本文聚焦美国粉煤灰中蕴含大量稀土元素这一情况，介绍了相关研究成果、粉煤灰中稀土元素的储量、提取的可行性及面临的挑战等内容。
在美国，大量的粉煤灰堆积多年。而令人惊喜的是，这些粉煤灰中竟含有大量的稀土元素，这有可能让美国减少对稀土进口的依赖。当前，一系列研究和试点项目正在紧锣密鼓地开展，其目标就是让从粉煤灰中开采稀土元素具备经济可行性。
煤灰，是煤炭作为燃料燃烧后留下的粉状残渣。几十年来，它们在美国各地不断堆积。德克萨斯大学奥斯汀分校开展的最新研究有了重大发现，这些储量丰富的稀土元素足以显著增强美国的稀土储量，而无需进行额外的开采工作。
在马萨诸塞州什鲁斯伯里有一个煤灰填埋场。德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员统计了全国各地煤灰中可能提取的稀土元素。（图片来源：马萨诸塞州环境保护部）
联合主要作者、德克萨斯大学杰克逊地球科学学院经济地质局研究教授布里奇特·斯坎伦表示：“这确实体现了‘变废为宝’的理念。我们基本上是在试图闭合循环，利用废物并从废物中回收资源，同时减少对环境的影响。”
稀土元素由17种关键材料组成，在现代技术领域以及向低碳能源过渡的过程中起着至关重要的作用。它们是太阳能电池板、电池、磁铁和其他先进能源技术的关键部件。
目前，美国在稀土供应方面几乎完全依赖进口，其中约75%的稀土来自中国。鉴于全球供应链的复杂性以及地缘政治的紧张局势，这种高度依赖引发了诸多担忧。
研究人员称，新的研究发现，美国可利用的粉煤灰中可能蕴藏着多达1100万吨的稀土元素，这几乎是美国目前国内储量的8倍。
1985年至2021年期间电力部门报告的煤灰总量和潜在可利用煤灰量。（来源：Reedy等人）
这项研究是首次对全国煤灰资源进行统计的研究。研究人员估计，从可利用的煤灰资源中可以提取价值84亿美元的稀土元素。该研究结果发表在了《国际煤炭科学与技术杂志》上，而且美国能源部也在应用这项研究的方法对该国的煤灰资源进行评估。
怀俄明大学的研究科学家、论文合著者戴文·巴格多纳斯 (Davin Bagdonas) 指出，尽管与从地质矿床中开采出来的稀土元素含量相比，煤灰中的稀土元素含量相对较低，但由于煤灰易于大量获取，因此它是一种很有吸引力的资源。
巴格多纳斯说：“全国各地都有大量这种‘矿石’，而且前期开采（矿物主体）的流程我们已经搞定了。”
研究人员发现，1985年至2021年产生的煤灰中约有70%（总计约18.73亿吨）具有可回收性，这些材料储存在垃圾填埋场、池塘和场外储存区。其余的煤灰已被出售并用于其他行业，例如水泥生产和道路建设。
煤灰中稀土元素的含量会随其产地的不同而有所变化，产地也会影响稀土元素的提取量。
例如，阿巴拉契亚盆地煤灰中稀土元素含量最高，平均为每公斤431毫克。但其中只有30%的稀土元素可以被提取。相比之下，粉河盆地煤灰中稀土元素含量最低，平均为每公斤264毫克，但可提取率约为70%。
按盆地估算美国煤炭生产产生的相关灰烬总量。该期间产生的所有灰烬中约83%来自阿巴拉契亚、粉河和伊利诺斯盆地。（来源：Reedy等人）
目前，大部分有关稀土元素提取的工作仍处于研究阶段。巴格多纳斯参与了国家能源技术实验室的一个试点项目，该项目旨在从粉河盆地煤灰中提取稀土元素。
斯坎伦表示，这项研究提供的基础数据有助于建立更广阔的煤灰资源市场。“这种广泛的侦察级分析从未进行过，它为其他人进行更详细的研究奠定了基础。”
Element USA是一家从矿物和金属废料中提取关键矿物的公司，该公司首席战略官克里斯·杨 (Chris Young) 认为，这项研究凸显了煤灰作为资源的巨大潜力。他指出，目前行业面临的挑战是开发从煤灰和其他采矿副产品中提取稀土元素和其他材料所需的劳动力和业务。
克里斯·杨说：“从尾矿（采矿副产品）中提取稀土元素的想法非常有意义，这是一种常识性的方法，但挑战在于将这种常识性方法转化为经济方法。”
为此，Element USA正在将其分析实验室和试验设备迁至奥斯汀，以利用德克萨斯大学奥斯汀分校的矿物专业知识，并为对关键矿物研究和职业感兴趣的学生提供关键矿物经验。
杨表示：“我们很高兴与德克萨斯大学在矿物加工和矿物分离方面建立关系。”
本文介绍了美国粉煤灰中含有大量稀土元素，研究表明其储量可观，可能减少美国对进口稀土的依赖。虽然当前大部分提取工作处于研究阶段，且面临将提取方法转化为经济可行方案的挑战，但该研究为后续深入研究和建立煤灰资源市场奠定了基础。
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