Rzadkie pierwiastki ziem czekają na odpadach

Źródło: Przegląd Eurazji

Pierwiastki ziem rzadkich są trudne do zdobycia i trudne do recyklingu, ale błysk intuicji skłonił naukowców z Rice University w kierunku możliwego rozwiązania.

Laboratorium ryżowe chemika Jamesa Toura donosi, że udało się wydobyć cenne pierwiastki ziem rzadkich (REE) z odpadów z wydajnością wystarczająco wysoką, aby rozwiązać problemy producentów, jednocześnie zwiększając ich zyski.

Laboratoryjny proces błyskawicznego ogrzewania Joule, wprowadzony kilka lat temu w celu produkcji grafenu z dowolnego stałego źródła węgla, został teraz zastosowany do trzech źródeł pierwiastków ziem rzadkich — popiołów lotnych z węgla, pozostałości boksytu i odpadów elektronicznych — w celu odzyskania metali ziem rzadkich, które właściwości magnetyczne i elektroniczne krytyczne dla nowoczesnej elektroniki i zielonych technologii.

Naukowcy twierdzą, że ich proces jest bardziej przyjazny dla środowiska, ponieważ zużywa znacznie mniej energii i zamienia strumień kwasu często używanego do odzyskiwania pierwiastków w strużkę.

Badanie pojawia się w Science Advances.

Pierwiastki ziem rzadkich nie są tak naprawdę rzadkie.Jeden z nich, cer, jest bardziej obfity niż miedź, a wszystkie są bardziej obfite niż złoto.Ale tych 15 pierwiastków lantanowców, wraz z itrem i skandem, jest szeroko rozpowszechnionych i trudno je wydobyć z wydobytych materiałów.

„Stany Zjednoczone kiedyś wydobywały pierwiastki ziem rzadkich, ale dostajesz również dużo pierwiastków radioaktywnych” – powiedział Tour.„Nie wolno ci ponownie wstrzykiwać wody i trzeba ją zutylizować, co jest kosztowne i problematyczne.W dniu, w którym Stany Zjednoczone zlikwidowały wszelkie wydobycie ziem rzadkich, zagraniczne źródła podniosły cenę dziesięciokrotnie”.

Więc istnieje wiele zachęt do recyklingu tego, co już wydobyto, powiedział.Wiele z nich jest spiętrzonych lub zakopanych w popiele lotnym, produkcie ubocznym elektrowni węglowych.„Mamy tego góry”, powiedział.„Pozostałością po spalaniu węgla są tlenki krzemu, glinu, żelaza i wapnia, które tworzą szkło wokół pierwiastków śladowych, co czyni je bardzo trudnymi do wydobycia”.Pozostałości boksytu, czasami nazywane czerwonym błotem, są toksycznym produktem ubocznym produkcji aluminium, podczas gdy odpady elektroniczne pochodzą z przestarzałych urządzeń, takich jak komputery i smartfony.

Podczas gdy ekstrakcja przemysłowa z tych odpadów zwykle wiąże się z ługowaniem mocnym kwasem, czasochłonnym, niezielonym procesem, laboratorium Rice podgrzewa popiół lotny i inne materiały (w połączeniu z sadzą w celu zwiększenia przewodności) do około 3000 stopni Celsjusza (5432 stopni Fahrenheita). ) za sekundę.Proces przekształca odpady w wysoce rozpuszczalne „aktywowane gatunki REE”.

Tour powiedział, że obróbka popiołu lotnego za pomocą błyskawicznego ogrzewania Joule'a „rozbija szkło, które otacza te pierwiastki i przekształca fosforany REE w tlenki metali, które znacznie łatwiej się rozpuszczają”.Procesy przemysłowe wykorzystują 15-molowe stężenie kwasu azotowego do ekstrakcji materiałów;proces Rice wykorzystuje znacznie łagodniejsze 0,1-molowe stężenie kwasu chlorowodorowego, które nadal daje więcej produktu.

W eksperymentach prowadzonych przez badacza podoktoranckiego i głównego autora, Bing Denga, naukowcy odkryli, że popiół lotny z węgla (CFA) podgrzewający błyskawicznie Joule ponad dwukrotnie zwiększył wydajność większości pierwiastków ziem rzadkich przy użyciu bardzo łagodnego kwasu w porównaniu z wymywaniem nieoczyszczonego CFA w mocnych kwasach.

„Strategia jest ogólna dla różnych odpadów” – powiedział Bing.„Udowodniliśmy, że wydajność odzysku REE wzrosła z popiołu lotnego z węgla, pozostałości boksytu i odpadów elektronicznych w tym samym procesie aktywacji”.

Ogólny charakter procesu sprawia, że ​​jest on szczególnie obiecujący, powiedział Bing, ponieważ każdego roku produkowane są również miliony ton pozostałości boksytu i odpadów elektronicznych.

„Departament Energii ustalił, że jest to krytyczna potrzeba, którą należy rozwiązać” – powiedział Tour.„Nasz proces mówi krajowi, że nie jesteśmy już uzależnieni od szkodliwego dla środowiska wydobycia lub obcych źródeł pierwiastków ziem rzadkich”.