Rice Üniversitesi James Tour ve Shichen Xu da dahil olmak üzere bir araştırmacı ekibi, geleneksel geri dönüşüm yöntemlerine göre önemli çevresel ve ekonomik faydalar sunan yenilikçi bir yaklaşım kullanarak nadir toprak unsurlarını (REES) atılan mıknatıslardan kurtarmak için ultra hızlı, tek aşamalı bir yöntem geliştirdi.
Çalışmaları Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri.
Geleneksel nadir toprak geri dönüşümü enerji ağırdır ve toksik atık oluşturur. Araştırma ekibinin yöntemi, malzeme sıcaklıklarını milisaniye içinde binlerce dereceye hızla yükselten Flash Joule Isıtma (FJH) ve klor gazı, su veya asitlere ihtiyaç duymadan saniyeler içinde mıknatıs atıklarından elde etmek için klor gazı kullanır. Atılım, bize iç mineral malzemelerini artırma çabalarını destekliyor.
TT ve WF Chao Kimya Profesörü, Malzeme Bilimi ve Nano -mühendislik profesörü ve ilgili çalışma yazarı Tour, “Nadir toprak elemanlarını minimal çevresel ayak izi ile elektronik atıklardan saniyeler içinde geri kazanabileceğimizi gösterdik.” Dedi. “Dayanıklı ve dairesel bir tedarik zincirini güvence altına almamız gereken türden bir sıçrama.”
Termodinamik seçiciliğe dayanan hipotez
Araştırmacılar, FJH’nin klor gazı ile birleştiğinde, Gibbs serbest enerjisindeki farklılıklardan, bir malzemenin reaktivitesinin bir ölçüsü ve Mıknatıs olmayan elemanları mıknatıs atıklarından seçici olarak çıkarmak için değişen kaynama noktalarından yararlanabileceğini öne sürdü.
Klor gazı varlığında, demir veya kobalt gibi elemanlar önce klorlanır ve buharlaştırır ve REE oksitleri geride bırakır.
Araştırma ekibi, bu işlemi bir klor atmosferi altında ultrafast FJH kullanarak Neodimyum Demir Bor ve Samaryum Kobalt Mıknatıs atığı üzerinde test etti. Sıcaklıkları tam olarak kontrol ederek ve malzemelerin saniyeler içinde ısıtılmasıyla, ree olmayan elemanlar uçucu klorürlere dönüştürüldü ve daha sonra katı reeslerden ayrıldı.
Bilim adamları, olmayan toprak elemanlarının neredeyse anında çıkarıldığını gözlemleyerek daha saf nadir bir toprak kalıntısının geri kazanılmasını sağladılar.
“Termodinamik avantaj, süreci hem verimli hem de temiz hale getirdi,” dedi çalışmanın ilk yazarı Xu ve Rice’da doktora sonrası bir ortağı.
“Bu yöntem sadece geleneksel yollara kıyasla zamanın küçük fraksiyonlarında değil, aynı zamanda su veya asit kullanımından da kaçınıyor, şimdiye kadar mümkün olmayan bir şey.”
Laboratuvar deneylerine ek olarak, araştırmacılar süreçlerini karşılaştırmak için kapsamlı bir yaşam döngüsü değerlendirmesi (LCA) ve tekno-ekonomik analiz (TEA) gerçekleştirdiler. Tek bir adımda REE iyileşmesi için% 90’ın üzerinde saflık ve verim elde ettiler. LCA ve TEA, enerji kullanımında% 87 azalma, sera gazı emisyonlarında% 84 azalma ve hidrometalurjiye kıyasla işletme maliyetlerinde% 54’lük bir azalma olduğunu ortaya koydu.
Çalışmaya göre süreç, su ve asit girişlerine olan ihtiyacı tamamen ortadan kaldırıyor.
Ölçeklenebilir, dairesel nadir toprak ekonomisine doğru
Yeni yöntem, elektronik atıkların toplandığı yere yakın yerleştirilebilen küçük veya büyük, kullanımı kolay geri dönüşüm birimleri oluşturmayı mümkün kılar. Bu yerel sistemler, kullanılmış mıknatısları hızlı ve temiz bir şekilde işleyebilir, nakliye maliyetlerini azaltabilir ve çevreye yardımcı olabilir.
Tour, “Sonuçlar bunun akademik bir egzersizden daha fazlası olduğunu gösteriyor – bu uygun bir endüstriyel yol.” Dedi.
Bu pirinç fikri mülkiyet, Texas’ın Chambers County’de 2026’nın ilk çeyreğinde bu süreçten yararlanmak için üretim modunda olacak bir başlangıç şirketi olan Flash Metals Us’a lisanslanmıştır.
