1.1.4　稀土元素的回收

鈷、鋰、鉿、鉭、鎵、鉑族元素等戰(zhàn)略性高科技金屬元素，特別是稀土元素，是當(dāng)今世界開發(fā)高科技和環(huán)保產(chǎn)品的基礎(chǔ)。但是大多數(shù)稀土元素僅分布在中國(guó)、美國(guó)和澳大利亞等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，因此很難滿足日益增長(zhǎng)的稀土需求。圖1-1 顯示了 2019 年不同國(guó)家的稀土元素產(chǎn)量占比情況，圖 1-2 顯示了 2019 年稀土元素在不同應(yīng)用領(lǐng)域的利用概況，在工業(yè)催化劑領(lǐng)域利用占比較大。

圖1-1　2019年不同國(guó)家的稀土元素產(chǎn)量占比情況

圖1-2　2019年稀土元素在不同應(yīng)用領(lǐng)域的利用概況

Dutta等[23]預(yù)測(cè) 2020 年以后全球稀土需求將以 5%的年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。Graede[24]報(bào)道，根據(jù)稀土元素供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境影響和供應(yīng)限制，在不久的將來，銪、鏑和鉺還將因?yàn)槎倘倍媾R供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，富含稀土元素的電子垃圾堆積如山，且還在全球范圍內(nèi)不斷增加，如果這些垃圾變成可利用的資源，將有利于保護(hù)人類健康以及地球日益緊張的稀土資源。因此，許多國(guó)家認(rèn)識(shí)到電子垃圾（主要是廢棄電子產(chǎn)品）回收利用的價(jià)值。對(duì)于稀土的安全供應(yīng)，本質(zhì)上可以考慮兩種選擇：一級(jí)資源（舊礦山或新礦床、海底沉積物、煤灰等）和二級(jí)資源（電子和工業(yè)廢物）。從理論上講，電子廢棄物回收可以滿足很大一部分的稀土需求。全球每年大約有5000萬噸的電子垃圾被填埋處理，但目前只有12.5%的電子垃圾中的金屬被全部回收。除此之外，電子垃圾中含有大量的稀土元素及其他貴金屬，如金、銀、鉑、鈀和銠等，因此回收利用是傳統(tǒng)生產(chǎn)稀土工藝的一個(gè)有前景的替代方式。

然而，稀土元素的回收利用并非易事，各個(gè)方面都面臨著挑戰(zhàn)。首先，這些元素少量存在于手機(jī)等電子產(chǎn)品的微小電子部件中。在一些材料中，例如觸摸屏中，這些稀土元素分布均勻，使提取更加困難。稀土元素沒有被大量回收，主要原因是回收產(chǎn)量較低，但如果回收成為必需的過程或稀土元素的價(jià)格非常高，那么稀土回收量將會(huì)被迫提高。為了應(yīng)對(duì)未來稀土供應(yīng)短缺問題，許多科研工作者希望從電子廢物中高效經(jīng)濟(jì)地回收稀土。這些研究方向包括自動(dòng)分解電子廢料的方法，以及從中提取稀土元素的化學(xué)方法等。

其次，稀土元素的化學(xué)分離是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，也是大量回收活動(dòng)難以進(jìn)行的主要障礙。由于稀土元素之間的化學(xué)相似性，其分離提純變得十分困難。為了開發(fā)稀土元素并減少其對(duì)環(huán)境的影響需要研究新的分離技術(shù)，以降低工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)中稀土分離和回收利用的成本。在這種情況下，F(xiàn)ang等[25]開發(fā)了一種簡(jiǎn)單、快速、低成本的技術(shù)，幫助回收稀土混合物。他們合成了新的有機(jī)化合物[tris （2-tert butylhydroxylaminato）benzylamine （H₃Tri-NO_x）]用于分離稀土。這項(xiàng)研究的中心假設(shè)是：根據(jù)稀土配合物的溶解度差異可以有效地分離稀土混合物。Schelter和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的方法有望通過向供應(yīng)鏈中增加可回收稀土元素的方式來減少稀土浪費(fèi)及稀土開采活動(dòng)。美國(guó)能源部關(guān)鍵材料研究所（CMI）則開發(fā)了一種利用細(xì)菌產(chǎn)生酸來溶解和分離電子碎片中的稀土元素的方法，他們利用葡萄糖酸桿菌消耗糖并產(chǎn)生酸，這種方法更為環(huán)保。目前該研究所正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便將這些概念發(fā)展成具有實(shí)用性和工業(yè)上可行的回收方法。從目前的研究和迄今取得的進(jìn)展來看，回收利用有望成為經(jīng)濟(jì)可行的稀土獲得方法。