Les États houillers explorent comment recycler les métaux et les terres rares des déchets miniers

Les déchets des mines abandonnées et en faillite ont contaminé plus de 12 000 milles de voies navigables. Les États cherchent maintenant à extraire les éléments critiques de ces eaux pour tenter de compenser le coût élevé du nettoyage.

Des étudiants universitaires tamisent de la boue remplie d'oxyde de fer provenant du drainage minier acide collecté sur un site de décharge à côté de Sunday Creek à Millfield, Ohio, en octobre.
Des étudiants universitaires tamisent de la boue remplie d’oxyde de fer provenant du drainage minier acide collecté sur un site de décharge à côté de Sunday Creek à Millfield, Ohio, en octobre. (Dane Rhys)

Sur le site d’un Mine de charbon fermée et en faillite près du cours supérieur de la rivière Potomac, l’État de Virginie-Occidentale construit une usine de démonstration qui, selon les chercheurs, pourrait contribuer à stimuler les efforts de nettoyage de milliers de kilomètres de voies navigables contaminées par les déchets des mines de charbon.

Après des décennies où les États charbonniers ont eu du mal à payer les coûts de nettoyage des rivières et des lacs contaminés, les avancées scientifiques récentes et les nouvelles technologies rendent beaucoup plus faisable le recyclage des déchets de charbon liquide très acides et riches en minéraux connus sous le nom de drainage minier acide (DMA). , disent ces chercheurs.

Et sur le site de ce qui était autrefois la mine à ciel ouvert A34 de la Buffalo Coal Company, il y a une incitation financière et stratégique supplémentaire. Lorsqu’elle sera pleinement opérationnelle – à la fin de l’été ou au début de l’automne, selon le Département de la protection de l’environnement de Virginie-Occidentale – l’usine Buffalo Coal A34 récupérera les métaux critiques, notamment le cobalt et le nickel, ainsi que les éléments de terres rares utilisés dans les téléphones portables, les voitures électriques et d’autres technologies. ces eaux toxiques.

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La récupération de ces éléments pourrait aider à réduire le coût permanent du nettoyage de la mine et à diminuer La dépendance de l’Amérique à l’égard de la Chine pour les matériaux essentiels au passage à une économie d’énergie propre. Bien que ces initiatives ne soient pas actuellement rentables, elles gagnent du terrain pour leur rôle dans la lutte contre l’héritage de l’énergie sale tout en essayant de minimiser l’impact environnemental de la nouvelle énergie qui la remplace. « Si vos boues ont de la valeur, pourquoi les jeter à la poubelle ? » a déclaré Paul Ziemkiewicz, directeur de l’Institut de recherche sur l’eau de l’Université de Virginie-Occidentale, qui a été le pionnier de la recherche sur le recyclage des mines d’acide drainage.

À travers le pays, les déchets des mines de charbon et de métaux abandonnées et en faillite ont contaminé plus de 12 000 milles de voies navigables. Cette pollution héritée – le sous-produit toxique de plus d’un demi-siècle d’exploitation minière – menace l’eau potable, corrode les infrastructures et dévaste la vie aquatique.

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Cependant, les coûts de nettoyage du drainage minier acide restent prohibitifs – nécessitant la construction d’usines de traitement de l’eau et leur exploitation pendant des années et des décennies. La Virginie-Occidentale compte à elle seule 184 sites de traitement de la DMLA, avec des coûts d’exploitation d’environ 4 millions de dollars par an, selon l’Office of Surface Mining de l’État.

L’émergence de nouvelles technologies et l’impulsion fournie par les objectifs climatiques de l’administration Biden, qui incluent une électricité sans carbone d’ici 2035, modifient le calcul du nettoyage. « Le potentiel de récupération des terres rares à partir du drainage minier acide et d’autres flux dans le processus de production et de combustion du charbon représente un exemple d’un ensemble plus large de sources potentiellement non conventionnelles mais transformatrices pour sécuriser l’accès aux éléments de terres rares », a déclaré Rod Eggert, directeur adjoint de au Critical Materials Institute et professeur d’économie minérale à la Colorado School of Mines.

Bien que le recyclage des terres rares à partir des déchets miniers ne soit actuellement pas commercialement viable, Eggert a déclaré qu’il y avait encore un argument à faire valoir pour poursuivre ces projets. « Il pourrait être utile, du point de vue de la politique publique, de soutenir les communautés et les régions qui produisaient traditionnellement du charbon, et cela serait utile ou approprié pour la politique publique si, en plus de produire des terres rares en tant que projet vendable, nous pouvions également nettoyer les déchets du passé. , » il a dit.

Le plan d’infrastructure que le président Biden a promulgué l’année dernière comprend un financement de plus de 11 milliards de dollars pour nettoyer les mines abandonnées et les voies navigables touchées. Un rapport de l’année dernière de l’Ohio River Valley Institute a estimé que seulement environ un quart des mines de charbon abandonnées avant l’entrée en vigueur de la réglementation fédérale en 1977 avaient été récupérées et qu’il en coûterait plus de 20 milliards de dollars pour nettoyer les sites restants.

En février, le département américain de l’énergie a lancé un programme de 140 millions de dollars pour construire une usine à l’échelle commerciale pour extraire les terres rares et d’autres minéraux critiques des déchets de charbon.

Les terres rares sont essentielles pour alimenter les produits énergétiques propres tels que les éoliennes et les véhicules électriques. La demande pour ces minéraux essentiels a atteint un niveau record l’année dernière, l’Agence internationale de l’énergie prévoyant qu’elle augmentera de trois à sept fois d’ici 2040.

Le site Buffalo Coal A34 coûtera 8,7 millions de dollars à l’État, selon le DEP de Virginie-Occidentale. Il siphonnera et traitera 1,4 million de gallons d’eau polluée chaque jour, récupérant jusqu’à 400 tonnes par an de terres rares plus de cobalt et de nickel, a déclaré Ziemkiewicz.

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Il reconnaît que le recyclage de ces éléments ne générera pas suffisamment de revenus pour couvrir les coûts de nettoyage.

« Ce ne serait pas la rançon d’un roi », a déclaré Ziemkiewicz. « Je ne veux pas donner aux gens l’impression qu’ils veulent commencer à acquérir des passifs pour les anciens sites AMD pour acquérir des terres rares, car vous perdriez de l’argent sur cette proposition. Mais s’il y a une raison plus large comme le nettoyage d’un bassin versant, vous pouvez le configurer pour récupérer les terres rares.

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L’usine fonctionne en pompant l’eau contaminée dans des réservoirs géants et circulaires et en incorporant de la chaux, ce qui augmente le pH. Les déchets de charbon – y compris les métaux lourds comme le nickel et le cobalt – tombent au fond du réservoir, puis sont poussés vers le moyeu central, où ils s’accumulent sous forme de boues brunes. Pour extraire les terres rares de ces réservoirs, les chercheurs ajustent ensuite le niveau de pH pour cibler les terres rares au lieu de la soupe générale de métaux lourds.

Plus de la moitié de l’approvisionnement mondial en terres rares – et 78% de l’approvisionnement américain – provient actuellement de Chine. Après avoir fait des faillites et en sortir, Mountain Pass en Californie, la seule mine de terres rares des États-Unis, a produit en 2021 15% de l’approvisionnement mondial.

D’autres chercheurs tentent de développer une technologie pour extraire les déchets solides de charbon pour les terres rares. À l’extérieur de l’ancienne ville charbonnière de Providence, dans le Kentucky, des chercheurs de l’Université du Kentucky travaillent sur un projet pilote avec un financement de 11 millions de dollars du Département de l’énergie pour extraire des terres rares en faisant couler de l’acide sur un tas de déchets de charbon de 2 000 tonnes.

Une première étude prévoyait que l’usine pourrait traiter près de 3 000 gallons d’AMD artificielle chaque jour. Les chercheurs espèrent obtenir le financement d’une version commerciale à grande échelle de l’usine, qui, selon eux, pourrait produire 300 à 400 tonnes de terres rares chaque année – bien qu’ils reconnaissent que même cela ne fera pas grand-chose dans la dépendance de l’Amérique. sur la Chine.

« C’est une source secondaire de terres rares ; ce ne sera pas une source primaire », a déclaré Rick Honaker, professeur des mines à l’Université du Kentucky, qui dirige la recherche.

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Mais passer des économies de coûts à la rentabilité des déchets de charbon est encore un grand pas en avant.

Marty Weems, président nord-américain d’American Rare Earths Ltd., une société d’exploration axée sur le développement de gisements de terres rares, a déclaré qu’il était peu probable que l’extraction de terres rares à partir de déchets de charbon soit économiquement viable sur les marchés actuels sans subventions gouvernementales.

Et bien que les usines puissent récupérer les terres rares des projets pilotes de déchets de charbon, il n’existe aucune installation de traitement de séparation et de purification à l’échelle industrielle en dehors de la Chine continentale.

Pourtant, les efforts pour rendre le nettoyage des déchets de charbon plus abordable se poursuivent.

Sur Sunday Creek, un tronçon de sept milles à travers le coin sud-est de l’Ohio qui compte comme l’une des rivières les plus polluées de l’État, une autre nouvelle usine visant à nettoyer les déchets de charbon devrait ouvrir ses portes cet été et démarrer ses opérations en 2024.

L’État a eu du mal à payer la remise en état de milliers de sites AMD.

L’usine pilote True Pigments, une collaboration entre l’Université de l’Ohio, le groupe de défense de l’environnement Rural Action et le Département des ressources naturelles de l’Ohio, vise à récolter l’oxyde de fer qui transforme l’eau en orange vif et à la transformer en pigment pour les briques et les tuiles ainsi qu’en artiste -peintures de qualité.

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« L’objectif du projet est que les revenus anticipés des ventes de pigments soient utilisés pour compenser les coûts d’exploitation et d’entretien de l’usine », a déclaré Sarah Wickham, responsable des communications pour le Département des ressources naturelles de l’Ohio.

La récupération prendra du temps et le flux ne sera jamais restauré dans son état d’origine.

« Le rejet de la mine ne s’arrêtera jamais », a-t-elle déclaré. « La qualité de l’eau pourrait s’améliorer au fil des décennies, mais continuera toujours à couler et à produire un drainage minier acide. »

Guy Riefler, professeur de génie civil et chercheur principal pour True Pigments, a déclaré qu’une installation comme True Pigments est « absolument reproductible » sur les sites pollués des Appalaches.

« Je pense que cela a un réel potentiel pour aider de nombreuses communautés », a déclaré Rieflier. « Parce qu’en plus de nettoyer le flux, c’est une source de revenus potentielle. »

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