Các nguyên tố đất hiếm đang chờ đợi trong chất thải

Nguồn: Eurasia Review

Các nguyên tố đất hiếm rất khó kiếm và khó tái chế, nhưng trực giác nhanh nhạy đã đưa các nhà khoa học Đại học Rice hướng tới một giải pháp khả thi.

Phòng thí nghiệm Rice của nhà hóa học James Tour cho biết họ đã chiết xuất thành công các nguyên tố đất hiếm có giá trị (REE) từ chất thải với sản lượng đủ cao để giải quyết các vấn đề cho các nhà sản xuất đồng thời tăng lợi nhuận của họ.

Quy trình gia nhiệt flash Joule của phòng thí nghiệm, được giới thiệu cách đây vài năm để sản xuất graphene từ bất kỳ nguồn carbon rắn nào, hiện đã được áp dụng cho ba nguồn nguyên tố đất hiếm - tro bay than, cặn bauxite và chất thải điện tử - để thu hồi kim loại đất hiếm, vốn có từ tính và điện tử quan trọng đối với điện tử hiện đại và công nghệ xanh.

Các nhà nghiên cứu cho biết quy trình của họ tốt hơn với môi trường bằng cách sử dụng ít năng lượng hơn và biến dòng axit thường được sử dụng để thu hồi các nguyên tố thành dạng nhỏ giọt.

Nghiên cứu xuất hiện trên Science Advances.

Các nguyên tố đất hiếm không thực sự hiếm.Một trong số chúng, xeri, dồi dào hơn đồng, và tất cả đều dồi dào hơn vàng.Nhưng 15 nguyên tố lanthanide này, cùng với yttrium và scandium, được phân bố rộng rãi và rất khó để chiết xuất từ ​​các vật liệu khai thác.

“Hoa Kỳ từng khai thác các nguyên tố đất hiếm, nhưng bạn cũng nhận được rất nhiều nguyên tố phóng xạ,” Tour nói.“Bạn không được phép tái cấp nước, và nó phải được xử lý, điều này rất tốn kém và có vấn đề.Vào ngày Hoa Kỳ loại bỏ hoàn toàn việc khai thác đất hiếm, các nguồn nước ngoài đã tăng giá của họ lên gấp 10 lần ”.

Vì vậy, có rất nhiều động lực để tái chế những gì đã được khai thác, ông nói.Phần lớn trong số đó được chất thành đống hoặc chôn vùi trong tro bay, sản phẩm phụ của các nhà máy nhiệt điện than.“Chúng tôi có hàng núi của nó,” anh nói.“Cặn của than cháy là các oxit silic, nhôm, sắt và canxi tạo thành thủy tinh xung quanh các nguyên tố vi lượng, khiến chúng rất khó chiết xuất”.Bã bôxit, đôi khi được gọi là bùn đỏ, là sản phẩm phụ độc hại của quá trình sản xuất nhôm, trong khi chất thải điện tử là từ các thiết bị lạc hậu như máy tính và điện thoại thông minh.

Trong khi quá trình khai thác công nghiệp từ những chất thải này thường liên quan đến việc rửa trôi bằng axit mạnh, một quá trình mất thời gian và không xanh, phòng thí nghiệm Rice làm nóng tro bay và các vật liệu khác (kết hợp với muội than để tăng cường độ dẫn điện) đến khoảng 3.000 độ C (5,432 độ F. ) trong một giây.Quá trình này biến chất thải thành “các loại REE hoạt hóa” có khả năng hòa tan cao.

Tour cho biết việc xử lý tro bay bằng cách nung nóng Joule “làm vỡ lớp kính bao bọc các phần tử này và chuyển đổi các phốt phát REE thành các ôxít kim loại dễ hòa tan hơn nhiều”.Các quy trình công nghiệp sử dụng nồng độ 15 mol axit nitric để chiết xuất nguyên liệu;quy trình sản xuất lúa gạo sử dụng axit clohydric nồng độ 0,1 mol nhẹ hơn nhiều mà vẫn thu được nhiều sản phẩm hơn.

Trong các thí nghiệm do nhà nghiên cứu sau tiến sĩ và tác giả chính Bing Deng chỉ đạo, các nhà nghiên cứu phát hiện tro bay than đốt nóng flash Joule (CFA) tăng gấp đôi năng suất của hầu hết các nguyên tố đất hiếm sử dụng axit rất nhẹ so với việc rửa trôi CFA chưa qua xử lý trong axit mạnh.

Bing nói: “Chiến lược chung cho các chất thải khác nhau.“Chúng tôi đã chứng minh rằng sản lượng thu hồi REE được cải thiện từ tro bay than, cặn bauxite và chất thải điện tử bằng cùng một quy trình kích hoạt.”

Bing cho biết tính tổng quát của quy trình khiến nó trở nên đặc biệt hứa hẹn vì hàng triệu tấn cặn bauxite và chất thải điện tử cũng được sản xuất mỗi năm.

“Bộ Năng lượng đã xác định đây là một nhu cầu quan trọng cần phải được giải quyết,” ông Tour nói.“Quy trình của chúng tôi cho đất nước biết rằng chúng tôi không còn phụ thuộc vào việc khai thác có hại cho môi trường hoặc các nguồn nước ngoài cho các nguyên tố đất hiếm”.