北京
稀土元素被廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)代技術(shù)中，從風(fēng)力渦輪機(jī)到手機(jī)。盡管這些元素并非真的那么"稀有"，但其提取和提純過(guò)程卻十分困難。
美國(guó)東北大學(xué)的研究人員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種從煤礦開采廢棄物中提取稀土元素的新方法，其效率是目前現(xiàn)有方法的三倍。這種被稱為煤矸石的廢棄物，由細(xì)磨的巖石、水和煤顆粒組成，大量堆積在專門為防止其污染環(huán)境而設(shè)計(jì)的坑中。
在美國(guó)，大部分此類廢棄物最終被用作建筑材料的填充物，或直接傾倒。據(jù)估計(jì)，每15億噸此類填埋物中可提取超過(guò)60萬(wàn)噸稀土元素，但現(xiàn)有工藝一直難以高效處理。
這種新的提取工藝包括兩個(gè)關(guān)鍵步驟：先用堿性溶液蒸煮煤矸石，同時(shí)用微波加熱；然后用硝酸處理，將稀土元素從其他巖石成分中分離出來(lái)。
研究人員在發(fā)表的論文中寫道："結(jié)果表明，在酸浸之前對(duì)煤矸石進(jìn)行堿性預(yù)處理，會(huì)顯著影響稀土元素的提取效率，而其在堿性溶液中的提取量極小。"
從煤矸石中提取稀土元素，需要將其從緊密包裹的粘土礦物中分離出來(lái)。這正是以往提取方法效果不佳的原因，也促使科學(xué)家在其他來(lái)源中尋找稀土。
堿性預(yù)處理與微波加熱相結(jié)合，改變了包裹稀土元素的礦物結(jié)構(gòu)，將煤矸石轉(zhuǎn)化為多孔性更強(qiáng)的形態(tài)。
東北大學(xué)的化學(xué)生物學(xué)家達(dá)米羅拉·達(dá)拉莫拉說(shuō)："事實(shí)證明，這樣做實(shí)際上是在改變這種材料的固態(tài)結(jié)構(gòu)。"
該工藝提取的其中一種稀土元素是釹，它被用于高強(qiáng)度磁體、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器和風(fēng)力渦輪機(jī)——所有這些在我們現(xiàn)代生活和向綠色技術(shù)的持續(xù)轉(zhuǎn)型中都至關(guān)重要。
到目前為止，前景非常樂(lè)觀，但仍存在多重挑戰(zhàn)。盡管該提取工藝在效率方面確實(shí)有所改進(jìn)，但其成本仍然高昂，且可能難以大規(guī)模推廣。
盡管有大量的煤矸石廢棄物可供利用（例如，僅美國(guó)賓夕法尼亞州就有約20億噸存量），但這些巖石的礦物組成會(huì)因地點(diǎn)不同而有所差異。因此，提取工藝在每種情況下都需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
除此之外，煤矸石中還含有許多其他有用的元素，例如鎂，理想情況下應(yīng)與稀土元素同時(shí)提取。這是另一個(gè)需要考慮的因素。
盡管如此，即使存在上述限制，提取效率的大幅提升仍然值得慶賀：因?yàn)閷?duì)稀土元素的需求從未如此巨大，未來(lái)幾年我們將需要更多此類資源。
研究人員寫道："這種方法為理解稀土元素的釋放機(jī)制以及優(yōu)化煤矸石堿性預(yù)處理以實(shí)現(xiàn)高效稀土提取的潛力，提供了新的見解。"
這項(xiàng)研究已發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》期刊上。
如果朋友們喜歡，敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”！
特別聲明：以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
