怎样从旧电子产品和工业废料中回收更多稀土？

研究人员发明了一种从废料中回收珍贵稀土元素的简单技术。将电子和工业废料加热到极高的温度后快速通过大电流，可以从材料中提取两倍以上的稀土元素。
由17种元素组成的稀土元素，对于让我们的世界运转的科技来说至关重要:智能手机、电动汽车马达、风力涡轮机等等。但是，提取稀土元素是一项“肮脏”的工作，它会造成环境破坏并产生大量废料，包括低放射性废料。

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稀土元素对于现代人类科技至关重要|USGS
此外，稀土的全球供应链也是一大问题。与它们的名字相反，稀土元素其实在地壳中并不稀有。然而，中国占据了稀土市场最大的市场份额，开采了世界上70%以上的稀土，加工所占的比例甚至更高。为了绕过这一稀土大国，中国以外的汽车制造商正试图生产不使用稀土永磁材料的电动马达。与此同时，日本正试图从深海泥浆中回收金属，金属公司还计划从洋底开采金属结核。
获得稀土的一个更可持续的方案是从旧电子产品和废料中回收稀土，比如燃烧煤炭的副产品——粉煤灰。不过，回收并非易事。稀土元素不易从其他物质中溶解分离出来。在粉煤灰中，稀土元素以磷酸盐的形式存在，不易分解，而且灰尘颗粒通常被包裹在一层形成于燃煤炉的玻璃中。

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研究人员一直尝试从电子废料中提取稀土元素|WikimediaCommons ， Patrickewastenz/CCBY-SA4.0（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）
目前使用的稀土提取方法依赖于大量的腐蚀性化学物质（比如强酸），然而这一方法效率很低。莱斯大学化学家詹姆斯·图尔（JamesTour）说：“你需要强酸才能把稀土提取出来，而强酸不能透过外表的玻璃，提取便无从谈起。 ”
图尔和他的同事们决定尝试使用他们最初在2020年开发的闪速焦耳加热工艺，当时这一技术用于从各类碳源中生产石墨烯。去年，他们报道使用该技术去除印刷电路板中的贵金属和有毒重金属。现在他们决定把注意力转移到稀土元素的提取上。 “我们已经有了锤子，现在我们正在寻找钉子。 ”图尔说， “如果我们可以从废弃物中获得这些通常从地球矿物中提取的元素，那将是非常好的成果。 ”

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闪速焦耳加热技术示意图及其提取效果|参考资料[1]
在《科学进展》(ScienceAdvances)上发表的一篇论文中，他们报告了对粉煤灰、废弃印刷电路板和赤泥进行闪速焦耳加热的情况。赤泥是一种富含铁元素的矿浆，是铝生产的副产品。这些废物中含有的五种最重要的稀土元素ーー钇、钕、铕、铽和镝ーー是世界上某些浓缩度最高的矿石中含量的两到三倍。
用短暂而强烈的电流冲击废弃物，使其迅速升温至约3000摄氏度，这足以使粉煤灰颗粒周围的玻璃层破裂，并将粉煤灰和铝土矿中的稀土磷酸盐转化为易溶于弱酸的氧化物，以便随后提取。图尔说，在电子废料中，稀土元素通常以易溶解的金属或氧化物的形式存在。但问题在于，它们分层嵌入基质材料中，仍然很难分离。闪速焦耳加热方法能震裂和分离基体层，更易于稀土元素的提取。
因此，该技术能够提取的稀土远远超过传统使用强酸的方法。 “过去作为黄金标准的浓缩酸不能从粉煤灰中提取所有的稀土元素。 ”杜尔说， “所以与过去的标准相比，我们获得了150%到200%的产量。 ”此外，这种新方法不需要消耗太多热量，如果大规模使用，每吨粉煤灰消耗大约价值12美元的能量。