宾夕法尼亚州立大学探索煤矿废料中提取稀土金属的新方法

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近年来，随着全球对清洁能源技术和高科技消费品需求的不断增加，关键矿物和稀土金属的重要性愈发凸显。然而，美国对这些材料的供应严重依赖进口，尤其是来自中国的供应链，这使得美国在国家安全和经济发展方面面临潜在的风险。为了应对这一挑战，美国宾夕法尼亚州立大学（2024USNews美国大学排名：60）的研究人员正在探索利用宾夕法尼亚州的煤矿废料作为国内关键矿物和稀土金属来源的方法，同时减少环境污染。这一研究不仅有助于建立国内供应链，减少对进口的依赖，还能为受煤炭影响的社区创造就业机会，并解决长期存在的环境问题。

宾夕法尼亚州立大学的研究

宾夕法尼亚州立大学的一个研究团队最近获得了美国能源部（DOE）提供的499万美元的资助，用于开发和评估从煤炭、煤炭废料和煤炭副产品中提取和回收稀土元素和其他关键材料的先进分离技术。这些材料在地壳中丰富但提取困难，主要依赖海外供应，广泛应用于现代技术如智能手机、电动汽车、风力涡轮机以及国防技术如导弹和雷达系统。新项目将帮助建立100%的国内供应链，减少美国对外国供应商的依赖。

该项目由能源和矿物工程教授Sarma Pisupati领导，是DOE最新一轮1750万美元资助中选出的四个项目之一。项目旨在从宾夕法尼亚州的酸性矿山排水流和其他环境来源中回收稀土元素和其他关键矿物。美国参议员Bob Casey表示，这项近500万美元的联邦投资将使宾夕法尼亚州立大学继续其在从酸性矿山排水中提取和生产关键矿物方面的重要工作，清理宾夕法尼亚州的水道，并帮助美国在生产高需求元素方面超越中国。

该项目名为“基于煤炭资源的关键矿物提取和生产联盟”（ACME-REVIVE），与行业领导者、学术伙伴弗吉尼亚大学等合作。研究人员计划从国内煤基酸性矿山排水和粘土中提取和浓缩高纯度的混合稀土氧化物，并分离至少五种纯度约为90%至99.99%的单一稀土氧化物。此外，他们还计划提纯五种纯度约为99.5%至99.8%的单一或二元稀土金属，以及五种纯度约为90%至99%的关键矿物和材料。该项目还将评估这些材料在磁铁和超级合金应用中的性能，并生产高纯度的碳酸锂、镍、钴、锰和钛。

环境效益

宾夕法尼亚州立大学的关键矿物中心正在努力从煤矿废料中回收稀土元素，创建一个新的可持续供应链，同时恢复宾夕法尼亚州的环境。关键矿物是消费品、国防和新兴绿色能源技术的重要组成部分，美国严重依赖进口来满足这些材料的供应。宾夕法尼亚州立大学的研究人员正在寻找利用宾夕法尼亚州煤矿废料作为这些材料的国内来源的方法，同时减少环境污染。

通过整合宾夕法尼亚州立大学的跨学科专业知识及其世界级设施，关键矿物中心成为建立在环境修复和国内生产基础上的新关键矿物产业的催化剂。该中心发现了一种从酸性矿井排水中提取关键矿物的新方法，通过简单地修改现有的环境处理过程来实现。通过应用这种新处理方法，一些关键矿物和稀土元素从废料中分离出来。这一过程捕获了有价值的材料进行净化和销售，同时清理了受污染的水和宾夕法尼亚州的环境。

该中心的目标是整合宾夕法尼亚州立大学的广泛专业知识及其世界级设施，以支持建立这些矿物的国内生产的努力。尽管面临障碍，但时机已经成熟，可以扩大一些在实验室中显示出前景的新提取技术。该中心吸引了210万美元的联邦资金，用于一个示范设施，以整合所有正在学习的内容，并向潜在投资者展示这实际上是可行的。

宾夕法尼亚州立大学与科罗拉多矿业学院的合作

美国参议院健康、教育、劳工和养老金委员会将于2024年6月12日下午2:30在德克森参议院办公大楼562号举行题为“深入挖掘：建设我们的关键矿产劳动力”的小组委员会听证会。此次听证会将探讨如何建设和发展美国的关键矿产劳动力，以应对未来的需求和挑战。听证会的证人包括来自宾夕法尼亚州立大学的Barbara J. Arnold博士、来自战略与国际研究中心的Gracelin Baskaran博士、来自Lithium Americas的Jon Evans以及来自科罗拉多矿业学院的Bill Zisch。每位证人都将提供书面证词，详细阐述他们的观点和建议。听证会还将提供相关照片供公众查看。

宾夕法尼亚州立大学的关键矿物中心与科罗拉多矿业学院合作，并领导了一个区域联盟，评估和编目宾夕法尼亚州及周边州的关键矿物资源。这一合作不仅有助于整合两所大学的研究资源和专业知识，还能推动整个区域的关键矿物产业发展。通过这种合作，研究人员可以更全面地了解区域内的矿物资源分布情况，并开发出更有效的提取和加工技术。

从电子废料中回收稀土金属

除了从煤矿废料中提取稀土元素，宾夕法尼亚州立大学的研究人员还在探索从电子废料中回收稀土金属的方法。康奈尔大学的研究人员发现，通过基因工程改造细菌Vibrio natriegens，可以优化从智能手机、电脑、电动汽车和风力涡轮机中提取稀土元素的效率。传统的热化学方法在环境上非常糟糕，因此稀土元素的提炼通常被送往中国处理。研究团队通过引入名为MP6的质粒改变了Vibrio natriegens的基因组，并筛选出增加稀土元素生物吸附的突变体。这项研究表明，Vibrio natriegens和越来越多的细菌工具提供了一种安全的方法，将稀土元素和矿物加工带回美国。

例如，在加利福尼亚州的Mountain Pass稀土矿，生物加工可以使该矿恢复强劲的国内生产力。研究人员指出，美国已经不再具备热化学处理方法的专业知识，因此必须通过创新来解决这一问题。通过整合多种技术和资源，宾夕法尼亚州立大学致力于推动国内关键矿物产业的发展，减少对进口的依赖，并促进环境修复。

综合总结

宾夕法尼亚州立大学的研究不仅在科学和技术上取得了重要进展，还在环境保护和经济发展方面展现了巨大的潜力。通过从煤矿废料和电子废料中提取关键矿物和稀土元素，研究人员不仅能够建立国内供应链，减少对进口的依赖，还能为受煤炭影响的社区创造就业机会，并解决长期存在的环境问题。

此外，宾夕法尼亚州立大学与科罗拉多矿业学院的合作，以及与其他学术和行业伙伴的协作，进一步推动了关键矿物产业的发展。这些努力不仅有助于满足国内对关键矿物的需求，还能在全球市场上提升美国的竞争力。

总的来说，宾夕法尼亚州立大学的研究为解决关键矿物供应链问题提供了一个可行的解决方案，同时也为环境保护和经济发展做出了重要贡献。通过整合多种技术和资源，宾夕法尼亚州立大学致力于推动国内关键矿物产业的发展，减少对进口的依赖，并促进环境修复。这一研究不仅有助于建立国内供应链，减少对进口的依赖，还能为受煤炭影响的社区创造就业机会，并解决长期存在的环境问题。