عناصر الأرض النادرة تنتظر في النفايات

المصدر: مجلة أوراسيا

يصعب الحصول على العناصر الأرضية النادرة ويصعب إعادة تدويرها ، لكن ومضة من الحدس قادت علماء جامعة رايس إلى حل ممكن.

أفاد مختبر رايس للكيميائي جيمس تور أنه نجح في استخراج العناصر الأرضية النادرة القيمة (REE) من النفايات بعوائد عالية بما يكفي لحل المشكلات للمصنعين مع زيادة أرباحهم.

تم الآن تطبيق عملية تسخين الفلاش جول في المختبر ، والتي تم إدخالها منذ عدة سنوات لإنتاج الجرافين من أي مصدر كربوني صلب ، على ثلاثة مصادر من العناصر الأرضية النادرة - رماد الفحم المتطاير ، وبقايا البوكسيت والنفايات الإلكترونية - لاستعادة المعادن الأرضية النادرة ، والتي تحتوي على الخصائص المغناطيسية والإلكترونية الحاسمة للإلكترونيات الحديثة والتقنيات الخضراء.

يقول الباحثون إن عمليتهم ألطف على البيئة من خلال استخدام طاقة أقل بكثير وتحويل تيار الحمض المستخدم غالبًا لاستعادة العناصر إلى قطرة.

تظهر الدراسة في Science Advances.

العناصر الأرضية النادرة ليست نادرة في الواقع.واحد منهم ، السيريوم ، أكثر وفرة من النحاس ، وكلها أكثر وفرة من الذهب.لكن عناصر اللانثانيد الخمسة عشر هذه ، جنبًا إلى جنب مع الإيتريوم والسكانديوم ، موزعة على نطاق واسع ويصعب استخلاصها من المواد الملغومة.

قال تور: "كانت الولايات المتحدة تنقب عن العناصر الأرضية النادرة ، لكنك تحصل أيضًا على الكثير من العناصر المشعة"."لا يُسمح لك بإعادة ضخ المياه ، ويجب التخلص منها ، وهو أمر مكلف ومشكل.في اليوم الذي تخلصت فيه الولايات المتحدة من كل تعدين الأرض النادرة ، رفعت المصادر الأجنبية سعرها عشرة أضعاف ".

لذلك هناك الكثير من الحوافز لإعادة تدوير ما تم تعدينه بالفعل ، كما قال.يتم تكديس الكثير من ذلك أو دفنه في الرماد المتطاير ، وهو منتج ثانوي لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم.قال "لدينا جبال منها"."بقايا حرق الفحم هي أكاسيد السيليكون والألومنيوم والحديد والكالسيوم التي تشكل الزجاج حول العناصر النزرة ، مما يجعلها صعبة الاستخراج."بقايا البوكسيت ، التي تسمى أحيانًا الطين الأحمر ، هي منتج ثانوي سام لإنتاج الألمنيوم ، في حين أن النفايات الإلكترونية ناتجة عن أجهزة قديمة مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية.

في حين أن الاستخراج الصناعي من هذه النفايات يشتمل عادةً على الترشيح بحمض قوي ، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً وغير خضراء ، فإن مختبر الأرز يسخن الرماد المتطاير والمواد الأخرى (جنبًا إلى جنب مع أسود الكربون لتعزيز الموصلية) إلى حوالي 3000 درجة مئوية (5432 درجة فهرنهايت) ) في ثانية.تحول هذه العملية النفايات إلى "أنواع العناصر الأرضية النادرة المنشطة" شديدة الذوبان.

قالت تور إن معالجة الرماد المتطاير عن طريق تسخين الجول الفلاشي "يكسر الزجاج الذي يغلف هذه العناصر ويحول فوسفات العناصر الأرضية النادرة إلى أكاسيد معدنية تذوب بسهولة أكبر."تستخدم العمليات الصناعية تركيز 15 مولارًا من حمض النيتريك لاستخراج المواد ؛تستخدم عملية الأرز تركيزًا أكثر اعتدالًا بمقدار 0.1 مولار لحمض الهيدروكلوريك الذي لا يزال ينتج المزيد من المنتجات.

في التجارب التي قادها الباحث ما بعد الدكتوراة والمؤلف الرئيسي Bing Deng ، وجد الباحثون أن الرماد المتطاير للفحم الحار (CFA) الذي يسخن الجول (CFA) قد ضاعف أكثر من ضعف إنتاج معظم العناصر الأرضية النادرة باستخدام حمض خفيف جدًا مقارنة بترشيح CFA غير المعالج في الأحماض القوية.

قال بينغ: "الإستراتيجية عامة بالنسبة للنفايات المختلفة"."لقد أثبتنا أن محاصيل استرداد العناصر الأرضية النادرة قد تحسنت من رماد الفحم المتطاير وبقايا البوكسيت والنفايات الإلكترونية من خلال نفس عملية التنشيط."

قال بينج إن عمومية العملية تجعلها واعدة بشكل خاص ، حيث يتم أيضًا إنتاج ملايين الأطنان من بقايا البوكسيت والنفايات الإلكترونية كل عام.

قال تور: "قررت وزارة الطاقة أن هذه حاجة ملحة يجب حلها"."تخبر عمليتنا الدولة أننا لم نعد نعتمد على التعدين الضار بالبيئة أو المصادر الأجنبية للعناصر الأرضية النادرة."