从废弃物中回收稀土元素

美国莱斯大学的一项近期研究可能解决稀土元素（REE）难获取、难回收的棘手问题。莱斯大学化学家James Tour的实验室报告说，他们已经成功地从废弃物中提取稀土，其产量之高足以解决制造商的问题，同时为他们带来丰厚利润。

该实验室推出的闪电焦耳加热工艺，可从任何固体碳源中生产石墨烯，现在已被应用于从三种稀土来源（煤粉尘、铝土矿渣和电子废物）中回收稀土金属，这些金属具有对现代电子产品和绿色技术至关重要的磁性和电子特性。

研究人员说，他们的工艺对环境更友好，因为使用的能源少得多，并将通常用于回收元素的酸流变成涓涓细流。稀土实际上并不稀有，其中的一个元素，铈，比铜和金都更丰富。但是这15种镧系元素，以及钇和钪都难以从开采的材料中提取。

据莱斯大学的科学家称，在煤粉灰中发现的稀土可被回收利用，他们的闪电焦耳加热方案已被调整为回收这些元素。

“美国曾经开采过稀土元素，但同时产生了大量放射性元素，”Tour说。“我们有堆积如山的粉煤灰，煤炭燃烧的残留物是硅、铝、铁和钙的氧化物，它们在微量元素周围形成玻璃，使它们很难被提取。铝土矿残留物，有时被称为红泥，是铝生产的有毒副产品。”

从这些废物中进行工业提取通常需要用强酸浸出，这是一个耗时的、非绿色的过程，而莱斯实验室将粉煤灰和其他材料（与碳黑结合以提高导电性）在一秒钟内加热到约3000摄氏度。该过程将废弃物变成高度可溶的“活性REE”。

Tour说：“通过闪电焦耳加热处理粉煤灰，打破了包裹这些元素的玻璃，并将REE磷酸盐转化为更容易溶解的金属氧化物。工业工艺使用15摩尔浓度的硝酸来提取材料；Rice工艺使用更温和的0.1摩尔浓度的盐酸，同时可获取更多提取物。”

研究人员表示，该工艺的通用性使其成为一种特别有前途的回收方案，因为每年都有数百万吨的铝土矿渣和电子废物。Tour说：“我们的工艺告诉可能使我们不再依赖采矿或外国来源的稀土。”

Tour的实验室在2020年引入了闪电焦耳加热，将煤、石油焦和垃圾转化为石墨烯，即碳的单原子厚度形式，这一过程目前正在商业化。此后，该实验室对该工艺进行了调整，将塑料垃圾转化为石墨烯，并从电子垃圾中提取稀土元素等贵金属。

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