Автор AZoNano 11 мая 2021 года

Умная идея использовать магнитные наночастицы для улавливания ценных материалов из рассолов переросла в промышленные пилотные проекты, которые могут помочь сделать США производителем критически важных минералов, используемых в электронике и производстве энергии. Сегодня большинство этих минералов добывается из международных источников, многие из которых являются регионами с высоким уровнем конфликтов.

Запатентованная технология, разработанная Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией Министерства энергетики США, была лицензирована исключительно Moselle Technologies, начинающей компанией, которая апробирует технологию в нескольких местах в США и за рубежом.

Посмотрите видео о процессе: https://www.youtube.com/watch-v=ceX_bO3L0Po

Вместе PNNL и Moselle успешно конкурировали за финансирование развития технологий, включая две премии Cooperative Research and Development Awards и премию DOE Advanced Manufacturing Office 2021 года, чтобы продвинуть процесс улавливания стратегически важных элементов из водных источников.

Ядро наночастицы состоит из оксида железа, более известного как магнетит. Эта центральная частица используется для закрепления адсорбирующей оболочки, которая избирательно связывает интересующие соединения. Это ключ к запатентованной технологии. Наночастицы могут быть введены в рассолы геотермальных заводов, попутную воду, сточные воды при добыче полезных ископаемых и морскую воду, где они захватываются свободно плавающими целевыми соединениями. Под воздействием магнита железное ядро ​​наночастицы ведет себя так же, как железные опилки в классическом научном эксперименте – они перемещаются к магниту вместе с критическим материалом, с которым они связаны, и могут быть отфильтрованы из рассола. Технология адаптируется для улавливания лития, универсального легкого металла, возможно, наиболее известного своей ролью в аккумуляторной технологии.

«Современные подходы к извлечению лития из воды, например, требуют стадии обработки, на которой перекачиваются большие объемы воды, тысячи галлонов в минуту, через систему ионообменной фильтрации, что делает ее энергоемкой и дорогостоящей, " сказал Пит МакГрейл, сотрудник лаборатории PNNL и признанный эксперт по технологии извлечения редкоземельных металлов. «Наш нанотехнологический процесс позволяет нам все миниатюризировать и устраняет необходимость в массивных ионообменных сепараторах, необходимых в других процессах. Это довольно просто. В течение нескольких минут практически весь литий был извлечен из раствора в результате столкновений молекул с наш сорбент, а затем его можно удалить с помощью магнита, где он легко собирается и очищается ».

«Люди потеряли много денег, пытаясь собрать литий», – сказал генеральный директор Moselle Technologies Джерри Миллс. «Нам нужен другой способ сделать это. Мы искали самую дешевую технологию для производства редкоземельных элементов и стратегически важных элементов, таких как литий. Для многих из них в США практически нет производства. сделать все возможное, чтобы решить эту проблему. Мы думаем, что эта технология поможет нам преодолеть барьер стоимости ».

Поиск важнейших минералов дома

Литий, никель, кобальт и редкоземельные элементы пользуются большим спросом у производителей полупроводников и ветряных турбин, а также батарей, используемых в электромобилях и в других технологиях экологически чистой энергии. Но в настоящее время глобальная цепочка поставок этих элементов в значительной степени зависит от устаревших процессов добычи, которые энергоемки, потребляют много воды и создают токсичные отходы. По данным Министерства энергетики США, импорт составляет 100 процентов поставок в США 14 из 35 важнейших материалов и более половины из 17 других материалов. Эта технология PNNL, которая разрабатывалась в лаборатории в течение нескольких лет, теперь готова к полевым испытаниям.

Запуск пилотных проектов весной 2021 года

Один из запланированных пилотных проектов объединяет ресурсы нефтегазовой отрасли с технологиями PNNL.

«Нефтяные и газовые рассолы – это неиспользованный внутренний ресурс лития», – сказал МакГрейл.

Добыча нефти и газа в США и Канаде закачивает подземные воды на поверхность как часть процесса добычи. Литий присутствует в большей части этой воды в самых разных местах. По оценкам ученых PNNL, если собрать всего 25 процентов лития, содержащегося в воде, полученной при добыче нефти и газа, это будет равняться текущему годовому мировому производству. Чтобы изучить эту возможность, PNNL, Moselle Technologies, Canada Natural Resources Limited и Conoco Phillips Corporation проведут длительный тест в кампусе PNNL в Ричленде, штат Вашингтон. Там команда проведет стресс-тестирование технологии, подвергнув ее испытаниям в расширенном цикле с системой магнитного сепаратора, что является необходимым этапом для полномасштабного промышленного производства.

«Используя магнитные наночастицы для прикрепления к частицам лития в растворе, мы ожидаем, что полученный концентрат будет в более чистой форме, что снизит стоимость дальнейшей обработки», сказал Миллс . «И это снимет более половины стоимости».

Второй проект, о котором было объявлено в январе после конкурсного процесса подачи заявок, будет финансироваться за счет премии DOE Advanced Manufacturing Office FY20. В рамках этого проекта компании Enerplus Corporation, Prairie Lithium Corporation, Enertopia Corporation и Dajin Lithium Corporation будут исследовать технологию для потенциального применения на литиевых рудниках в Неваде и Канаде. Работа утверждена и начнется весной 2021 года.

Больше, чем литий

Чистая, экологически чистая технология может также использоваться для восстановления других важных материалов. Третий совместный исследовательский проект исследует эту возможность.

«Мы разработали сорбирующие материалы, специфичные для многих элементов, », – говорит МакГрейл. «В этом проекте мы будем работать с новозеландской геотермальной компанией Geo40, которая выявила цезий, присутствующий в ее рассолах. В этом проекте группа расширит проделанную работу по извлечению лития на новые сорбенты, которые высокая селективность по цезию. В случае успеха группа хотела бы построить опытную установку в Новой Зеландии.

Помимо МакГрейла, который является менеджером, в исследовательскую группу входили главный исследователь Правин Таллапалли и исследователи Цзянь Лю, Сатиш Нуне и Юнсун Шин.

Исследования и разработки магнитных наночастиц проводились при поддержке Управления геотермальных технологий Министерства энергетики.

Источник: https://www.pnnl.gov/