Группа исследователей успешно извлекла из отходов ценные редкоземельные элементы (РЗЭ), обладающие магнитными и электронными свойствами и имеющими ключевое значение для современной электроники и "зеленых" технологий.

Новый процесс является "более щадящим" для окружающей среды, поскольку потребляет гораздо меньше энергии и использует меньшее количество кислоты для извлечения элементов, (практически несколько капель). Это является огромным достижением, учитывая то насколько сложно добывать и перерабатывать редкоземельные элементы.

По мнению ученых Университета Райса, микроскопические стеклянные сферы, обнаруженные в угольной золе, содержат редкоземельные элементы, которые могут быть переработаны, а не выброшены на свалку. Для извлечения этих элементов был адаптирован процесс флэш-джоулевого нагрева. Tour Group/Rice University

Как сделать так, чтобы редкоземельные элементы не превращались в отходы?

Интересный факт: редкоземельные элементы на самом деле не являются столь уж редкими. Если, например, обратить внимание на церий, то можно увидеть, что он более распространен, чем медь, также как и все остальные элементы более распространены, чем золото. Однако, подобно иттрию и скандию, все 15 лантанидов очень рассеяны в земной коре, и их трудно извлечь из добытых минералов.

Все это становится проблемой, если учесть, что редкоземельные элементы являются неотъемлемыми компонентами более 200 продуктов самого разного назначения, в особенности  высокотехнологичных потребительских товаров, таких как сотовые телефоны, жесткие диски компьютеров, электрические и гибридные автомобили, мониторы и телевизоры с плоским экраном.

Используемая исследователями технология мгновенного Джоулева нагрева была разработана несколько лет назад для получения графена из любого твердого источника углерода, а в настоящее время ее применяют для извлечения редкоземельных металлов из угольной золы, остатков бокситов и электронных отходов.
Лаборатория химика Джеймса Тура из Райса разработала эффективный способ извлечения ценных редкоземельных элементов (РЗЭ) из отходов с достаточно высокой производительностью, чтобы решить проблемы производителей и увеличить их прибыль. Лаборатория химика Джеймса Тура из Университета Райса.

Новая технология

При промышленном восстановлении этих отходов часто применяется метод выщелачивания (с использованием больших объемов сильных кислот), который занимает много времени и наносит огромный вред окружающей среде. Исследователи применили другой подход. Они нагрели золу (также как и прочие отходы) в сочетании с сажей для повышения проводимости до температуры примерно 5 432 градусов по Фаренгейту (3 000 градусов по Цельсию) всего за одну секунду. Этот процесс позволил преобразовать отходы в хорошо растворимые "активированные виды редкоземельных металлов", говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances.

"Стратегия является общей для различных отходов", - сказал в пресс-релизе ведущий автор исследования, кандидат наук Бинг Денг. "Мы доказали, что с помощью одного и того же процесса активации удалось значительно повысить процент выход восстановленных редкоземельных элементов из угольной золы, остатков бокситов и электронных отходов".

Универсальность и простота новой технологии открывает широкие возможности, так как ежегодно в мире образуются миллионы тонн бокситовых остатков и электронного мусора.

Источники:
https://news.rice.edu/news/2022/rare-earth-elements-await-waste
http://www.doi.org/10.1126/sciadv.abm3132