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煤和煤的副产品会成为稀土的来源吗?

2017-6-1 18:07:24 来源:中国矿业报 作者:李 莉

随着稀土资源的持续开采、高昂的环境代价,以及新兴领域对稀土需求的日益增长,多国提出了加强稀土回收研究,利用经济可行的方法寻找更多稀土来源的要求。在这一背景下,煤和煤的副产品中稀土元素的综合利用和经济回收也日益受到世界各国的重视。近年来,不同国家和地区针对从煤和相关副产品中提取稀土元素展开了研究。

欧洲

2010年欧盟原材料供应集团发布的报告突出强调了一组被确定为紧缺的材料:“如果存在供应短缺的风险以及它们对经济的影响程度相比其他大部分原材料更显著”,则确定该原材料为紧缺。分析结果按照欧盟水平确定14种原材料为紧缺材料,稀土元素(REY)(15种镧族稀土元素加钇和钪)也包括在名单中。

RockTron 国际煤飞灰处理公司获取的来自英国和波兰的6份不同的粉煤灰样品,其中波兰的煤飞灰采自于烟煤;英国的样品采自于半无烟煤和烟煤/生物质混合灰。每个样品被筛分为不同粒度的6部分,RockTron煤飞灰处理实验工厂根据痕量元素分析,将煤飞灰(0.2g)制样添加到硼酸锂熔剂(0.9g),充分混合,同时在1000℃熔炉中溶化。待熔体冷后,将其溶解在100ml浓度4%硝酸/浓度2%盐酸溶液中。随后采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行分析,所有的粉煤灰显示大致相似的稀土元素分布。来自英国的一份样品中粉煤灰总稀土氧化物含量最高,样品分析值达到579ppm。实验数据表明,粉煤灰堆料包含可观稀土元素储量的潜力,同时证实了按大小分类的粉煤灰中的稀土元素含量随着筛分颗粒尺寸的减少而增高。对中试车间不同节关上的粉煤灰样品中的稀土元素含量进行了分析,分析结果显示,来自英国的一份粉煤灰样品中的细粒和粗粒飞灰残余都可视作潜在的稀土元素的储量,建议着手研究粉煤灰中稀土元素的提取技术的可行性。

美国

2010年,美国能源部国家能源技术实验室启动了一个小规模调查工作来研究如何从煤和煤的副产品中提取稀土元素。美国国会已经认识到这种资源的重要性,同年美国扩大其工作程度,进一步评估包含在地下煤炭和来自于选煤厂和电厂(燃烧后的物质)煤炭副产品废弃煤中潜在的稀土金属资源。

美国能源部从煤炭和煤的副产品中回收稀土元素的研究、开发与示范计划总体目标是在2023~2025年实现美国国内稀土分离技术的技术经济可行性。回收稀土的技术主要集中在从总稀土含量至少300ppm的煤和煤的副产品中分离和回收稀土元素等方面的技术。通过开展实验室稀土元素分离项目和通过实验室规模中间实验阶段的可行性示范,最终实现稀土分离技术的商业部署。从煤和煤的副产品中回收稀土元素的研究、开发和示范计划包括5个核心技术领域:一是资源采集与特性描述;二是分离技术的发展;三是便携式稀土元素传感器的开发;四是工艺和系统建模;五是技术经济分析。

据美国能源部国家能源技术实验室2015年12月公布信息,选定10个项目获得经费支持,开展从煤和煤的副产品中回收稀土元素的研究,选定的项目通过开发更具成本效益和环保的方法技术来推动计划目标的实现。美国能源部在10个项目中投资超过800万美元,开发从美国煤和煤的副产品中有效回收稀土的实验室规模和中试规模相关技术。投资项目主要分两个领域:一是实验室规模开发;二是从煤和煤的副产品中经济地分离、提取混合稀土精矿的中间阶段实验技术,包括从煤炭相关操作中分离固体和液体。其中,第一阶段包括与煤炭相关物质的采样和特性描述,比如煤层顶底板物质,和/或从煤灰回收稀土的合适物质;技术经济可行性研究;并提出稀土回收技术的系统设计。在第一阶段结束,每个项目将提供他们的研究成果,为提前进入第二阶段的评估以及提前考虑最后阶段工程系统的设计。预计多达两个实验室规模的项目和两个试点规模的项目将提前进入第二阶段。这些第二阶段项目的成功实施,将会引领美国国内从煤和煤的副产品中经济回收稀土元素技术的发展与应用。据悉,参与项目的主要机构包括:怀俄明大学、杜克大学、西弗吉尼亚大学研究中心、诺伊曼系统集团、巴特尔研究所、被达科他大学、肯塔基大学、物理科学公司、南方研究所。

2016年11月,美国能源部国家能源技术实验室(NETL)公布选定5个新项目获得研究经费,继续支持对高浓度的稀土元素的煤和煤的副产品的研究。这些为期18个月的项目将致力于对美国国内不同地区的煤炭和煤的副产品的识别和现场取样,并开展化学分析以确定含高浓度(大于300ppm)稀土的区域,新支持的5个项目是对美国从煤炭和煤的副产品中回收稀土元素的研究、开发与示范计划已有研究工作的补充。

结语

据相关资料显示,许多煤田拥有较高的稀土水平,初步估计全球粉煤灰中的稀土元素含量平均为445ppm,并且已有多份关于粉煤灰的稀土元素含量报告显示其含量远超过全球平均含量。全球每年产生的粉煤灰量可观,尤其中国煤炭发电的比重很大,因此形成的粉煤灰与日俱增,如果能成功从粉煤灰中规模化提取稀土,将废弃的煤灰变废为宝,不仅保护生态环境,而且能够有效进行资源的回收循环利用,其战略意义、环境效益、社会效益和经济价值巨大,未来能否从煤和煤的副产品中工业化提取稀土的前景取决于研究的进展。□

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