科学突破或将使稀土元素提取效率倍增

稀土元素被广泛应用于各种现代技术中，从风力涡轮机到手机。尽管这些元素并非真的那么"稀有"，但其提取和提纯过程却十分困难。

美国东北大学的研究人员带领团队开发了一种从煤矿开采废弃物中提取稀土元素的新方法，其效率是目前现有方法的三倍。这种被称为煤矸石的废弃物，由细磨的岩石、水和煤颗粒组成，大量堆积在专门为防止其污染环境而设计的坑中。

在美国，大部分此类废弃物最终被用作建筑材料的填充物，或直接倾倒。据估计，每15亿吨此类填埋物中可提取超过60万吨稀土元素，但现有工艺一直难以高效处理。

这种新的提取工艺包括两个关键步骤：先用碱性溶液蒸煮煤矸石，同时用微波加热；然后用硝酸处理，将稀土元素从其他岩石成分中分离出来。

研究人员在发表的论文中写道："结果表明，在酸浸之前对煤矸石进行碱性预处理，会显著影响稀土元素的提取效率，而其在碱性溶液中的提取量极小。"

从煤矸石中提取稀土元素，需要将其从紧密包裹的粘土矿物中分离出来。这正是以往提取方法效果不佳的原因，也促使科学家在其他来源中寻找稀土。

碱性预处理与微波加热相结合，改变了包裹稀土元素的矿物结构，将煤矸石转化为多孔性更强的形态。

东北大学的化学生物学家达米罗拉·达拉莫拉说："事实证明，这样做实际上是在改变这种材料的固态结构。"

该工艺提取的其中一种稀土元素是钕，它被用于高强度磁体、电动汽车、计算机驱动器和风力涡轮机——所有这些在我们现代生活和向绿色技术的持续转型中都至关重要。

到目前为止，前景非常乐观，但仍存在多重挑战。尽管该提取工艺在效率方面确实有所改进，但其成本仍然高昂，且可能难以大规模推广。

尽管有大量的煤矸石废弃物可供利用（例如，仅美国宾夕法尼亚州就有约20亿吨存量），但这些岩石的矿物组成会因地点不同而有所差异。因此，提取工艺在每种情况下都需要进行优化调整。

除此之外，煤矸石中还含有许多其他有用的元素，例如镁，理想情况下应与稀土元素同时提取。这是另一个需要考虑的因素。

尽管如此，即使存在上述限制，提取效率的大幅提升仍然值得庆贺：因为对稀土元素的需求从未如此巨大，未来几年我们将需要更多此类资源。

研究人员写道："这种方法为理解稀土元素的释放机制以及优化煤矸石碱性预处理以实现高效稀土提取的潜力，提供了新的见解。"

这项研究已发表在《环境科学与技术》期刊上。

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