磷酸鹽廢物中的稀土元素

尋找從磷酸鹽巖開采廢物中提取稀土元素的無害環(huán)境方法可為戰(zhàn)略上重要的材料提供新的來源。稀土元素已成為地球上最具戰(zhàn)略意義的材料之一。許多高科技產(chǎn)業(yè)依賴于稀土元素，如釹和鏑，用于太陽能，風(fēng)能和電動(dòng)汽車，以及現(xiàn)代電子產(chǎn)品，如智能手機(jī)和醫(yī)療設(shè)備。稀土元素特別稀少，但通常不會(huì)以足夠的濃度積累以在經(jīng)濟(jì)上可行地提取。目前，中國控制著近90%的稀土元素供應(yīng) - 這一事實(shí)讓一些國家安全專家感到緊張。

稀土元素有多種來源，包括硬巖開采和沉積物凈化。世界范圍內(nèi)的替代資源和近期日本海岸海底泥漿儲(chǔ)量的公告以及亞特蘭大南部喬治亞州高嶺土礦的來源顯示了一些前景。現(xiàn)在，羅格斯大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的稀土元素來源 - 磷酸鹽巖廢料。

每年開采約2.5億噸磷酸鹽巖，用于生產(chǎn)磷肥用于肥料。在美國，2017年開采了大約2800萬公噸。稀土元素通常在磷礦石中的濃度低于0.1%。這意味著每年約有100,000噸這些元素最終用于磷石膏廢料 - 幾乎與全球每年生產(chǎn)的約126,000噸稀土氧化物一樣多。

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復(fù)蘇

從磷石膏中回收稀土元素 - 來自磷酸生產(chǎn)的廢產(chǎn)物 - 具有潛力，但必須以無害環(huán)境的方式進(jìn)行。從礦石中提取元素的常規(guī)方法產(chǎn)生數(shù)百萬噸的有毒和酸性污染物。但羅格斯工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系的Paul J. Antonick和Zhichao Hu說，另一種方法可能使用細(xì)菌產(chǎn)生的有機(jī)酸。他們?cè)诹_格斯大學(xué)的新聞稿中描述了他們的工作。

根據(jù)發(fā)布的消息，“研究小組探索了使用礦物和有機(jī)酸，包括生物酸混合物，從合成磷石膏中提取六種稀土元素(釔，鈰，釹，釤，銪和鐿)。”愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室的大衛(wèi)·里德生產(chǎn)了生物酸混合物 - 主要由葡萄糖酸組成，天然存在于水果和蜂蜜中 - 通過在葡萄糖上培養(yǎng)細(xì)菌氧化葡糖桿菌。從發(fā)布的結(jié)果來看，“結(jié)果表明，在相同的pH值(2.1)或酸度下，生物酸比純葡萄糖酸更好地提取稀土元素。在這種情況下，無機(jī)酸(硫酸和磷酸)未能提取任何稀土元素。當(dāng)四種酸在相同濃度下進(jìn)行測試時(shí)，只有硫酸比生物酸更有效。“

對(duì)于該研究，使用在實(shí)驗(yàn)室中制備的合成磷石膏來評(píng)估該過程。這使得材料的組成易于控制。下一步將是測試工業(yè)磷石膏上的生物酸以及磷酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有稀土元素的其他廢物。這種工業(yè)樣品要復(fù)雜得多，并且可以指示磷酸鹽開采是否是這些戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料的可行來源。

高級(jí)編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源，汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位，專攻空氣動(dòng)力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個(gè)關(guān)于電動(dòng)摩托車的世界陸地速度記錄。