我们如何可持续生产电子产品?从废物中提取稀土元素

一种新的快速加热技术可以从工业和电子废物中提取稀土元素。该技术为现有提取方法提供了更具可持续性的替代方法,C

一种新的快速加热技术可以从工业和电子废物中提取稀土元素。该技术为现有提取方法提供了更可持续的替代方法,并且可能是朝着循环经济目标迈出的关键一步。

稀土元素(REE)包括Yttrium,Europium和Neododium是现代电子,车辆和清洁能源技术的关键组成部分。尽管它们的名字,这些元素并不特别罕见。但是,与可最小的矿石中发现的其他有价值的材料不同,它们往往会稀疏地分布在地壳内的广阔地区。

要以足够高的收益率提取这些元素以使其在经济上可行,生产商必须首先用浓酸性化学物质浸出地面,将它们转化为可溶解的盐,然后使用溶剂将其冲入地面。

该方法不仅是资源和污染密集型的,而且可以提取危险的放射性元素,这些放射性元素类似地分布在整个地壳中。结果,此过程具有沉重的生态足迹。到2015年,仅在美国,REE提取的环境退化就达到了约148亿美元的成本。

随着易于使用的REE在外壳中变得越来越稀缺,以更可持续的方式提取它们的迅速需求。

等待浪费的元素

地壳并不是唯一可以找到里斯的地方。每年,都会产生大量的工业废物,其中元素丰富。这些材料包括由煤炭发电厂生产的粉煤灰和铝土矿残留物(或“红泥”),这是铝生产的有毒副产品。

此外,REE每年都包含大量的旧消费电子产品,其中大多数只是在垃圾填埋场衰败数十年。不幸的是,与地面上的Rees相比,这种废物中的元素不能通过将其转化为盐而轻易提取。例如,在煤灰中,它们以磷酸盐和眼镜的形式存在,这些磷酸盐和玻璃杯难以溶解。休斯顿莱斯大学的邓小平和同事现在表明,可以通过一种名为“ Flash Joule Heating”的技术轻松,可持续地提取这些REES (FJH)。

此前,邓小平的团队使用FJH将塑料和橡胶废物转换为石墨烯:原子厚的碳片,目前正在研究和技术领域的各个领域都进行了一场革命。在科学发展中发表的一项新研究中,他们展示了如何轻松地将其方法用于从工业和电子废物中提取。

FJH是一种超快的电热过程,首先在石英管内略微压缩材料,然后在两个石墨电极之间加载,它们本身连接到了带电的电容器库。当电容器放电时,电极之间迅速产生高电压,在仅一秒钟内将管中的材料加热至约3,000°C。

在他们的实验中,邓小平的团队用煤灰和导电碳黑色的混合物装载了石英管,这是由汽油和柴油(例如汽油和柴油)燃烧而产生的。

当以这种方式迅速加热时,研究人员发现,灰烬中的REE磷酸盐和玻璃迅速分解以形成高度可溶的REE氧化物,然后可以用溶剂冲洗掉。

在最常见的粉煤灰类型中,该工艺提取的REE产量比用浓酸浸出废物的可能性高200%以上。

该团队的发现也令人鼓舞,即在处理铝土矿残留物或电子废物时,这种策略可能同样有效。对于现代清洁能设备所需的五种REE,FJH可能会产生比地球上一些最集中的REE矿石高两到三倍。

走向循环经济

该技术可行性的最重要测试也许是其经济潜力。在这一领域,团队的结果已经令人鼓舞。通过计算,他们表明,快速FPH流程的可扩展性,能效和低电量可以使生产商能够以10倍以上的浪费出售产品。

邓及其同事现在希望他们的方法可以在不久的将来迅速扩展。如果成功的话,他们的努力可能是迈向循环经济的重要一步,在这种经济中,通过回收现有废物产品来收集材料,而不是不可逆转地从地球上提取资源。通过在下一代技术中使用这些可持续的REE,我们社会与自然共存的能力可以大大改善。

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