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求焦耳热的三种方法(百万富翁)

福瑞号2022-12-26 16:10:06创业分享143
闪光焦耳加热从粉煤灰、铝土矿渣、电子垃圾中提取稀土元素
求焦耳热的三种方法(百万富翁)-图1

稀土元素在等待着被废弃

莱斯大学的科学家们说,在粉煤灰中发现的微小玻璃球含有稀土元素,可以回收利用,而不是埋在垃圾填埋场。他们的闪光焦耳加热工艺被用来回收这些元素。资料来源:旅行团/莱斯大学
稀土元素很难获得,也很难回收利用,但莱斯大学的科学家们灵光一现,找到了一个可能的解决方案。
莱斯实验室的化学家詹姆斯·图尔报告说,他们已经成功地从废料中提取出有价值的稀土元素(REE),其产量足以为制造商解决问题,同时提高他们的利润。
该实验室几年前推出的焦耳闪光加热工艺,用于从任何固体碳源生产石墨烯,现在已应用于三种稀土元素来源——粉煤灰、铝土矿渣和电子垃圾——以回收稀土金属,它们具有磁性和电子特性,这对现代电子和绿色技术至关重要。
研究人员说,他们的方法使用更少的能源,并将通常用来回收元素的酸流变成涓涓细流,从而对环境更有利。
这项研究发表在《科学进展》杂志上。
稀土元素其实并不稀有。其中之一,铈比铜更丰富,所有元素都比金更丰富。但这15种镧系元素与钇、钪分布广泛,难以从已开采的材料中提取。
稀土元素在等待着被废弃
莱斯大学化学家James Tour和博士后研究员Bing Deng建立了一个闪光焦耳加热实验。该实验室已将其工艺应用于从粉煤灰、铝土矿渣和电子垃圾中提取稀土元素。资料来源:杰夫·菲特洛/莱斯大学
图尔说:“美国过去开采稀土元素,但也会得到很多放射性元素。”“你不允许再注入水,它必须被处理掉,这是昂贵和有问题的。在美国取消所有稀土开采的那一天,外国资源将其价格提高了10倍。”
他说,因此,回收已经开采的矿产有很大的动力。其中大部分被堆积或掩埋在燃煤电厂的副产品——飞灰中。“我们有堆积如山的垃圾,”他说。“燃煤的残渣是硅、铝、铁和钙的氧化物,它们在微量元素周围形成玻璃,使它们很难提取。”铝土矿渣,有时被称为赤泥,是生产铝的有毒副产品,而电子垃圾来自过时的设备,如电脑和智能手机。
虽然从这些废物中提取的工业通常需要用强酸进行浸出,这是一个耗时且非绿色的过程,但莱斯实验室将飞灰和其他材料(与炭黑结合以增强导电性)加热到大约3000摄氏度(5432华氏度)只需一秒。这一过程将废物转化为高度可溶性的“活化稀土元素”。
Tour说,用焦耳热处理飞灰“打破了包裹这些元素的玻璃,并将稀土磷酸盐转化为更容易溶解的金属氧化物。”工业过程中使用15摩尔浓度的硝酸来提取材料;大米生产过程使用的是温和得多的0.1 mol / l的盐酸,但仍然能生产更多的产品。
在博士后研究人员和第一作者邓兵领导的实验中,研究人员发现,使用非常温和的酸加热煤飞灰(CFA),与在强酸中浸出未经处理的CFA相比,大多数稀土元素的产量增加了一倍以上。
“我们的策略是针对各种各样的废物,”必应说。“我们证明,采用相同的活化工艺,可以提高粉煤灰、铝土矿渣和电子废弃物中稀土元素的回收率。”
Bing说,这个过程的普遍性使它特别有前途,因为每年也会产生数百万吨铝土矿渣和电子垃圾。
“能源部已经确定这是一个必须解决的关键需求,”Tour说。“我们的流程告诉中国,我们不再依赖对环境有害的开采,也不再依赖外国的稀土元素来源。”
图尔的实验室在2020年引入了焦耳闪光加热技术,将煤炭、石油焦和垃圾转化为石墨烯,这是一种单原子厚度的碳,目前这一工艺正在商业化。该实验室后来调整了这一过程,将塑料垃圾转化为石墨烯,并从电子垃圾中提取贵金属。
这项研究的共同作者是研究生王欣和王哲,校友Duy Xuan Luong,本科生罗伯特·卡特和土木与环境工程教授梅森·汤姆森。Tour是T.T.和W.F. Chao化学讲座教授,同时也是计算机科学、材料科学

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