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　　未來(lái)，回收技術(shù)能將一臺(tái)完整的設(shè)備經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)解體，再?gòu)牟煌M件中回收所有的稀土嗎？
　　

　　稀土金屬被應(yīng)用于許多高科技領(lǐng)域之中，例如這些中國(guó)的磁鐵。攝影：NELSON CHING, BLOOMBERG VIA GETTY IMAGES

　　撰文：Rebecca Guenard
　　“分解一輛汽車其實(shí)是一種聲學(xué)現(xiàn)象。”馬薩諸塞州伍斯特理工學(xué)院的化學(xué)及生物化學(xué)教授Marion Emmert說(shuō)道。
　　作為該?；厥绽醚芯恐行牡囊粏T，Emmert從五年前開始研究汽車回收。更確切地說(shuō)，她是在利用實(shí)驗(yàn)室版的工業(yè)粉碎機(jī)來(lái)將汽車引擎切成碎片。此舉并不會(huì)產(chǎn)生什么聲學(xué)奇觀，然而粉碎機(jī)威力強(qiáng)勁，必須穩(wěn)定在地面上以保證安全。
　　Emmert是為了從汽車引擎研磨中獲取貴重金屬。這些金屬是我們高科技生活方方面面所必需的，卻供給不足。
　　這類貴重金屬名為稀土金屬，全球97%的稀土金屬供給都來(lái)自中國(guó)。2010年，中國(guó)減少了稀土金屬的出口份額，價(jià)格隨之飆升。從那以后，研究人員紛紛為了獲得可持續(xù)的稀土資源而展開競(jìng)賽。作為這方面的努力之一，就是利用綠色能源技術(shù)從廢品清理場(chǎng)和垃圾填埋場(chǎng)堆積成山的移動(dòng)設(shè)備中回收利用稀土金屬。
　　“我們是不會(huì)真正消耗掉稀土金屬的。”賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)副教授Eric Schelter說(shuō)道，“它們僅僅是化學(xué)元素而已，我們需要找出更聰明的方法來(lái)重新利用它們。”
　　稀土元素的力量與挑戰(zhàn)
　　稀土元素是16種擁有獨(dú)特性質(zhì)的元素總稱，從燈泡到智能手機(jī)，從武器系統(tǒng)到可替代能源，應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，稀土金屬會(huì)按不同比例加以混合。釔和釹被制造成合金，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁鐵之中。釹、鏑和鐠被結(jié)合起來(lái)打造電動(dòng)引擎的組件。你智能手機(jī)的屏幕之所以能擁有顏色和響應(yīng)觸摸，是因?yàn)槠渲星度肓虽B和鋱。
　　大型稀土礦床非常稀有，但稀土元素本身可謂是無(wú)處不在，只不過(guò)含量極低而已。中國(guó)之所以能壟斷稀土產(chǎn)出，部分是因?yàn)樗幌衿渌麌?guó)家那樣強(qiáng)制實(shí)行嚴(yán)格的采礦環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。
　　從一種材料里面分離稀土需要用到大量腐蝕性的酸。這種過(guò)程也會(huì)在地殼的放射性化合物中自然發(fā)生。對(duì)采礦廢水和放射性廢物的處理使得在中國(guó)以外的地方經(jīng)濟(jì)性地收集稀土礦石成為一大挑戰(zhàn)。唯一一家嘗試過(guò)環(huán)保開采稀土的美國(guó)公司在兩年內(nèi)便宣告破產(chǎn)。
　　美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局稱，美國(guó)每年進(jìn)口數(shù)千噸稀土。研究人員正在尋找通過(guò)從各種科技產(chǎn)品里回收稀土的獨(dú)特方式來(lái)減少對(duì)中國(guó)稀土出口的依賴。
　　為了從電動(dòng)引擎中提取稀土元素，Emmert采用了引擎制造商通常所避免的措施，例如過(guò)度加熱和接觸強(qiáng)酸。她制定出了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的工藝，使成本和浪費(fèi)最小化。她表示，如今電動(dòng)引擎制造商對(duì)這種工藝能否達(dá)到工業(yè)規(guī)模產(chǎn)生了興趣。
　　生物解決方案
　　William Bonificio還是哈佛大學(xué)大衛(wèi)克拉克實(shí)驗(yàn)室的一位博士生時(shí)，就對(duì)將先進(jìn)生物科學(xué)應(yīng)用到采礦和回收等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生了靈感。
　　“我們的想法是，能否利用細(xì)菌來(lái)回收那些對(duì)未來(lái)能源技術(shù)有著關(guān)鍵作用的稀缺金屬。”Bonificio說(shuō)道。
　　解決方案中，細(xì)菌表面覆蓋著各種有著不同結(jié)構(gòu)和負(fù)電荷的分子以吸引稀土的正電荷。Bonificio通過(guò)調(diào)節(jié)PH值來(lái)從細(xì)菌上分離稀土，加以清洗，將其析出。

　　天津的一家實(shí)驗(yàn)里，稀土金屬已經(jīng)準(zhǔn)備好了。攝影：DOUG KANTER, BLOOMBERG VIA GETTY IMAGES

　　細(xì)菌在分離稀土簇合物時(shí)表現(xiàn)良好，但Bonificio承認(rèn)在單獨(dú)提取特定稀土元素方面還存在困難。Emmert回收到的也是混合物。
　　稀土回收的真正竅門，在于從結(jié)合起來(lái)的物質(zhì)中單獨(dú)提取特定稀土元素，并將之提純成最初的原材料。
　　Schelter位于賓州的團(tuán)隊(duì)正在研究，如何用基礎(chǔ)化學(xué)手段從混合物中單獨(dú)提取各種稀土元素，使其能達(dá)到從中國(guó)開采并大規(guī)模購(gòu)買的純產(chǎn)品程度。
　　去年，Schelter帶領(lǐng)的一位博士生合成了一種叫做三角架配體的分子（tripodal ligand）。配體在被用于提取稀土離子混合物時(shí)，會(huì)利用分子臂間的空間選擇性地匹配稀土離子。一旦稀土離子被抓住后，就能將之隔離并加以提純。自從發(fā)現(xiàn)這種分子以來(lái)，Schelter已經(jīng)努力改善了配體的功能，并對(duì)分離稀土的規(guī)律有了更深的了解，以便未來(lái)的工業(yè)應(yīng)用。
　　不過(guò)“Rare Earth Salts”公司稱，未來(lái)即將成為現(xiàn)實(shí)。該公司創(chuàng)始人及首席執(zhí)行官Joseph Brewer宣稱發(fā)現(xiàn)了稀土的一種新的基本化學(xué)性能，并據(jù)此建造了一座回收工廠，能讓每千克稀土的進(jìn)口價(jià)降低2美元。
　　Rare Earth Salts在內(nèi)布拉斯加州建造了一座商業(yè)示范工廠，預(yù)計(jì)在今年年底前利用緊湊型熒光燈來(lái)生產(chǎn)五種高濃度稀土。他們希望在明年第一階段每個(gè)月能生產(chǎn)18噸稀土，最終達(dá)到每個(gè)月36噸的稀土產(chǎn)量。
　　Brewer表示該公司正在謹(jǐn)慎行事，因?yàn)樗麄儾幌Ｍ约涸庥鲱愃芐olvay公司的命運(yùn)。Solvay公司表示由于缺乏盈利能力，將于今年年底前關(guān)閉稀土回收工廠。
　　“過(guò)去五年來(lái)，有過(guò)許多嘗試啟動(dòng)的稀土分離技術(shù)，可許多人都因?yàn)樵谶^(guò)程中遭遇困難而心碎一地。”Brewer說(shuō)道。
　　未來(lái)，回收技術(shù)能將一臺(tái)完整的設(shè)備經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)解體，再?gòu)牟煌M件中回收所有的稀土嗎？Emmert回答，“是的，那正是一個(gè)理想狀態(tài)。我們會(huì)竭盡全力讓它成真。”
　?。ㄗg者：紅心之王）