煤灰變黃金？美研究揭示煤灰中藏有1,100萬噸稀土元素，價值高達84億美元！

煤灰是燃煤後的粉狀殘餘物，數十年來一直在美國各地堆積。但由德克薩斯大學奧斯汀分校領導的新研究發現，全美煤灰供應量中含有足夠的稀土元素，無需任何新的採礦即可顯著提升國家儲量。

「這真正體現了『把廢土變黃金』的理念，」共同主要作者布莉姬·史坎倫（Bridget Scanlon）表示，她是德克薩斯大學傑克遜地球科學學院經濟地質局的研究教授。「我們基本上是在努力實現資源循環利用，從廢料中回收資源，同時減少環境影響。」

▲ 麻薩諸塞州什魯斯伯里的一個煤灰掩埋場。德克薩斯大學奧斯汀分校最近的研究統計了全國各地可以從煤灰中提取的潛在稀土元素。圖片來源: Massachusetts Department of Environmental Protection.

稀土元素是一組對現代技術至關重要的17種元素。它們對於向低碳燃料轉型的能源過程也很必要，這些元素被用於太陽能電池板、電池、磁鐵及其他能源技術中。

然而，美國幾乎完全依賴進口來滿足其稀土元素的需求。大約 75% 來自中國，這在複雜的供應鏈和地緣政治緊張局勢的世界中構成了潛在問題。

這項新的研究發現，美國可利用的煤灰中可能含有高達 1,100 萬噸的稀土元素，研究人員表示，這幾乎是美國目前國內儲量的 8 倍。

這項研究是第一個統計全國煤灰資源的研究。研究人員估計，價值 84 億美元的稀土元素可以從可利用的煤灰供應中提取出來。

研究結果發表在《國際煤炭科學與技術雜誌》上。美國能源部也正在應用該研究的方法，對煤灰資源進行全國性評估。

▲ 1985 年至 2021 年電力部門報告的煤灰總量和潛在可利用量。資料來源：Reedy

儘管與地質礦床開採的稀土元素相比，煤灰中的稀土元素含量相對較低，但懷俄明大學的研究科學家、共同作者戴文·巴格多納斯（Davin Bagdonas）表示，煤灰易於大量獲取這一事實使其成為一種有吸引力的資源。

「全國各地都有大量的這種東西，」巴格多納斯說。「而且提取（礦物主體）的初步過程已經為我們完成了。」

研究人員發現，1985 年至 2021 年生產的煤灰中，約有 70%（總計約 18.73 億噸）具有潛在的可回收性，這些煤灰儲存在垃圾填埋場、池塘和異地儲存區。其餘的煤灰已被其他行業出售和使用，例如水泥生產和道路建設。

煤灰中稀土元素的含量因產地而異。產地也影響著稀土元素的提取量。

例如，阿巴拉契亞盆地煤的灰燼中稀土元素含量最高，平均值為每公斤 431 毫克。但其中只有 30% 的稀土元素可以被提取出來。相較之下，波德喻盆地的煤的稀土元素平均值最低，為每公斤 264 毫克，但其可提取率約為 70%。

大多數關於稀土元素提取的工作仍處於研究階段。巴格多納斯參與了國家能源技術實驗室的一個試驗計畫，該專案從波德河盆地的粉煤灰中提取稀土元素。

史坎倫表示，這項研究提供的基礎數據有助於建立更廣泛的煤灰資源市場。

▲ 美國各煤炭產區估計的煤炭生產相關粉煤灰總量。在此期間，大約 83% 的粉煤灰產自阿帕拉契亞、粉河和伊利諾伊州盆地。

「這種廣泛的調查級分析以前從未進行過，」史坎倫說。「它為其他人進行更詳細的研究奠定了基礎。」

從礦物和金屬廢料中提取關鍵礦物的公司 Element U.S. 的首席戰略長克里斯·楊（Chris Young）表示，該研究強調了煤灰作為一種資源的巨大潛力。他說，現在業界面臨的挑戰是培養從煤灰和其他採礦副產品中提取稀土元素和其他材料所需的人力和作業。

「從尾礦（採礦副產品）中提取稀土元素的想法非常合理。這是一種常識性的方法，」他說。「挑戰在於將這種常識性方法轉化為經濟性方法。」

為此，Element U.S. 正在將其分析實驗室和試驗設備遷至奧斯汀，以利用德克薩斯大學奧斯汀分校的礦物專業知識，並為對關鍵礦物研究和職業感興趣的學生提供關鍵礦物經驗。

「我們很高興能與德克薩斯大學圍繞礦物加工和礦物分離建立這種關係，」楊說。