschouwd.
Uit het onderzoek bleek dat dergelijke concentraties het hoogste voorkomen in steenkool-aangrenzende formaties van siltsteen en schalie, terwijl zandsteen en de steenkool zelf grotendeels verstoken waren van zeldzame aardmetalen.
Het team heeft tot nu toe 11.000 monsters geanalyseerd, veel meer dan er in het gepubliceerde onderzoek zijn gebruikt. De volgende stappen zijn onder meer het bepalen hoeveel erts uit zeldzame aardmetalen aanwezig is, wat waarschijnlijk zal worden gedaan in samenwerking met collega's van de Universiteit van Wyoming en het New Mexico Institute of Mining and Technology.