寻找和提取足够的稀土矿物来为越来越多的手机供电是一项艰巨的挑战，可能会对环境造成严重破坏——但新技术可能会有所帮助。
研究人员表示，他们已经以足够高的产量从废物中去除了有价值的稀土元素 (REE)，从而为制造商解决了问题，同时提高了他们的利润。科学家们在最近的一篇论文中表示，他们的工艺对环境更友好，因为它比其他方法使用的能源更少，并将通常用于回收元素的酸流变成了涓涓细流。
该研究的作者、莱斯大学化学家詹姆斯·图尔在接受 Digital Trends 采访时表示：“一部智能手机中可以有多达八种不同的 REE。” “红色、蓝色和绿色的屏幕颜色由 REE 增强，振动机制和扬声器也是如此。”
保持手机运行的矿物质
Tour 的实验室使用了一种特殊的加热工艺，可以从任何固体碳源中生产石墨烯来回收稀土金属。这些矿物具有对现代电子和绿色技术至关重要的磁性和电子特性。
虽然从粉煤灰、铝土矿残渣和电子废物中进行工业提取通常涉及强酸——这是一个耗时的非绿色过程——但赖斯实验室在一秒钟内将飞灰和其他材料加热到约 5,432 华氏度。该过程将废物转化为高度可溶的“活化稀土元素”。
Tour 表示，通过快速焦耳加热处理飞灰“会破坏包裹这些元素的玻璃，并将 REE 磷酸盐转化为更容易溶解的金属氧化物。”工业过程使用 15 摩尔浓度的硝酸来提取材料；大米工艺使用更温和的 0.1 摩尔浓度的盐酸，但仍能产生更多产品。
研究人员发现，与在强酸中浸出未经处理的 CFA 相比，使用非常温和的酸闪蒸加热粉煤灰 (CFA) 使大多数稀土元素的产量增加了一倍以上。
“该策略适用于各种废物，”研究人员之一邓炳说。 “我们证明，通过相同的活化过程，粉煤灰、铝土矿残渣和电子废物的 REE 回收率有所提高。”
环境问题
德勤全球预测，智能手机——全球最受欢迎的消费电子设备，预计到 2022 年的安装基数将达到 45 亿——仅今年一年就将产生 1.46 亿吨二氧化碳或同等排放量。
新墨西哥矿业与技术学院地球与环境科学系教授Alexander Gysi表示：“每年新手机的快速更新是一个问题，因为我们快速消费技术，这也会对环境产生影响。” ，在接受采访时告诉数字趋势。
Gysi 表示，虽然回收有助于减少排放，但采矿仍然更便宜，而且是满足对科技设备不断增长的需求所必需的。他补充说，每年，它们的组件都变得更小更轻，电池寿命更长，并且被重新混合以提高显示器的质量。
“我们的手机充斥着 REE 和铜和金等其他金属；因此，能够重复使用某些部件来提取 REE 将是有益的，但我们还没有做到这一点。”
Gysi 说，从天然矿床中提取 REE 可能很困难，因为这些不同的 REE 同时存在于各种矿物类型中。提取矿物需要机械或物理分离以及化学分离。
“这个过程还可能涉及需要通过矿山废物回收仔细处理的化学品，”Gysi 说。 “根据北美的采矿和开采法规，以负责任的方式在当地进行可能是有益的，但这样做可能会更昂贵，并且需要激励措施。”
Gysi 的实验室正在研究新的 REE 提取技术。研究人员研究了在地壳中的超临界热液中的自然系统中，稀土元素是如何被化学分离的。
“这些本质上是高温高压的水溶液，”Gysi 说。 “我们研究了不同的酸/碱和配体（如氯化物、氟化物和羟基）如何与 REE 结合，提高它们的溶解度，甚至帮助分馏它们。这将允许预测这些金属的溶解度和分馏行为，还可能用于开发新技术。”
寻找矿物的新方法
计算机也可能会促进寻找稀有矿物的努力。研究人员提出了一种人工智能 (AI) 系统，该系统可以研究稀土矿物数据库，识别模式，然后使其能够发现新的潜在匹配项。
爱荷华州立大学艾姆斯实验室的材料科学家Prashant Singh是这项新研究的作者，他告诉 Digital Trends，在人工智能或机器学习 (ML) 出现之前，新材料的发现是基于反复试验。面试。
“将新发现的材料从实验室推向市场的过程可能需要 20 到 30 年，但 AI/ML 可以通过在进入实验室之前在计算机上模拟材料特性来显着加快这一过程，”辛格说。 “这使得 AI/ML 可用于发现技术上有用的化合物。”