閃光焦耳加熱新工藝從廢物中提取稀土元素

在《科學進展》上發表的一項新研究中，萊斯大學的研究人員開發了一種方法，即利用閃光焦耳加熱的方法從粉煤灰中提取稀土元素（REE）。煤炭粉煤灰可能是一個特別有價值的REE來源。該研究的作者、萊斯大學的有機化學家James Tour說：“在提取化學品和有毒廢物之間，REE的開採已然是一場環境災難。”

Tour解釋說，由於環境方面的挑戰，美國政府多年前就停止向國內的稀土礦發放許可證。與此同時，中國在20世紀90年代加大了生產力度，並開始主導市場。在過去的幾年裡，美國能源部一直在投資研究項目，以尋找更好的方法從替代來源（如酸性礦井排水和粉煤灰）提取稀土元素。

Tour說，粉煤灰可能是一種特別有價值的REE來源，因為美國的這種廢料“簡直就是一座山”。提取REE可能是一種既能減少粉煤灰廢物，又能以較低的破壞性方式獲得REE的方法，但關鍵是要找到一種安全和經濟的方式來獲取這些元素。

Tour的團隊開發了一種方法，通過首先對粉煤灰粉末進行熱處理來減少提取所需的化學品。Tour解釋說，粉煤灰中的稀土元素被困在微小的玻璃顆粒中，酸很難突破這些顆粒。但是，就像你的冰冷的擋風玻璃如果你試圖過快地加熱它就會破裂一樣，粉煤灰的玻璃顆粒在受到突然而強烈的熱變化時也會破裂。

電流在1秒鐘內將粉煤灰加熱到3000°C，使玻璃破碎，從而可以相當容易地提取到REE。

閃光焦耳加熱是Tour和他的同事幾年前開發的一種方法，用於從碳源生產石墨烯。“我們只是想，讓我們用粉煤灰試一試，”Tour說。為了測試他們的技術，團隊成員將粉煤灰與一種叫做炭黑的材料混合，以提高其導電性，並將粉末混合物放入一個兩端有電容器的小管中。一股電流在1秒鐘內將粉煤灰加熱到3000°C，使玻璃顆粒破碎。

“在熱衝擊之後，稀土元素處於一種更容易獲得的狀態，可以用一種溫和的酸處理來提取，”Tour說。研究人員發現，他們能夠獲得的產品數量幾乎是不經過熱處理的兩倍。

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