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美国国家能源技术实验室实现稀土元素供应链研究的技术里程碑

来源:中国地质调查局 日期:2022-03-29 加入收藏
 
   美国国家能源技术实验室(NETL)的研究与创新中心致力于从非传统资源建立关键矿物和稀土元素的国内供应链,已经在传感器和地球科学技术应用领域取得多项里程碑成果。这些非传统资源包括碳质矿石灰份、矿山酸性排水和其他资源。

  稀土元素对能源、国防、医疗和消费电子产品制造业至关重要。供应和获得这些元素对美国的经济非常关键。然而,世界上大部分稀土元素资源由其他国家控制,这正是美国国家能源技术实验室从国内寻找稀土资源的原因。研究与创新中心发现,美国丰富的碳质矿床以及从过去和现有矿山排放的酸性水是稀土元素和其他关键矿物的潜在来源。

  在与全国学术界和工业界的合作伙伴协作中,研究与创新中心在其整个研究工作中有3个目标,一是开发针对具有前景的非常规关键矿物矿床的勘探方法;二是开发和测试从碳质矿石资源中提取和富集关键矿物的技术,重点是寻找对环境无害的方法,解决传统能源生产的影响或减少废物的产生;三是通过模拟和分析,快速优化和扩展工艺过程,确定工艺瓶颈并指导商业化过程,提高技术的商业化潜力。

  因此,研究与创新中心开发了一种前所未有的“实时传感器”,可将样品中稀土元素丰度的分析时间从数小时减少至数分钟甚至数秒钟。研究与创新中心也开发了针对非常规资源中稀土元素和关键矿物的勘探模型和工具,以提高对国内富含稀土元素的碳质矿石资源的分布地点的预测和识别的准确性。

  几乎所有传统的稀土元素提取工艺都使用了强腐蚀性化学品,并经常在高温下作业。但是,为了确保稀土元素提取工艺的长期可持续性,美国国家能源技术实验室的研究人员开发了多种低成本和低环境影响的提取工艺,这些工艺使用环境友好的化学品或根本不使用化学品,在环境温度和压力或近似条件下运行。这些方法降低了生产成本,减少了稀土元素提取工艺的能耗。与传统提取方法不同的是,这些方法不影响稀土元素的赋矿岩石。

  为了筛选稀土元素提取工艺,美国国家能源技术实验室也进行了研发工作,针对研究与创新中心开发的提取工艺,完成了两个技术经济分析筛选评估项目,目的是为工艺开发提供信息。这些工作包括与研究人员协作开发和评价概念工艺流程。

  美国国家能源技术实验室战略系统分析与工程部的Thomas Tarka表示,“美国希望在稀土金属产量方面实现自给自足,但是这一过程面临许多技术难题。自2015年以来,为了克服这些难题,美国国家能源技术实验室的研究与创新中心已取得了多项里程碑成果。例如,我们成功完成了稀土元素现场分析仪器的应用试验和商业化试验,该仪器将使稀土元素的勘探实现实时工艺控制。通过应用适当的技术从碳质矿石提取稀土元素,我们可以满足经济需求,提供新的高收入工作岗位,并对环境负责。”
 
 

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