Sällsynta jordartsmetaller, inklusive neodym och yttrium, är faktiskt inte sällsynta - vanligare, faktiskt, i jordskorpan än koppar och tenn. Men, eftersom de är spridda i stor utsträckning, och svårt att skilja från sina omgivande malmer, bryta och förädla dem är svårt.

Sällsynta jordarter är värdefulla, för. De har unika egenskaper som gör dem användbara i modern energi och elektroniska produkter. Elfordon och vindkraftverk behöver högpresterande elmotorer och generatorer, som i sin tur kräver starka magneter av neodym och dysprosium. Yttrium, terbium och europium är nyckeln till energieffektiva färgskärmar på bärbar dator, mobiltelefoner och tv -skärmar. Lantan är avgörande för högkvalitativa kameralinser, och cerium fungerar som en katalysator i bilkatalysatorer. Forskare letar efter alternativ och substitut, men det är inte klart att det finns några.

De flesta sällsynta jordartarna - 85 procent av världens tillgång - produceras i Kina. Den sista amerikanska gruvan för sällsynta jordartsmetaller stängdes 2015, lämnar landet beroende av import - och sårbart när, som hände 2010, Kina stoppade all export av sällsynta jordartsmetaller i en handelskonflikt.

Det faktum att ett handelskrig igen kan avbryta leveranser av sällsynta jordartsmetaller har fått vissa människor att överväga att öppna amerikanska gruvor igen. Men vår forskning har identifierat en annan möjlighet:att utvinna sällsynta jordarter från kolaska, en riklig avfallsprodukt med relativt höga koncentrationer av dessa nyckelelement.

Kolaska som källa

Som en biprodukt av att bränna kol för att göra el, USA producerar nästan 80 miljoner ton kolaska om året. Cirka 43 procent av detta används som en ingrediens i cement och för att berika jorden med makro- och mikronäringsämnen. Resten går till deponier eller blandas med vatten och lagras i öppna markgropar som kallas inneslutningsdammar.

Att kolaska innehåller rimliga mängder sällsynta jordarter, särskilt skandium och neodym. I aska från vissa typer av kol, koncentrationerna av sällsynta jordarter är så mycket som 100 gånger högre än när de finns naturligt i jordskorpan.

Forskning, finansieras delvis av statliga pengar, har hittat minst tre sätt att utvinna sällsynta jordarter från kolaska, även om ingen ännu är kommersiellt livskraftig. De två första metoderna, med syror och speciella bakterier, är antingen för dyra eller för tidskrävande och därför osannolika att de är praktiska i industriell skala.

En tredje väg, som vår forskning utforskar, använder uppvärmd, komprimerad koldioxid för att selektivt lösa upp och extrahera sällsynta jordartsmetaller. Denna form av koldioxid, kallas "superkritisk, "har flera applikationer, inklusive inom livsmedelsindustrin, ta bort koffein från kaffebönor.

Använda koldioxid

Vår forskning har funnit en möjlig väg till lönsamhet för att utvinna sällsynta jordarter från kolaska med hjälp av superkritisk koldioxid. Det finns fortfarande stora utmaningar, fastän.

Först, processen behöver andra kemikalier. Koldioxid är relativt billigt, men det kan inte hjälpa sällsynta jordar att klumpa ihop sig och separera från de andra elementen i kolaska. Att göra det kommer sannolikt att kräva en dyr kemikalie som tributylfosfat. Forskare kommer att behöva hitta sätt att använda så lite av det som möjligt för att hålla kostnaderna nere.

Andra, processen måste vara särskilt effektiv för att extrahera skandium och neodym, som är särskilt värdefulla. Många kolaskor har många av dessa element - men inte alla, vilket väcker den tredje utmaningen.

Vissa kolkällor - och därför askan när det kolet bränns - har mer sällsynta jordarter än andra. Vi fann att värdet av sällsynta jordartsmetaller i ett enda ton kolaska kan variera från 99 dollar vid en kolanläggning i Ohio till 534 dollar vid en fabrik i West Virginia. Med extraktionskostnader som förväntas ligga mellan $ 380 och $ 1, 200 per ton, inte varje kolanläggnings aska kommer att vara en lönsam plats att hitta sällsynta jordarter.

Hanterar resterna

Efter att de sällsynta jordarna har extraherats där det är möjligt - och lönsamt - skulle resten av kolaskan inte behöva hanteras annorlunda än det redan är. Men det skulle hjälpa kolindustrin att ta ett steg mot en "cirkulär ekonomi, "där allt som en process genererar som avfall kan användas som råvara i en annan process. koldioxid och andra kemikalier som behövs för extraktion av sällsynta jordarter kan återanvändas, minska avfall från själva processen.

Denna metod skulle ge kolindustrin en ytterligare inkomstström - vilket sannolikt inte skulle vända dess nedgång, men skulle kunna ge kol en annan strategisk roll i landets ekonomi, även när dess användning som energikälla upphör.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.