为什么稀土回收是罕见的，我们能做些什么

这篇文章首次发表于Ensia。

耳塞，触摸屏，拥有温暖的光芒节能灯，可充电电池和电动车窗：我们大多数人认为这些事情是理所当然的。当我们这样做，我们也认为是理所当然了一组名为稀土金属，其特殊的电子和磁特性使其许多21世纪技术的关键组成部分的元素。这17元其实都是不够丰富 - 你可能有一些在你的后院 - 但除少数矿床，它们在自然界中发现的低浓度，使他们难以收集。由于他们是手机的组成部分，硬盘驱动器，混合动力汽车，风力涡轮机和其他产品的需求暴涨，稀土金属面对飞涨的需求了。

就在最近的2010年，中国生产了大约世界供应稀土的97％。当年国决定限制出口，这通过屋顶导致价格。

“一些稀土的价格上涨了2000％多，”说的稀土矿业公司莫利矿业，吉姆·西姆斯这最近重新开放带防尘盖的稀土矿在加利福尼亚。部分归功于 - 稀土元素的价格，因为已经下降，现在更不易挥发打开或重新开放莫利矿业的矿山和其他世界各地。尽管如此，烧毁这方面的经验，企业和国家正在努力确保自己的稀土足够的流但它们也可以。

正在探索的一种选择是从使用过的产品回收稀土金属。你可能会认为它会更容易从产品比从地面提取他们恢复稀土，但它不是那么容易，因为它的声音。鉴于现代生活这些产品的重要性，世界各国政府正在资助研究，使回收更加可行的选择。一些公司已经发现它值得。

不是路边

回收稀土元素并不那么容易，因为回收的玻璃或塑料 - 挑战是在几乎每一个层面。

一方面，这些元素存在于东西如手机少量。由于部分变得更小，所以做材料使用量。在触摸屏中，例如，所述元件在整个材料在分子尺度分布。

“它实际上是越来越更难回收电子产品，”艾姆斯实验室的亚历克斯国王在爱荷华州埃姆斯的导演说关键材料研究所- 能源资助的“创新中心”的美国能源部专注于战略，确保被政府确定为关键的5种稀土金属供应。“我们曾经有过的手机在那里你可以振作起来的电池，这可能是回收最大的单一目标。随着智能手机，这些东西都建所以你不能让电池拿出来，至少不容易。”

手机通常是通过粉碎、粉碎和研磨成粉末来回收的。然后，粉末可以被分离成组成材料，以便处置或回收。但新款手机包含的元素比以往任何时候都多——大约有65种。(相比之下，所有的工业系统只使用了大约85种元素。)这使得粉末的分离比老式手机更加复杂。金说:“从岩石中分离稀土元素比从手机中分离要容易。”

分离这些材料通常是指“非常侵蚀性的溶剂或非常高温的熔融金属的处理。这不是简单，”耶鲁大学工业生态学家托马斯Graedel说。

由于讨厌的材料或大量能量的需要，在某些情况下可以回收比开采摆在首位的金属创造更大的环境损害。“需要通过案例分析的情况来决定一个给定的产品是否是一个很好的回收候选人，” Graedel说。

最近的一项研究计算出的完整的能量和生产稀土金属钕的千克为通过循环计算机的硬盘驱动器相对于挖掘原始材料相同量磁体的环境影响。在所考虑的情况下，回收利用了人类的毒性得分超过80％的比挖掘降低和使用的几乎60％的更少的能量。然而，Graedel指出的，“该实施例中恢复时，在磁铁中使用的合金形式钕。”应用，如用作玻璃着色剂需要将其还原为单质形式，这将需要更多的资源。

研究人员，在本杰明·斯普雷彻领导材料创新研究院荷兰代尔夫特的研究人员还发现，粉碎硬盘进行回收会导致90%的钕流失。研究人员写道:“在粉碎材料时产生的大量材料损失，使人们对这种回收利用作为稀缺解决方案的有效性产生了严重怀疑。”他们提出了一种方法来解决这个问题，即手动拆分硬盘驱动器。

当少量的稀土是复杂混合物的一部分时，单独分离这些元素可能过于昂贵，导致一些人认为，电子产品中更有价值的元素，如金、钯和铱，可能使回收具有经济价值。爱达荷国家实验室(Idaho National Laboratory)的埃里克•彼得森(Eric Peterson)表示:“可能是稀土将为加工付出代价，而黄金、铂和钯将成为现金流。”彼得森是关键材料研究所(Critical Materials Institute)稀土再利用和回收研究项目的负责人。

为了解决与回收利用环境和经济问题，关键材料研究所等科研团体，包括欧洲联盟他们正在测试超临界二氧化碳、离子液体、电化学方法等，作为改善稀土回收前景的策略。

获取商品

同时回收稀土的技术挑战是巨大的，Graedel说，他们不是主要的问题。“我认为这是公平地说，我们有回收稀土和许多其他的事情，最大的挑战是收集的挑战，”他说。“这不仅仅是一个技术挑战是社会和监管或许挑战。”

随着价格压力了，至少在目前，并要求回收一些规律，很少有动力去尝试获得回料。截至2011年，稀土的不到1％被回收。人们往往囤积或仍旧手机。车，其可具有在其中驱动一切从雨刷到后视镜调节多于两打的含类电机，没有正式回收。许多电子产品在发展中国家，他们最终可能会在不安全的或低效的方式拆除结束。甚至荧光灯泡，其应该因为管中的汞在法律被回收，仅在大约30％到35％的速率再循环。

对于荧光灯泡的现有基础设施的回收使得它们对于稀土回收很好的候选人，许多专家说。荧光灯泡使用稀土元素的填写颜色光谱：红色和绿色荧光粉粉末是行车灯内是稀土元素铕和铽。回收收集汞，玻璃和灯泡的金属部分，但是它们传统上倾倒的含稀土类白色粉末线管。一些公司正在恢复这些。

虽然LED灯可以在受欢迎程度起飞，大量的荧光灯和紧凑型荧光灯的将是使用了几十年来，彼得森说，因此他们保持良好的目标，以便回收利用。使用LED稀土，太，但用量要小得多比荧光灯泡和方式，使他们更难以回收。“我不相信，这将是可以提取来自LED的稀土以经济的方式，”王指出。

为提高回收稀土的另一种有前途的领域是在保持行业内的集中而不是分散到消费者手中的产品。尖端的风力涡轮机在其电机采用稀土永磁材料;钕和镝制作超级强大的磁场，使马达更强和更简单的机械设计。海上风电场，维修是个不小的壮举，所以企业更倾向于安装最可靠的选择 - 其中包含数百个稀土元素公斤。因为它们含有如此大量的 - 因为他们都集中在固定的风力发电场 - 从风力涡轮机回收稀土比回收他们更可行的产品甩到远播。“有一个更好的机会，他们有一个幸福的第二次生命，” Graedel说。

尽管面临挑战，一些公司正试图使稀土回收工作。法国化工公司罗地亚已经宣布多个稀土回收利用项目。三菱电机报道2012，它正在恢复，从空调回收稀土磁铁，和日立对于硬盘驱动器和空调器，意图磁铁回收机宣布发展带来的技术投入商业运行。本田去年宣布，它已开始恢复从它的混合动力汽车电池的稀土元素。

设计用于回收

含稀土生产可以帮助回收变得更成功的产品之前设计的远见和更好的规划，一些专家指出。

彼得森说，一种方法是尽早分离。“如果你有一个很小的稀土磁铁，一旦你粉碎它们，所有的磁性材料，粉末，会粘在任何含铁的东西上，你就会失去它们，”他说。“我们不知道如何制造可循环利用的东西，尤其是在这个国家。我们必须学会如何做到这一点。”

产品可以被设计成容易拆卸。例如，国王说，他的团队正在尝试在手机上显示，从玻璃的荧光粉分开。“你可以问厂家想出了一个办法让显示器玻璃掉在生命的尽头，”手机被粉碎之前，他说。

另一种可能是将稀土隔离在一个设备中。彼得森说:“我们正在与几家电子产品制造商合作，了解如何制造一块电路板，以便在拆下其他部件之前先拆下某些部件。”彼得森说，一个例子可能是用不同的材料在不同的高度分层建造电路板，这样它们就可以被依次刮掉。或者，模块化的含稀土金属的组件可以被设计成可重复使用。

供需

当然，这一切都是在假定有足够的现成可回收电子产品供应的前提下进行的——目前这可能不是一个安全的假设。例如，风力涡轮机有20到30年的使用寿命，这意味着几乎没有一个可以回收利用。

在最近的一项研究中，绿学院耶勒拉德梅克（荷兰）在荷兰，他和同事计算了从电脑硬盘、混合动力汽车和风力涡轮机中的磁铁中回收稀土的潜力，假设每种情况下都能100%回收。他们发现，从现在到2015年，可回收的数量最多可以达到需求的10%到15%。到2020年，这一比例还会进一步下降，因为需求开始上升，但只有电脑硬盘可以回收。

尽管如此，随着汽车和风力涡轮机的寿命结束，到2030年回收利用理论上可以满足20%以上的需求。“从长远来看，这可能会产生重大影响，”拉德梅克指出。

直到经济，法律或需求赶上，一个想法是节约金属，被困在他们的设备，对于未来。

“有些人说我们应该填埋这一切，并等待更好的技术，”拉德梅克说。“这是城市矿山的想法。如果你有这方面的空间，如果它不是危险的，你可以填埋它安全，保持金属的时刻，当我们不知道该怎么办。”

随着正在开发新的回收策略以及对稀土元素的需求每天都在增长，这是可能的那一刻是不是太远了线。

图像钕铁硼稀土磁铁丹·汉斯科姆通过存在Shutterstock