Grönare tekniker kan hjälpa till att hitta sällsynta mineraler för telefoner

Att hitta och utvinna tillräckligt med sällsynta jordartsmetaller för att driva det växande antalet mobiltelefoner är en tuff utmaning som kan orsaka förödelse på miljön - men nya tekniker kan hjälpa.

Forskare säger att de har tagit bort värdefulla sällsynta jordartsmetaller (REE) från avfall med tillräckligt hög avkastning för att lösa problem för tillverkarna samtidigt som de ökar deras vinster. Forskarna sa i en färsk tidning att deras process är snällare mot miljön eftersom den använder mindre energi än andra metoder och förvandlar den syraström som ofta används för att återvinna grundämnena till en rännil.

"A smartphone kan ha så många som åtta olika REEs i sig, säger Rice University-kemist James Tour, författaren till studien, berättade för Digital Trends i en intervju. "De röda, blå och gröna skärmfärgerna förstärks av REEs, liksom vibrationsmekanismen och högtalarna."

Mineraler som håller din telefon igång

Tours labb använde en speciell uppvärmningsprocess som producerar grafen från vilken fast kolkälla som helst för att återvinna sällsynta jordartsmetaller. De mineraler har magnetiska och elektroniska egenskaper som är avgörande för modern elektronik och grön teknik.

Medan industriell utvinning från kolflygaska, bauxitrester och elektroniskt avfall vanligtvis involverar stark syra - en tidskrävande, icke-grön process - rislabbet värmer flygaska och andra material till cirka 5 432 grader Fahrenheit i en andra. Processen förvandlar avfallet till mycket lösliga "aktiverade REE-arter."

Tour sa att behandling av flygaska med flash Joule-uppvärmning "bryter glaset som omsluter dessa element och omvandlar REE-fosfater till metalloxider som löser sig mycket lättare.” Industriella processer använder en 15-molar koncentration av salpetersyra för att extrahera material; risprocessen använder en mycket mildare 0,1 molar koncentration av saltsyra som fortfarande ger mer produkt.

Forskarna fann att snabbuppvärmning av kolflygaska (CFA) mer än fördubblade utbytet av de flesta sällsynta jordartsmetaller med mycket mild syra än urlakning av obehandlad CFA i starka syror.

"Strategien är generell för olika avfall," sa Bing Deng, en av forskarna. "Vi bevisade att REE-återvinningsutbytet förbättrades från kolflygaska, bauxitrester och elektroniskt avfall genom samma aktiveringsprocess."

Miljöfrågor

Deloitte Global förutspår att smartphones — världens mest populära hemelektronikenheter som förväntas ha en installerad bas på 4,5 miljarder år 2022 — kommer att generera 146 miljoner ton CO2 eller motsvarande utsläpp detta år bara.

"Den snabba omsättningen av nya telefoner varje år är ett problem eftersom vi konsumerar teknik i snabb takt, vilket också har miljöpåverkan," Alexander Gysi, en professor vid institutionen för jord- och miljövetenskap vid New Mexico Institute of Mining & Technology, berättade för Digital Trends i en intervju.

Även om återvinning skulle hjälpa till att minska utsläppen är gruvdrift fortfarande billigare och nödvändig för att hålla jämna steg med den växande efterfrågan på tekniska enheter, sa Gysi. Varje år blir deras komponenter mindre och lättare, har en längre batteritid och mixas om för att öka kvaliteten på bildskärmar, tillade han.

"Våra mobiltelefoner är överladdade med REE och andra metaller som koppar och guld; Därför skulle det vara fördelaktigt att kunna återanvända några av delarna för att utvinna REE, men vi är inte där än.”

Gysi sa att det kan vara svårt att utvinna REE från naturliga mineralfyndigheter, eftersom dessa olika REE förekommer tillsammans i olika mineraltyper. För att utvinna mineralerna krävs mekanisk eller fysisk separation samt kemisk separation.

"Denna process kan också involvera kemikalier som måste behandlas noggrant genom återvinning av gruvavfall," sa Gysi. "Med gruv- och utvinningsbestämmelserna i Nordamerika kan det vara fördelaktigt att göra det lokalt och på ett ansvarsfullt sätt, men det kommer sannolikt att bli dyrare och behöver incitament för att göra det."

Gysis labb arbetar med nya REE-extraktionstekniker. Forskarna undersökte hur REE separeras kemiskt i naturliga system i superkritiska hydrotermiska vätskor i jordskorpan.

"Detta är i huvudsak högtemperatur- och tryckvattenlösningar," sa Gysi. "Vi studerar hur olika syror/baser och ligander som klorid, fluorid och hydroxyl kan binda till REE, förbättra deras löslighet och till och med hjälpa till att fraktionera dem. Detta kommer att göra det möjligt att förutsäga dessa metallers löslighet och fraktioneringsbeteende och kan även potentiellt användas för att utveckla ny teknik."

Nya metoder för att hitta mineraler

Datorer kan också öka ansträngningarna att hitta sällsynta mineraler. Forskare har föreslagit ett system med artificiell intelligens (AI) som kan studera en databas med sällsynta jordartsmetaller, känna igen mönster och sedan göra det möjligt för den att upptäcka nya potentiella matchningar.

Före tillkomsten av AI eller maskininlärning (ML) baserades upptäckten av nya material på försök och fel, materialforskare Prashant Singh, från Ames Laboratory vid Iowa State University och författaren till den nya studien, berättade för Digital Trends i en intervju.

"Processen att ta ett nyupptäckt material från lab till marknad kan ta 20-30 år, men AI/ML kan påskynda denna process avsevärt genom att simulera materialegenskaper på datorer innan man sätter sin fot i ett labb.” sa Singh. "Detta gör AI/ML användbar för att upptäcka tekniskt användbara föreningar."

Redaktörens rekommendationer

• Din iPhone har en hemlig funktion som hjälper miljön – så här fungerar det
• TCL 30XE ​​5G och 30 V 5G är de senaste tilläggen till TCL: s 5G-telefonutbud
• En ny iPhone SE med 5G kommer 2022, men den kan ha samma gamla design

Uppgradera din livsstilDigitala trender hjälper läsarna att hålla koll på den snabba teknikvärlden med alla de senaste nyheterna, roliga produktrecensioner, insiktsfulla redaktioner och unika smygtittar.