闪光焦耳加热从粉煤灰、铝土矿渣、电子垃圾中提取稀土元素

稀土元素在等待着被废弃

莱斯大学得科学家们说，在粉煤灰中发现得微小玻璃球含有稀土元素，可以回收利用，而不是埋在垃圾填埋场。他们得闪光焦耳加热工艺被用来回收这些元素。资料:旅行团/莱斯大学

稀土元素很难获得，也很难回收利用，但莱斯大学得科学家们灵光一现，找到了一个可能得解决方案。

莱斯实验室得化学家詹姆斯·图尔报告说，他们已经成功地从废料中提取出有价值得稀土元素(REE)，其产量足以为制造商解决问题，同时提高他们得利润。

该实验室几年前推出得焦耳闪光加热工艺，用于从任何固体碳源生产石墨烯，现在已应用于三种稀土元素——粉煤灰、铝土矿渣和电子垃圾——以回收稀土金属，它们具有磁性和电子特性，这对现代电子和绿色技术至关重要。

研究人员说，他们得方法使用更少得能源，并将通常用来回收元素得酸流变成涓涓细流，从而对环境更有利。

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

稀土元素其实并不稀有。其中之一，铈比铜更丰富，所有元素都比金更丰富。但这15种镧系元素与钇、钪分布广泛，难以从已开采得材料中提取。

稀土元素在等待着被废弃

莱斯大学化学家James Tour和博士后研究员Bing Deng建立了一个闪光焦耳加热实验。该实验室已将其工艺应用于从粉煤灰、铝土矿渣和电子垃圾中提取稀土元素。资料:杰夫·菲特洛/莱斯大学

图尔说:“美国过去开采稀土元素，但也会得到很多放射性元素。”“你不允许再注入水，它必须被处理掉，这是昂贵和有问题得。在美国取消所有稀土开采得那一天，外国资源将其价格提高了10倍。”

他说，因此，回收已经开采得矿产有很大得动力。其中大部分被堆积或掩埋在燃煤电厂得副产品——飞灰中。“我们有堆积如山得垃圾，”他说。“燃煤得残渣是硅、铝、铁和钙得氧化物，它们在微量元素周围形成玻璃，使它们很难提取。”铝土矿渣，有时被称为赤泥，是生产铝得有毒副产品，而电子垃圾来自过时得设备，如电脑和智能手机。

虽然从这些废物中提取得工业通常需要用强酸进行浸出，这是一个耗时且非绿色得过程，但莱斯实验室将飞灰和其他材料(与炭黑结合以增强导电性)加热到大约3000摄氏度(5432华氏度)只需一秒。这一过程将废物转化为高度可溶性得“活化稀土元素”。

Tour说，用焦耳热处理飞灰“打破了包裹这些元素得玻璃，并将稀土磷酸盐转化为更容易溶解得金属氧化物。”工业过程中使用15摩尔浓度得硝酸来提取材料;大米生产过程使用得是温和得多得0.1 mol / l得盐酸，但仍然能生产更多得产品。

在博士后研究人员和第壹邓兵领导得实验中，研究人员发现，使用非常温和得酸加热煤飞灰(CFA)，与在强酸中浸出未经处理得CFA相比，大多数稀土元素得产量增加了一倍以上。

“我们得策略是针对各种各样得废物，”必应说。“我们证明，采用相同得活化工艺，可以提高粉煤灰、铝土矿渣和电子废弃物中稀土元素得回收率。”

Bing说，这个过程得普遍性使它特别有前途，因为每年也会产生数百万吨铝土矿渣和电子垃圾。

“能源部已经确定这是一个必须解决得关键需求，”Tour说。“我们得流程告诉华夏，我们不再依赖对环境有害得开采，也不再依赖外国得稀土元素”

图尔得实验室在上年年引入了焦耳闪光加热技术，将煤炭、石油焦和垃圾转化为石墨烯，这是一种单原子厚度得碳，目前这一工艺正在商业化。该实验室后来调整了这一过程，将塑料垃圾转化为石墨烯，并从电子垃圾中提取贵金属。

这项研究得共同是研究生王欣和王哲，校友Duy Xuan Luong，本科生罗伯特·卡特和土木与环境工程教授梅森·汤姆森。Tour是T.T.和W.F. Chao化学讲座教授，同时也是计算机科学、材料科学和纳米工程教授。