科學突破或將使稀土元素提取效率倍增

稀土元素被廣泛應用于各種現代技術中，從風力渦輪機到手機。盡管這些元素并非真的那么"稀有"，但其提取和提純過程卻十分困難。

美國東北大學的研究人員帶領團隊開發了一種從煤礦開采廢棄物中提取稀土元素的新方法，其效率是目前現有方法的三倍。這種被稱為煤矸石的廢棄物，由細磨的巖石、水和煤顆粒組成，大量堆積在專門為防止其污染環境而設計的坑中。

在美國，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。據估計，每15億噸此類填埋物中可提取超過60萬噸稀土元素，但現有工藝一直難以高效處理。

這種新的提取工藝包括兩個關鍵步驟：先用堿性溶液蒸煮煤矸石，同時用微波加熱；然后用硝酸處理，將稀土元素從其他巖石成分中分離出來。

研究人員在發表的論文中寫道："結果表明，在酸浸之前對煤矸石進行堿性預處理，會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。這正是以往提取方法效果不佳的原因，也促使科學家在其他來源中尋找稀土。

堿性預處理與微波加熱相結合，改變了包裹稀土元素的礦物結構，將煤矸石轉化為多孔性更強的形態。

東北大學的化學生物學家達米羅拉·達拉莫拉說："事實證明，這樣做實際上是在改變這種材料的固態結構。"

該工藝提取的其中一種稀土元素是釹，它被用于高強度磁體、電動汽車、計算機驅動器和風力渦輪機——所有這些在我們現代生活和向綠色技術的持續轉型中都至關重要。

到目前為止，前景非常樂觀，但仍存在多重挑戰。盡管該提取工藝在效率方面確實有所改進，但其成本仍然高昂，且可能難以大規模推廣。

盡管有大量的煤矸石廢棄物可供利用（例如，僅美國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因地點不同而有所差異。因此，提取工藝在每種情況下都需要進行優化調整。

除此之外，煤矸石中還含有許多其他有用的元素，例如鎂，理想情況下應與稀土元素同時提取。這是另一個需要考慮的因素。

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：因為對稀土元素的需求從未如此巨大，未來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制以及優化煤矸石堿性預處理以實現高效稀土提取的潛力，提供了新的見解。"

這項研究已發表在《環境科學與技術》期刊上。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！