عناصر کمیاب زمین در انتظار زباله هستند

منبع: Eurasia Review

عناصر کمیاب خاکی به سختی به دست می‌آیند و بازیافت آن سخت است، اما یک شهود شهودی دانشمندان دانشگاه رایس را به سمت یک راه‌حل ممکن سوق داد.

آزمایشگاه برنج شیمیدان جیمز تور گزارش می دهد که با موفقیت عناصر خاکی کمیاب با ارزش (REE) را با بازدهی به اندازه کافی بالا از زباله استخراج کرده است تا مشکلات تولیدکنندگان را حل کند و در عین حال سود آنها را افزایش دهد.

فرآیند گرمایش فلاش ژول آزمایشگاه، که چندین سال پیش برای تولید گرافن از هر منبع کربن جامد معرفی شد، اکنون در سه منبع عناصر کمیاب خاکی - خاکستر بادی زغال سنگ، باقیمانده بوکسیت و ضایعات الکترونیکی - برای بازیابی فلزات خاکی کمیاب اعمال شده است. خواص مغناطیسی و الکترونیکی برای الکترونیک مدرن و فناوری های سبز حیاتی است.

محققان می گویند که فرآیند آنها با استفاده از انرژی بسیار کمتر و تبدیل جریان اسیدی که اغلب برای بازیابی عناصر استفاده می شود به یک قطره با محیط زیست مهربان تر است.

این مطالعه در Science Advances ظاهر می شود.

عناصر خاکی کمیاب در واقع کمیاب نیستند.یکی از آنها، سریم، از مس فراوانتر است و همه از طلا فراوانتر است.اما این 15 عنصر لانتانید، همراه با ایتریم و اسکاندیم، به طور گسترده توزیع شده و استخراج آنها از مواد معدنی دشوار است.

تور گفت: «ایالات متحده قبلاً عناصر خاکی کمیاب را استخراج می کرد، اما عناصر رادیواکتیو زیادی نیز دریافت می کنید."شما مجاز به تزریق مجدد آب نیستید، و باید آن را دفع کنید، که گران و مشکل ساز است.در روزی که ایالات متحده تمام معادن خاک کمیاب را حذف کرد، منابع خارجی قیمت آنها را ده برابر افزایش دادند.

او گفت، بنابراین انگیزه های زیادی برای بازیافت آنچه قبلا استخراج شده است وجود دارد.بیشتر آن در خاکستر بادی، محصول جانبی نیروگاه های زغال سنگ، انباشته یا مدفون می شود.او گفت: «ما کوه هایی از آن داریم.بقایای سوختن زغال سنگ، اکسیدهای سیلیکون، آلومینیوم، آهن و کلسیم است که در اطراف عناصر کمیاب شیشه ایجاد می کند و استخراج آنها را بسیار سخت می کند.باقیمانده بوکسیت، که گاهی گل قرمز نامیده می شود، محصول جانبی سمی تولید آلومینیوم است، در حالی که زباله های الکترونیکی از دستگاه های قدیمی مانند رایانه ها و تلفن های هوشمند است.

در حالی که استخراج صنعتی از این ضایعات معمولاً شامل شستشو با اسید قوی است که فرآیندی زمان‌بر و غیرسبز است، آزمایشگاه برنج خاکستر بادی و سایر مواد (ترکیب با کربن سیاه برای افزایش رسانایی) را تا حدود 3000 درجه سانتی‌گراد (5432 درجه فارنهایت) گرم می‌کند. ) در یک ثانیهاین فرآیند زباله ها را به گونه های REE فعال شده بسیار محلول تبدیل می کند.

تور گفت که تصفیه خاکستر بادی با گرمایش ژول "شیشه ای را می شکند که این عناصر را در بر می گیرد و فسفات های REE را به اکسیدهای فلزی تبدیل می کند که بسیار راحت تر حل می شوند."در فرآیندهای صنعتی از غلظت 15 مولار اسید نیتریک برای استخراج مواد استفاده می شود.فرآیند برنج از غلظت بسیار ملایم 0.1 مولاری اسید هیدروکلریک استفاده می کند که همچنان محصول بیشتری تولید می کند.

در آزمایش‌هایی که توسط محقق فوق‌دکتری و نویسنده اصلی بینگ دنگ انجام شد، محققان دریافتند که خاکستر بادی زغال‌سنگ گرمایش ژول (CFA) بازده بیشتر عناصر خاکی کمیاب را با استفاده از اسید بسیار ملایم در مقایسه با شستشوی CFA تصفیه‌نشده در اسیدهای قوی، بیش از دو برابر می‌کند.

بینگ گفت: «این استراتژی برای ضایعات مختلف کلی است.ما ثابت کردیم که بازده بازیافت REE از خاکستر بادی زغال سنگ، باقی مانده بوکسیت و ضایعات الکترونیکی با همان فرآیند فعال سازی بهبود یافته است.

بینگ گفت که کلیت این فرآیند آن را به ویژه امیدوارکننده می کند، زیرا سالانه میلیون ها تن باقیمانده بوکسیت و زباله های الکترونیکی نیز تولید می شود.

تور گفت: "وزارت انرژی تشخیص داده است که این یک نیاز حیاتی است که باید حل شود."فرآیند ما به کشور می‌گوید که دیگر به معادن مضر برای محیط‌زیست یا منابع خارجی برای عناصر کمیاب خاکی وابسته نیستیم.»