Phương pháp mới biến chất thải thành khoáng chất quan trọng có giá trị

11/08/2020, 12:36

TNNN - Quy trình mới xử lý thoát nước mỏ axit cho phép các nhà nghiên cứu thu hồi nồng độ nguyên tố đất hiếm cao hơn bằng cách sử dụng lượng hóa chất thấp hơn.

Theo các nhà khoa học tại Penn State: “Phương pháp mới để xử lý hệ thống thoát nước mỏ axit (AMD) có thể biến chất thải gây ô nhiễm môi trường thành một nguồn nguyên tố đất hiếm quan trọng trong nước để sản xuất các mặt hàng thiết yếu của ngành công nghiệp từ điện thoại thông minh đến máy bay chiến đấu”.

Mohammad Rezaee, trợ lý Giáo sư về kỹ thuật khai thác mỏ tại trường Đại học Khoa học Trái đất và Khoáng sản tại Penn State nói: “Thoát nước mỏ axit là mối quan tâm lớn về môi trường trong nhiều thập kỷ. Nghiên cứu này cho thấy, chúng tôi có thể chuyển đổi các quy trình xử lý hiện tại theo cách không chỉ giải quyết các vấn đề về môi trường mà đồng thời thu hồi các nguyên tố có giá trị và thực tế giảm chi phí xử lý đáng kể".

Các nhà khoa học cho biết: "Một nhóm các nhà khoa học tại Penn State đã phát triển quy trình xử lý gồm hai giai đoạn cho phép họ thu hồi nồng độ các nguyên tố đất hiếm cao hơn bằng cách sử dụng một lượng nhỏ hóa chất thấp hơn mức có thể so với trước đây”.

Theo Sarma Pisupati, giáo sư về kỹ thuật năng lượng và khoáng sản kiêm giám đốc Trung tâm nghiên cứu Khoáng sản tại Penn State: "Kỹ thuật này cho thấy một phương pháp hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường để chiết xuất các khoáng chất có giá trị cho việc sử dụng nhiều loại sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp".

Nguyên tố đất hiếm là một nhóm gồm 17 khoáng chất được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghệ tiên tiến và được Hoa Kỳ chỉ định là quan trọng đối với kinh tế và an ninh quốc gia. Mỹ hiện nhập khẩu gần 100% nguyên liệu này, trong đó Trung Quốc sản xuất khoảng 85% nguồn cung trên toàn cầu.

Theo các nhà khoa học: “AMD từ các hoạt động khai thác than ở Appalachia cho thấy một nguồn nguyên tố đất hiếm trong nước đầy hứa hẹn vì đất hiếm thường chứa nồng độ cao của các khoáng chất, đã được thu gom và xử lý vì lo ngại về ô nhiễm môi trường”.

Pisupati nói: “Chúng tôi hiện đang gánh chịu chi phí chỉ để xử lý nước và trong nhiều trường hợp, chúng tôi thậm chí không thu thập được tất cả các khoáng chất này. Giờ đây, chúng tôi có thể biến thứ từng được coi là phế phẩm thành một nguồn tài nguyên quý giá".

AMD xảy ra khi đá pyrit - sunfua sắt - được khai quật do hoạt động khai thác tương tác giữa nước và không khí, sau đó bị ôxy hóa, tạo ra axit sunfuric. Các nhà khoa học cho biết, axit sau đó phá vỡ các tảng đá xung quanh, khiến các kim loại độc hại hòa tan vào trong nước.

Các phương pháp xử lý truyền thống liên quan đến việc thu hồi AMD trong các ao nuôi và thêm hóa chất để trung hòa độ pH - một chỉ số cho biết mức độ axit hoặc cơ bản của một chất. Điều này làm cho các kim loại hòa tan kết tủa hoặc hình thành chất rắn và lắng tách ra khỏi nước. Theo các nhà nghiên cứu, có tới 70% nguyên tố đất hiếm có thể được chiết xuất dưới dạng bùn bằng quy trình này, phần còn lại được thải ra cùng với nước đã qua xử lý.

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng, họ có thể chiết xuất nồng độ cao hơn của các nguyên tố đất hiếm và các khoáng chất quan trọng khác bằng cách thêm carbon dioxide vào AMD và sau đó đưa nó về độ pH trung tính là 7, nhằm xử lý môi trường theo hai bước riêng biệt.

Sử dụng phương pháp này, 90% nhôm được thu hồi ở độ pH 5 và 85% nguyên tố đất hiếm được thu hồi ở độ pH 7, the scientists reported in Chemical Engineering Journal.

Theo các nhà khoa học: “Thêm carbon dioxide vào AMD sẽ tạo ra các phản ứng hóa học dẫn đến hình thành các khoáng chất rắn gọi là cacbonit. Các nguyên tố đất hiếm liên kết với các cacbonit dư và kết tủa ra khỏi nước ở các giá trị pH thấp hơn.

Người ta gọi quá trình này là khoáng hóa carbon dioxide, một công nghệ mới nổi đang được sử dụng để loại bỏ carbon dioxide dư thừa khỏi khí quyển. Các nhà khoa học cho biết: "Trong chương trình nghiên cứu này, lần đầu tiên sử dụng khoáng hóa carbon dioxide để thu hồi nồng độ lớn các nguyên tố đất hiếm từ AMD”.

Việc thu hồi nồng độ các nguyên tố đất hiếm từ AMD bằng các phương pháp xử lý truyền thống sẽ yêu cầu bổ sung các hóa chất để tăng độ pH vượt quá 7. Các nhà khoa học nói: “Bằng cách giảm chi phí thu hồi, phương pháp xử lý mới có thể khiến thị trường nguyên tố đất hiếm trong nước cạnh tranh hơn”.

Rezaee nói thêm: “Bằng cách chỉ sửa đổi đơn giản các quy trình xử lý hiện có, ngành công nghiệp có thể sử dụng ít hóa chất hơn và thu được nhiều giá trị hơn từ chất thải AMD. Đây chính là giá trị của kết quả nghiên cứu này".

Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager – Hoa Kỳ