实为资源的废弃物
煤灰、赤泥和尾矿通常被视为需要堆存的麻烦。它们也含有世界所需的材料:二氧化硅、稀土元素和其他关键矿产。
一项估算认为,美国煤灰填埋场中封存着1100万吨稀土元素,价值约84亿美元。这几乎是美国目前国内原矿储量的近八倍。稀土元素存在于磁体、电子产品、电池和国防装备中,而美国所用的大部分依赖进口。
向生物借用化学机制
由伍斯特理工学院领导的研究团队获得了美国国家科学基金会330万美元的资助,用于测试一种更清洁的矿物提取方法。这项为期五年的研究由陶明江领导,卡里克·埃格尔斯顿和王岩担任共同首席研究员,另有四所大学的研究人员参与。
这一想法源自自然界。硅藻、海绵和某些植物利用生物分子和有机支架,在温和温度和无需苛刻化学条件下构建复杂的二氧化硅结构。该团队希望模仿这种行为,以远低于当今冶炼和浸出方法的能耗来分解富含二氧化硅的废弃物。
研究将涵盖生物硅化、生物冶金以及溶解和重建硅酸盐材料的反应路径。计算建模和人工智能将被用于设计生物分子并预测其行为。
从废料堆到产品
该计划不只是释放稀土元素。研究人员希望尽可能利用每种废物流,将剩余的二氧化硅转化为玻璃、陶瓷和硅材料等可销售产品。
如果能在规模上实现,这种方法可以减少对新采矿的依赖,降低材料生产的环境足迹,并增强国内关键矿产供应。团队还将研究该工艺对工业是否具有经济意义。
冶金炉渣和混凝土碎块也在原料清单上,这意味着该方法可在多种工业残余物中尝试,而不仅限于燃煤电厂。学生将通过伍斯特理工学院的沉浸式研究项目参与其中。
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