未來，回收技術(shù)能將一臺完整的設(shè)備經(jīng)過粉碎機解體，再從不同組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，例如這些中國的磁鐵。攝影：NELSON CHING, BLOOMBERG VIA GETTY IMAGES

　　撰文：Rebecca Guenard
　　“分解一輛汽車其實是一種聲學現(xiàn)象。”馬薩諸塞州伍斯特理工學院的化學及生物化學教授Marion Emmert說道。
　　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，她是在利用實驗室版的工業(yè)粉碎機來將汽車引擎切成碎片。此舉并不會產(chǎn)生什么聲學奇觀，然而粉碎機威力強勁，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自中國。2010年，中國減少了稀土金屬的出口份額，價格隨之飆升。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)從廢品清理場和垃圾填埋場堆積成山的移動設(shè)備中回收利用稀土金屬。
　　“我們是不會真正消耗掉稀土金屬的。”賓夕法尼亞大學化學副教授Eric Schelter說道，“它們僅僅是化學元素而已，我們需要找出更聰明的方法來重新利用它們。”
　　稀土元素的力量與挑戰(zhàn)
　　稀土元素是16種擁有獨特性質(zhì)的元素總稱，從燈泡到智能手機，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，稀土金屬會按不同比例加以混合。釔和釹被制造成合金，應(yīng)用于風力發(fā)電機的磁鐵之中。釹、鏑和鐠被結(jié)合起來打造電動引擎的組件。你智能手機的屏幕之所以能擁有顏色和響應(yīng)觸摸，是因為其中嵌入了銪和鋱。
　　大型稀土礦床非常稀有，但稀土元素本身可謂是無處不在，只不過含量極低而已。中國之所以能壟斷稀土產(chǎn)出，部分是因為它不像其他國家那樣強制實行嚴格的采礦環(huán)境標準。
　　從一種材料里面分離稀土需要用到大量腐蝕性的酸。這種過程也會在地殼的放射性化合物中自然發(fā)生。對采礦廢水和放射性廢物的處理使得在中國以外的地方經(jīng)濟性地收集稀土礦石成為一大挑戰(zhàn)。唯一一家嘗試過環(huán)保開采稀土的美國公司在兩年內(nèi)便宣告破產(chǎn)。
　　美國地質(zhì)調(diào)查局稱，美國每年進口數(shù)千噸稀土。研究人員正在尋找通過從各種科技產(chǎn)品里回收稀土的獨特方式來減少對中國稀土出口的依賴。
　　為了從電動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，例如過度加熱和接觸強酸。她制定出了一個簡單有效的工藝，使成本和浪費最小化。她表示，如今電動引擎制造商對這種工藝能否達到工業(yè)規(guī)模產(chǎn)生了興趣。
　　生物解決方案
　　William Bonificio還是哈佛大學大衛(wèi)克拉克實驗室的一位博士生時，就對將先進生物科學應(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，能否利用細菌來回收那些對未來能源技術(shù)有著關(guān)鍵作用的稀缺金屬。”Bonificio說道。
　　解決方案中，細菌表面覆蓋著各種有著不同結(jié)構(gòu)和負電荷的分子以吸引稀土的正電荷。Bonificio通過調(diào)節(jié)PH值來從細菌上分離稀土，加以清洗，將其析出。

　　天津的一家實驗里，稀土金屬已經(jīng)準備好了。攝影：DOUG KANTER, BLOOMBERG VIA GETTY IMAGES

　　細菌在分離稀土簇合物時表現(xiàn)良好，但Bonificio承認在單獨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)合起來的物質(zhì)中單獨提取特定稀土元素，并將之提純成最初的原材料。
　　Schelter位于賓州的團隊正在研究，如何用基礎(chǔ)化學手段從混合物中單獨提取各種稀土元素，使其能達到從中國開采并大規(guī)模購買的純產(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，會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，Schelter已經(jīng)努力改善了配體的功能，并對分離稀土的規(guī)律有了更深的了解，以便未來的工業(yè)應(yīng)用。
　　不過“Rare Earth Salts”公司稱，未來即將成為現(xiàn)實。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性能，并據(jù)此建造了一座回收工廠，能讓每千克稀土的進口價降低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)計在今年年底前利用緊湊型熒光燈來生產(chǎn)五種高濃度稀土。他們希望在明年第一階段每個月能生產(chǎn)18噸稀土，最終達到每個月36噸的稀土產(chǎn)量。
　　Brewer表示該公司正在謹慎行事，因為他們不希望自己遭遇類似Solvay公司的命運。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。
　　“過去五年來，有過許多嘗試啟動的稀土分離技術(shù)，可許多人都因為在過程中遭遇困難而心碎一地。”Brewer說道。
　　未來，回收技術(shù)能將一臺完整的設(shè)備經(jīng)過粉碎機解體，再從不同組件中回收所有的稀土嗎？Emmert回答，“是的，那正是一個理想狀態(tài)。我們會竭盡全力讓它成真。”
　?。ㄗg者：紅心之王）