從廢棄物中回收稀土元素

美國萊斯大學的一項近期研究可能解決稀土元素（REE）難獲取、難回收的棘手問題。萊斯大學化學家James Tour的實驗室報告說，他們已經成功地從廢棄物中提取稀土，其產量之高足以解決製造商的問題，同時為他們帶來豐厚利潤。

該實驗室推出的閃電焦耳加熱工藝，可從任何固體碳源中生產石墨烯，現在已被應用於從三種稀土來源（煤粉塵、鋁土礦渣和電子廢物）中回收稀土金屬，這些金屬具有對現代電子產品和綠色技術至關重要的磁性和電子特性。

研究人員說，他們的工藝對環境更友好，因為使用的能源少得多，並將通常用於回收元素的酸流變成涓涓細流。稀土實際上並不稀有，其中的一個元素，鈰，比銅和金都更豐富。但是這15種鑭系元素，以及釔和鈧都難以從開採的材料中提取。

據萊斯大學的科學家稱，在煤粉灰中發現的稀土可被回收利用，他們的閃電焦耳加熱方案已被調整為回收這些元素。

“美國曾經開採過稀土元素，但同時產生了大量放射性元素，”Tour說。“我們有堆積如山的粉煤灰，煤炭燃燒的殘留物是矽、鋁、鐵和鈣的氧化物，它們在微量元素周圍形成玻璃，使它們很難被提取。鋁土礦殘留物，有時被稱為紅泥，是鋁生產的有毒副產品。”

從這些廢物中進行工業提取通常需要用強酸浸出，這是一個耗時的、非綠色的過程，而萊斯實驗室將粉煤灰和其他材料（與碳黑結合以提高導電性）在一秒鐘內加熱到約3000攝氏度。該過程將廢棄物變成高度可溶的“活性REE”。

Tour說：“通過閃電焦耳加熱處理粉煤灰，打破了包裹這些元素的玻璃，並將REE磷酸鹽轉化為更容易溶解的金屬氧化物。工業工藝使用15摩爾濃度的硝酸來提取材料；Rice工藝使用更溫和的0.1摩爾濃度的鹽酸，同時可獲取更多提取物。”

研究人員表示，該工藝的通用性使其成為一種特別有前途的回收方案，因為每年都有數百萬噸的鋁土礦渣和電子廢物。Tour說：“我們的工藝告訴可能使我們不再依賴採礦或外國來源的稀土。”

Tour的實驗室在2020年引入了閃電焦耳加熱，將煤、石油焦和垃圾轉化為石墨烯，即碳的單原子厚度形式，這一過程目前正在商業化。此後，該實驗室對該工藝進行了調整，將塑膠垃圾轉化為石墨烯，並從電子垃圾中提取稀土元素等貴金屬。

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