煤和煤的副產(chǎn)品會成為稀土的來源嗎？

隨著稀土資源的持續(xù)開采、高昂的環(huán)境代價，以及新興領(lǐng)域?qū)ο⊥列枨蟮娜找嬖鲩L，多國提出了加強稀土回收研究，利用經(jīng)濟可行的方法尋找更多稀土來源的要求。在這一背景下，煤和煤的副產(chǎn)品中稀土元素的綜合利用和經(jīng)濟回收也日益受到世界各國的重視。近年來，不同國家和地區(qū)針對從煤和相關(guān)副產(chǎn)品中提取稀土元素展開了研究。

歐洲

2010年歐盟原材料供應(yīng)集團發(fā)布的報告突出強調(diào)了一組被確定為緊缺的材料：“如果存在供應(yīng)短缺的風(fēng)險以及它們對經(jīng)濟的影響程度相比其他大部分原材料更顯著”，則確定該原材料為緊缺。分析結(jié)果按照歐盟水平確定14種原材料為緊缺材料，稀土元素（REY）（15種鑭族稀土元素加釔和鈧）也包括在名單中。

RockTron 國際煤飛灰處理公司獲取的來自英國和波蘭的6份不同的粉煤灰樣品，其中波蘭的煤飛灰采自于煙煤；英國的樣品采自于半無煙煤和煙煤／生物質(zhì)混合灰。每個樣品被篩分為不同粒度的6部分，RockTron煤飛灰處理實驗工廠根據(jù)痕量元素分析，將煤飛灰（0．2g）制樣添加到硼酸鋰熔劑（0．9g），充分混合，同時在1000℃熔爐中溶化。待熔體冷后，將其溶解在100ml濃度4％硝酸／濃度2％鹽酸溶液中。隨后采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP－MS）進行分析，所有的粉煤灰顯示大致相似的稀土元素分布。來自英國的一份樣品中粉煤灰總稀土氧化物含量最高，樣品分析值達(dá)到579ppm。實驗數(shù)據(jù)表明，粉煤灰堆料包含可觀稀土元素儲量的潛力，同時證實了按大小分類的粉煤灰中的稀土元素含量隨著篩分顆粒尺寸的減少而增高。對中試車間不同節(jié)關(guān)上的粉煤灰樣品中的稀土元素含量進行了分析，分析結(jié)果顯示，來自英國的一份粉煤灰樣品中的細(xì)粒和粗粒飛灰殘余都可視作潛在的稀土元素的儲量，建議著手研究粉煤灰中稀土元素的提取技術(shù)的可行性。

美國

2010年，美國能源部國家能源技術(shù)實驗室啟動了一個小規(guī)模調(diào)查工作來研究如何從煤和煤的副產(chǎn)品中提取稀土元素。美國國會已經(jīng)認(rèn)識到這種資源的重要性，同年美國擴大其工作程度，進一步評估包含在地下煤炭和來自于選煤廠和電廠（燃燒后的物質(zhì)）煤炭副產(chǎn)品廢棄煤中潛在的稀土金屬資源。

美國能源部從煤炭和煤的副產(chǎn)品中回收稀土元素的研究、開發(fā)與示范計劃總體目標(biāo)是在2023～2025年實現(xiàn)美國國內(nèi)稀土分離技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟可行性。回收稀土的技術(shù)主要集中在從總稀土含量至少300ppm的煤和煤的副產(chǎn)品中分離和回收稀土元素等方面的技術(shù)。通過開展實驗室稀土元素分離項目和通過實驗室規(guī)模中間實驗階段的可行性示范，最終實現(xiàn)稀土分離技術(shù)的商業(yè)部署。從煤和煤的副產(chǎn)品中回收稀土元素的研究、開發(fā)和示范計劃包括5個核心技術(shù)領(lǐng)域：一是資源采集與特性描述；二是分離技術(shù)的發(fā)展；三是便攜式稀土元素傳感器的開發(fā)；四是工藝和系統(tǒng)建模；五是技術(shù)經(jīng)濟分析。

據(jù)美國能源部國家能源技術(shù)實驗室2015年12月公布信息，選定10個項目獲得經(jīng)費支持，開展從煤和煤的副產(chǎn)品中回收稀土元素的研究，選定的項目通過開發(fā)更具成本效益和環(huán)保的方法技術(shù)來推動計劃目標(biāo)的實現(xiàn)。美國能源部在10個項目中投資超過800萬美元，開發(fā)從美國煤和煤的副產(chǎn)品中有效回收稀土的實驗室規(guī)模和中試規(guī)模相關(guān)技術(shù)。投資項目主要分兩個領(lǐng)域：一是實驗室規(guī)模開發(fā)；二是從煤和煤的副產(chǎn)品中經(jīng)濟地分離、提取混合稀土精礦的中間階段實驗技術(shù)，包括從煤炭相關(guān)操作中分離固體和液體。其中，第一階段包括與煤炭相關(guān)物質(zhì)的采樣和特性描述，比如煤層頂?shù)装逦镔|(zhì)，和／或從煤灰回收稀土的合適物質(zhì)；技術(shù)經(jīng)濟可行性研究；并提出稀土回收技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計。在第一階段結(jié)束，每個項目將提供他們的研究成果，為提前進入第二階段的評估以及提前考慮最后階段工程系統(tǒng)的設(shè)計。預(yù)計多達(dá)兩個實驗室規(guī)模的項目和兩個試點規(guī)模的項目將提前進入第二階段。這些第二階段項目的成功實施，將會引領(lǐng)美國國內(nèi)從煤和煤的副產(chǎn)品中經(jīng)濟回收稀土元素技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。據(jù)悉，參與項目的主要機構(gòu)包括：懷俄明大學(xué)、杜克大學(xué)、西弗吉尼亞大學(xué)研究中心、諾伊曼系統(tǒng)集團、巴特爾研究所、被達(dá)科他大學(xué)、肯塔基大學(xué)、物理科學(xué)公司、南方研究所。

2016年11月，美國能源部國家能源技術(shù)實驗室（NETL）公布選定5個新項目獲得研究經(jīng)費，繼續(xù)支持對高濃度的稀土元素的煤和煤的副產(chǎn)品的研究。這些為期18個月的項目將致力于對美國國內(nèi)不同地區(qū)的煤炭和煤的副產(chǎn)品的識別和現(xiàn)場取樣，并開展化學(xué)分析以確定含高濃度（大于300ppm）稀土的區(qū)域，新支持的5個項目是對美國從煤炭和煤的副產(chǎn)品中回收稀土元素的研究、開發(fā)與示范計劃已有研究工作的補充。

結(jié)語

據(jù)相關(guān)資料顯示，許多煤田擁有較高的稀土水平，初步估計全球粉煤灰中的稀土元素含量平均為445ppm，并且已有多份關(guān)于粉煤灰的稀土元素含量報告顯示其含量遠(yuǎn)超過全球平均含量。全球每年產(chǎn)生的粉煤灰量可觀，尤其中國煤炭發(fā)電的比重很大，因此形成的粉煤灰與日俱增，如果能成功從粉煤灰中規(guī)?；崛∠⊥?，將廢棄的煤灰變廢為寶，不僅保護生態(tài)環(huán)境，而且能夠有效進行資源的回收循環(huán)利用，其戰(zhàn)略意義、環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟價值巨大，未來能否從煤和煤的副產(chǎn)品中工業(yè)化提取稀土的前景取決于研究的進展。