研究人员发现了潜在的稀土元素新来源

根据发表在《化学热力学杂志》上的一项研究，研究人员已经发现了一种可能的稀土元素的新来源——磷酸盐岩石废料，以及一种环保的方式将它们排出体外。

罗格斯大学-新布伦瑞克分校(Rutgers University-New Brunswick)的研究人员和美国关键材料研究所(Critical Materials Institute)的其他成员表示，这种方法可能有利于清洁能源技术。

钕和镝等稀土元素是太阳能、风能等技术、先进汽车以及智能手机等现代电子产品不可或缺的元素。但是，美国稀土元素生产的短缺使我们的能源安全面临风险。中国生产了大约90%的稀土元素。

从磷酸生产过程中产生的磷石膏废料中回收它们是一种潜在的解决方案。据估计，每年开采2.5亿吨磷矿生产化肥用磷酸。2017年，美国开采了约2800万吨稀土。磷矿中稀土元素含量一般小于0.1%。但在世界范围内，每年大约有10万吨磷石膏废料中含有这些元素。这几乎相当于全球每年约12.6万吨稀土氧化物的产量。

从矿石中提取稀土元素的传统方法会产生数百万吨有毒和酸性污染物。不过，该研究的联合首席作者保罗·j·安托尼克(Paul J. Antonick)和胡志超(Zhichao Hu)表示，另一种方法可能使用细菌产生的有机酸，而不是使用刺激性化学物质来提取这些元素。他们是由罗格斯大学工程学院材料科学与工程系著名教授理查德·e·里曼(Richard E. Riman)领导的热力学团队的成员。

磷石膏，一开始是水状的，干燥后形成外壳。图:美国环境保护局研究小组探索了利用矿物和有机酸，包括一种生物酸混合物，从合成磷石膏中提取六种稀土元素(钇、铈、钕、钐、铕和镱)。爱达荷州国家实验室的大卫·里德领导的科学家们通过在葡萄糖上培养氧化葡萄糖杆菌，生产出了这种主要由葡萄糖酸组成的生物酸混合物。葡萄糖酸存在于水果和蜂蜜中，是天然存在的。结果表明，在相同pH值(2.1)或酸度下，生物酸比纯葡萄糖酸提取稀土元素的效果更好。在这种情况下，无机酸(硫酸和磷酸)无法提取任何稀土元素。当四种酸的浓度相同时，只有硫酸比生物酸更有效。

下一步将是在工业磷石膏和其他生产过程中产生的废料上测试生物酸，这些废料也含有稀土元素。在他们最初的研究中，研究人员评估了实验室生产的磷石膏，这样他们就可以很容易地控制其成分。工业样品更为复杂。

除了Riman、Antonick和Hu，罗格斯大学的研究小组还包括了合著者Paul Kim。除了爱达荷国家实验室，新泽西州雪松诺尔斯的OLI Systems Inc.的研究人员也参与了这项研究;加州大学戴维斯分校;以及劳伦斯利弗莫尔国家实验室。