Groenere technieken kunnen helpen bij het vinden van zeldzame mineralen voor telefoons

Het vinden en winnen van voldoende zeldzame aardmineralen om het groeiende aantal mobiele telefoons van stroom te voorzien is een zware uitdaging die grote schade kan aanrichten aan het milieu – maar nieuwe technieken kunnen hierbij helpen.

Onderzoekers zeggen dat ze waardevolle zeldzame aardelementen (REE) uit afval hebben gehaald met een voldoende hoge opbrengst om problemen voor fabrikanten op te lossen en tegelijkertijd hun winsten te vergroten. De wetenschappers zeiden in a recent papier dat hun proces vriendelijker is voor het milieu omdat het minder energie verbruikt dan andere methoden en de zuurstroom die vaak wordt gebruikt om de elementen terug te winnen, in een straaltje verandert.

"A smartphone Er kunnen maar liefst acht verschillende REE’s in zitten”, aldus een scheikundige van Rice University James Tour, de auteur van het onderzoek, vertelde Digital Trends in een interview. “De rode, blauwe en groene schermkleuren worden versterkt door REE’s, net als het trilmechanisme en de luidsprekers.”

Mineralen die je telefoon draaiende houden

Het laboratorium van Tour gebruikte een speciaal verwarmingsproces dat grafeen produceert uit elke vaste koolstofbron om zeldzame aardmetalen terug te winnen. De mineralen hebben magnetische en elektronische eigenschappen die cruciaal zijn voor moderne elektronica en groene technologieën.

Terwijl bij de industriële winning uit steenkoolvliegas, bauxietresiduen en elektronisch afval meestal sprake is van sterke zuren tijdrovend, niet-groen proces – het Rice-lab verwarmt vliegas en andere materialen tot ongeveer 5.432 graden Fahrenheit in een seconde. Het proces verandert het afval in zeer oplosbare ‘geactiveerde REE-soorten’.

Tour zei dat het behandelen van vliegas door middel van flash-joule-verwarming “het glas breekt dat deze elementen omhult en REE-fosfaten omzet in metaaloxiden die veel gemakkelijker oplossen.” Industriële processen gebruiken een concentratie van 15 molair salpeterzuur om het te extraheren materialen; Bij het rijstproces wordt een veel mildere zoutzuurconcentratie van 0,1 mol gebruikt, die nog steeds meer product oplevert.

De onderzoekers ontdekten dat het snel verwarmen van steenkoolvliegas (CFA) de opbrengst aan de meeste zeldzame aardelementen meer dan verdubbelde met behulp van zeer milde zuren dan het uitlogen van onbehandelde CFA in sterke zuren.

“De strategie is algemeen voor verschillende soorten afval”, zegt Bing Deng, een van de onderzoekers. "We hebben bewezen dat de opbrengsten uit REE-terugwinning werden verbeterd uit steenkoolvliegas, bauxietresidu en elektronisch afval door hetzelfde activeringsproces."

Milieu problemen

Deloitte Global voorspelt dat smartphones – de populairste consumentenelektronica-apparaten ter wereld, naar verwachting een geïnstalleerde basis van 4,5 miljard in 2022 – zal dit jaar 146 miljoen ton CO2 of een gelijkwaardige uitstoot genereren jaar alleen.

“De snelle omzet van nieuwe telefoons per jaar is een probleem, omdat we technologie in een snel tempo consumeren, wat ook gevolgen heeft voor het milieu,” Alexander Gysi, een professor bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen van het New Mexico Institute of Mining & Technology, vertelde Digital Trends in een interview.

Hoewel recycling de uitstoot zou helpen terugdringen, is mijnbouw nog steeds goedkoper en noodzakelijk om aan de groeiende vraag naar technische apparaten te voldoen, zei Gysi. Elk jaar worden hun componenten kleiner en lichter, hebben ze een langere levensduur van de batterij en worden ze opnieuw gemengd om de kwaliteit van de beeldschermen te verbeteren, voegde hij eraan toe.

“Onze mobiele telefoons zijn voorzien van een supercharger met REE en andere metalen zoals koper en goud; Daarom zou het nuttig zijn om sommige onderdelen te kunnen hergebruiken om REE te winnen, maar we zijn er nog niet.”

Gysi zei dat het winnen van REE uit natuurlijke minerale afzettingen moeilijk kan zijn, omdat deze verschillende REE's samen in verschillende mineraalsoorten voorkomen. Om de mineralen te extraheren zijn zowel mechanische of fysieke scheiding als chemische scheiding nodig.

“Bij dit proces kunnen ook chemicaliën betrokken zijn die zorgvuldig moeten worden behandeld via de terugwinning van mijnafval”, aldus Gysi. “Met de mijnbouw- en winningsregels in Noord-Amerika zou het nuttig kunnen zijn om dit lokaal en op een verantwoorde manier te doen, maar het is waarschijnlijk duurder en heeft stimulansen nodig om dit te doen.”

Het laboratorium van Gysi werkt aan nieuwe REE-extractietechnieken. De onderzoekers onderzochten hoe REE’s in natuurlijke systemen chemisch worden gescheiden in superkritische hydrothermale vloeistoffen in de aardkorst.

"Dit zijn in wezen wateroplossingen voor hoge temperaturen en druk", zei Gysi. “We bestuderen hoe verschillende zuren/basen en liganden zoals chloride, fluoride en hydroxyl aan de REE kunnen binden, hun oplosbaarheid kunnen verbeteren en zelfs kunnen helpen deze te fractioneren. Dit maakt het mogelijk het oplosbaarheids- en fractioneringsgedrag van deze metalen te voorspellen en kan mogelijk ook worden gebruikt om nieuwe technologieën te ontwikkelen.”

Nieuwe methoden om mineralen te vinden

Computers kunnen ook de inspanningen om zeldzame mineralen te vinden een impuls geven. Onderzoekers hebben een systeem voor kunstmatige intelligentie (AI) voorgesteld dat een database van zeldzame aardmineralen zou kunnen bestuderen, patronen zou kunnen herkennen en het vervolgens in staat zou stellen nieuwe potentiële overeenkomsten te ontdekken.

Vóór de komst van AI of machine learning (ML) was de ontdekking van nieuwe materialen gebaseerd op vallen en opstaan, materiaalwetenschappers Prashant Singh, van het Ames Laboratory van de Iowa State University en de auteur van de nieuwe studie, vertelde Digital Trends in een interview.

“Het proces om een ​​nieuw ontdekt materiaal van het laboratorium naar de markt te brengen kan twintig tot dertig jaar duren, maar AI/ML kan dit proces aanzienlijk versnellen door materiaaleigenschappen op computers te simuleren voordat u een laboratorium betreedt”, zei Singh. “Dit maakt de AI/ML nuttig voor het ontdekken van technologisch bruikbare verbindingen.”

Aanbevelingen van de redactie

• Je iPhone heeft een geheime functie die het milieu helpt: zo werkt het
• TCL 30XE ​​5G en 30 V 5G zijn de nieuwste toevoegingen aan TCL's 5G-telefoonassortiment
• In 2022 komt er een nieuwe iPhone SE met 5G, maar deze heeft mogelijk hetzelfde oude ontwerp

Upgrade uw levensstijlMet Digital Trends kunnen lezers de snelle technische wereld in de gaten houden met het laatste nieuws, leuke productrecensies, inzichtelijke redactionele artikelen en unieke sneak peeks.