Grønnere teknikker kan bidra til å finne sjeldne mineraler for telefoner

Å finne og utvinne nok mineraler av sjeldne jordarter til å drive det økende antallet mobiltelefoner er en tøff utfordring som kan ødelegge miljøet – men nye teknikker kan hjelpe.

Forskere sier at de har fjernet verdifulle sjeldne jordartselementer (REE) fra avfall med høye nok utbytter til å løse problemer for produsenter samtidig som de øker fortjenesten. Forskerne sa i en fersk papir at prosessen deres er snillere mot miljøet fordi den bruker mindre energi enn andre metoder og gjør syrestrømmen som ofte brukes til å gjenvinne grunnstoffene til en drypp.

"EN smarttelefon kan ha så mange som åtte forskjellige REE-er i seg, sier Rice University-kjemiker James Tour, forfatteren av studien, fortalte Digital Trends i et intervju. "De røde, blå og grønne skjermfargene er forbedret av REEs, det samme er vibrasjonsmekanismen og høyttalerne."

Mineraler som holder telefonen i gang

Tours laboratorium brukte en spesiell oppvarmingsprosess som produserer grafen fra en hvilken som helst solid karbonkilde for å gjenvinne sjeldne jordmetaller. De mineraler har magnetiske og elektroniske egenskaper som er kritiske for moderne elektronikk og grønn teknologi.

Mens industriell utvinning fra kullflyveaske, bauxittrester og elektronisk avfall vanligvis involverer sterk syre - en tidkrevende, ikke-grønn prosess - rislaboratoriet varmer opp flyveaske og andre materialer til omtrent 5432 grader Fahrenheit i en sekund. Prosessen gjør avfallet til svært løselige "aktiverte REE-arter."

Tour sa at behandling av flyveaske med flash Joule-oppvarming "knuser glasset som omslutter disse elementene og omdanner REE-fosfater til metalloksider som løser seg mye lettere." Industrielle prosesser bruker en 15-molar konsentrasjon av salpetersyre for å trekke ut materialer; Rice-prosessen bruker en mye mildere 0,1-molar konsentrasjon av saltsyre som fortsatt gir mer produkt.

Forskerne fant at hurtigvarmende kullflyveaske (CFA) mer enn doblet utbyttet av de fleste sjeldne jordartselementer ved å bruke svært mild syre enn utvasking av ubehandlet CFA i sterke syrer.

"Strategien er generell for ulike avfall," sa Bing Deng, en av forskerne. "Vi beviste at REE-gjenvinningsutbyttet ble forbedret fra kullflyveaske, bauxittrester og elektronisk avfall ved den samme aktiveringsprosessen."

Miljøspørsmål

Deloitte Global spår at smarttelefoner — verdens mest populære forbrukerelektronikkenheter som forventes å ha en installert base på 4,5 milliarder i 2022 – vil generere 146 millioner tonn CO2 eller tilsvarende utslipp dette år alene.

"Den raske omsetningen av nye telefoner hvert år er et problem ettersom vi bruker teknologi i et raskt tempo, som også har miljøpåvirkninger," Alexander Gysi, en professor ved Institutt for jord- og miljøvitenskap ved New Mexico Institute of Mining & Technology, fortalte Digital Trends i et intervju.

Mens resirkulering vil bidra til å kutte utslipp, er gruvedrift fortsatt billigere og nødvendig for å holde tritt med den økende etterspørselen etter teknologiske enheter, sa Gysi. Hvert år blir komponentene deres mindre og lettere, har lengre batterilevetid og remikses for å øke kvaliteten på skjermene, la han til.

«Våre mobiltelefoner er superladet med REE og andre metaller som kobber og gull; Derfor vil det være fordelaktig å kunne gjenbruke noen av delene for å trekke ut REE, men vi er ikke der ennå.»

Gysi sa at det kan være vanskelig å utvinne REE fra naturlige mineralforekomster, fordi disse ulike REE-ene forekommer sammen i ulike mineraltyper. For å utvinne mineralene krever mekanisk eller fysisk separasjon samt kjemisk separasjon.

"Denne prosessen kan også involvere kjemikalier som må behandles nøye gjennom gjenvinning av gruveavfall," sa Gysi. "Med gruve- og utvinningsbestemmelsene i Nord-Amerika kan det være fordelaktig å gjøre det lokalt og på en ansvarlig måte, men det vil sannsynligvis bli dyrere og trenger insentiver for å gjøre det."

Gysis laboratorium jobber med nye REE-ekstraksjonsteknikker. Forskerne undersøkte hvordan REE-er separeres kjemisk i naturlige systemer i superkritiske hydrotermiske væsker i jordskorpen.

"Dette er i hovedsak høytemperatur- og trykkvannløsninger," sa Gysi. "Vi studerer hvordan forskjellige syre/baser og ligander som klorid, fluor og hydroksyl kan binde seg til REE, forbedre deres løselighet og til og med hjelpe til med å fraksjonere dem. Dette vil tillate å forutsi disse metallenes løselighet og fraksjoneringsadferd og kan også potensielt brukes til å utvikle nye teknologier."

Nye metoder for å finne mineraler

Datamaskiner kan også øke innsatsen for å finne sjeldne mineraler. Forskere har foreslått et system med kunstig intelligens (AI) som kan studere en database med sjeldne jordartsmineraler, gjenkjenne mønstre og deretter sette den i stand til å oppdage nye potensielle treff.

Før bruken av AI eller maskinlæring (ML), var oppdagelsen av nye materialer basert på prøving og feiling, sier materialforsker Prashant Singh, fra Ames Laboratory ved Iowa State University og forfatteren av den nye studien, fortalte Digital Trends i et intervju.

"Prosessen for å ta et nyoppdaget materiale fra laboratorium til marked kan ta 20-30 år, men AI/ML kan øke hastigheten på denne prosessen betydelig ved å simulere materialegenskaper på datamaskiner før du setter foten i et laboratorium. sa Singh. "Dette gjør AI/ML nyttig for å oppdage teknologisk nyttige forbindelser."

Redaktørenes anbefalinger

• Din iPhone har en hemmelig funksjon som hjelper miljøet – slik fungerer det
• TCL 30XE ​​5G og 30 V 5G er de siste tilskuddene til TCLs 5G-telefonutvalg
• En ny iPhone SE med 5G kommer i 2022, men den kan ha samme gamle design

Oppgrader livsstilen dinDigitale trender hjelper leserne å følge med på den fartsfylte teknologiverdenen med alle de siste nyhetene, morsomme produktanmeldelser, innsiktsfulle redaksjoner og unike sniktitter.