2022-02-10
ที่มา: Eurasia Review
ธาตุหายากนั้นหาได้ยากและรีไซเคิลได้ยาก แต่สัญชาตญาณที่แวบเข้ามาทำให้นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยไรซ์ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้
ห้องทดลองข้าวของนักเคมี James Tour รายงานว่าประสบความสำเร็จในการสกัดธาตุหายากที่มีค่า (REE) จากของเสียที่ให้ผลผลิตสูงพอที่จะแก้ไขปัญหาให้กับผู้ผลิตในขณะที่เพิ่มผลกำไร
กระบวนการให้ความร้อนด้วยแฟลชจูลของห้องแล็บ ซึ่งเปิดตัวเมื่อหลายปีก่อนเพื่อผลิตกราฟีนจากแหล่งคาร์บอนที่เป็นของแข็ง ได้ถูกนำไปใช้กับแหล่งธาตุหายากสามแหล่ง ได้แก่ เถ้าลอยถ่านหิน แร่อะลูมิเนียม และขยะอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อกู้คืนโลหะหายากซึ่งมี สมบัติทางแม่เหล็กและอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่และเทคโนโลยีสีเขียว
นักวิจัยกล่าวว่ากระบวนการของพวกเขาเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นโดยใช้พลังงานน้อยกว่ามากและเปลี่ยนกระแสของกรดที่มักใช้ในการกู้คืนองค์ประกอบให้กลายเป็นหยด
การศึกษาปรากฏใน Science Advances
ธาตุหายากไม่ได้หายากจริงๆหนึ่งในนั้นคือซีเรียมมีมากกว่าทองแดง และทั้งหมดนั้นมีมากกว่าทองคำแต่ธาตุแลนทาไนด์ทั้ง 15 ธาตุ ร่วมกับอิตเทรียมและสแกนเดียม มีการกระจายอย่างกว้างขวางและยากต่อการสกัดจากวัสดุที่ขุดได้
“สหรัฐฯ เคยขุดแร่หายาก แต่คุณได้รับธาตุกัมมันตภาพรังสีจำนวนมากเช่นกัน” ทัวร์กล่าว“คุณไม่ได้รับอนุญาตให้ฉีดน้ำซ้ำ และต้องกำจัดทิ้ง ซึ่งมีราคาแพงและเป็นปัญหาในวันที่สหรัฐฯ เลิกทำเหมืองแรร์เอิร์ธทั้งหมด แหล่งแร่จากต่างประเทศก็ขึ้นราคาเป็นสิบเท่า”
ดังนั้นจึงมีแรงจูงใจมากมายที่จะรีไซเคิลของที่ขุดไปแล้ว เขากล่าวส่วนใหญ่กองหรือฝังอยู่ในเถ้าลอย ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากโรงไฟฟ้าถ่านหิน“เรามีภูเขาของมัน” เขากล่าว“เศษถ่านหินที่เผาไหม้เหลืออยู่คือซิลิกอน อะลูมิเนียม เหล็ก และแคลเซียมออกไซด์ที่ก่อตัวเป็นแก้วรอบๆ ธาตุ ทำให้ยากต่อการสกัด”สารตกค้างของอะลูมิเนียม ซึ่งบางครั้งเรียกว่า โคลนแดง เป็นผลพลอยได้จากการผลิตอะลูมิเนียมที่เป็นพิษ ในขณะที่ขยะอิเล็กทรอนิกส์มาจากอุปกรณ์ที่ล้าสมัย เช่น คอมพิวเตอร์และสมาร์ทโฟน
ในขณะที่การสกัดของเสียจากอุตสาหกรรมมักเกี่ยวข้องกับการชะล้างด้วยกรดแก่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและไม่เป็นสีเขียว แต่ห้องปฏิบัติการข้าวจะทำความร้อนเถ้าลอยและวัสดุอื่นๆ (รวมกับคาร์บอนแบล็กเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า) ให้อยู่ที่ประมาณ 3,000 องศาเซลเซียส (5,432 องศาฟาเรนไฮต์) ) ในไม่กี่วินาทีกระบวนการนี้เปลี่ยนของเสียให้เป็น "ชนิด REE ที่เปิดใช้งาน" ที่ละลายได้สูง
ทัวร์กล่าวว่าการรักษาเถ้าลอยโดยใช้แฟลชจูลให้ความร้อน "ทำลายกระจกที่ห่อหุ้มองค์ประกอบเหล่านี้และแปลง REE ฟอสเฟตเป็นโลหะออกไซด์ที่ละลายได้ง่ายกว่ามาก"กระบวนการทางอุตสาหกรรมใช้กรดไนตริกเข้มข้น 15 โมลาร์ในการสกัดวัสดุกระบวนการข้าวใช้กรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น 0.1 โมลาร์ที่อ่อนกว่ามากซึ่งยังคงให้ผลผลิตมากขึ้น
ในการทดลองที่นำโดยนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตและผู้เขียนนำ Bing Deng นักวิจัยพบว่าเถ้าลอยถ่านหินแบบแฟลชจูล (CFA) ให้ความร้อนเพิ่มขึ้นมากกว่าเท่าตัวของธาตุหายากส่วนใหญ่โดยใช้กรดอ่อนมากเมื่อเทียบกับการชะล้าง CFA ที่ไม่ผ่านการบำบัดในกรดแก่
“กลยุทธ์นี้เป็นกลยุทธ์ทั่วไปสำหรับของเสียต่างๆ” Bing กล่าว“เราพิสูจน์แล้วว่าผลตอบแทนการฟื้นตัวของ REE ได้รับการปรับปรุงจากเถ้าลอยถ่านหิน แร่อะลูมิเนียมและขยะอิเล็กทรอนิกส์โดยกระบวนการกระตุ้นเดียวกัน”
ลักษณะทั่วไปของกระบวนการทำให้มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Bing กล่าวเนื่องจากมีการผลิตสารตกค้างบอกไซต์และขยะอิเล็กทรอนิกส์หลายล้านตันทุกปี
“กระทรวงพลังงานได้พิจารณาแล้วว่านี่เป็นความต้องการที่สำคัญที่ต้องได้รับการแก้ไข” ทัวร์กล่าว“กระบวนการของเราบอกประเทศว่าเราไม่ต้องพึ่งพาการทำเหมืองที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมหรือแหล่งแร่หายากจากต่างประเทศอีกต่อไป”
ส่งคำถามของคุณโดยตรงถึงเรา