۲۹ سپتامبر ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: نیتیکا والتر-روش تیم تحقیقاتی از گرمایش فلش ژول استفاده می‌کند.
جف فیتلو/دانشگاه رایس
تیمی از محققان به رهبری جیمز تور و شیچن شو از دانشگاه رایس، روشی بسیار سریع برای بازیابی عناصر خاکی کمیاب (REEs) از آهنرباهای دور ریخته شده رونمایی کرده‌اند.این تکنیک در مقایسه با روش‌های بازیافت سنتی، مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی قابل توجهی را نوید می‌دهد.
بازیافت مرسوم عناصر خاکی کمیاب، انرژی‌بر است و زباله‌های سمی تولید می‌کند. این رویکرد جدید از گرمایش فلش ژول (FJH) استفاده می‌کند که به سرعت دمای مواد را در عرض چند میلی‌ثانیه به هزاران درجه می‌رساند و با گاز کلر ترکیب می‌شود تا عناصر کمیاب خاکی را در عرض چند ثانیه استخراج کند.
این روش به آب یا اسید نیاز ندارد، که یک پیشرفت کلیدی برای فرآوری سبزتر است.
تور، استاد شیمی T.T. و W.F. چائو، استاد علوم مواد و مهندسی نانو و نویسنده مسئول مطالعه، گفت: “ما نشان داده‌ایم که می‌توانیم عناصر خاکی کمیاب را در عرض چند ثانیه با حداقل اثرات زیست‌محیطی از زباله‌های الکترونیکی بازیابی کنیم. این نوعی جهش رو به جلو است که برای تأمین یک زنجیره تأمین انعطاف‌پذیر و چرخشی به آن نیاز داریم.”
این رویکرد با تلاش‌های ایالات متحده برای تقویت منابع معدنی داخلی و کاهش وابستگی به واردات مواد حیاتی همسو است.
محققان فرض کردند که FJH همراه با گاز کلر می‌تواند از تفاوت‌ها در انرژی آزاد گیبس و نقاط جوش برای حذف انتخابی عناصر غیر REE از زباله‌های مغناطیسی استفاده کند.
در عمل، آهن، کبالت و سایر عناصر غیر REE ابتدا کلرینه و تبخیر می‌شوند و اکسیدهای REE باقی می‌مانند. این تیم این را روی ضایعات آهنربای نئودیمیوم آهن بور و ساماریوم کبالت آزمایش کرد.
با کنترل دقیق دما در عرض چند ثانیه، عناصر غیر REE به کلریدهای فرار تبدیل شدند و به طور تمیز از عناصر REE جامد جدا شدند.
شو، نویسنده اول این مطالعه و دانشیار فوق دکترا در دانشگاه رایس، گفت: “مزیت ترمودینامیکی این فرآیند را هم کارآمد و هم تمیز کرد. این روش نه تنها در کسری از زمان در مقایسه با مسیرهای سنتی کار می‌کند، بلکه از هرگونه استفاده از آب یا اسید نیز جلوگیری می‌کند، چیزی که تاکنون تصور نمی‌شد امکان‌پذیر باشد.”
آزمایش‌های آزمایشگاهی با ارزیابی چرخه عمر (LCA) و تجزیه و تحلیل‌های فنی-اقتصادی (TEA) تکمیل شدند.
این تیم در یک مرحله به بیش از 90 درصد خلوص و بازده برای بازیابی REE دست یافت. نتایج LCA و TEA نشان دهنده کاهش ۸۷ درصدی مصرف انرژی، کاهش ۸۴ درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای و کاهش ۵۴ درصدی هزینه‌های عملیاتی در مقایسه با هیدرومتالورژی بود.
این فرآیند فوق سریع، ساخت واحدهای بازیافت کوچک یا بزرگ را در نزدیکی نقاط جمع‌آوری زباله‌های الکترونیکی امکان‌پذیر می‌کند. سیستم‌های محلی می‌توانند آهنرباهای استفاده شده را به سرعت و به طور تمیز پردازش کنند و هزینه‌های حمل و نقل و اثرات زیست‌محیطی را کاهش دهند.
تور گفت: “نتایج نشان می‌دهد که این چیزی بیش از یک تمرین دانشگاهی است – این یک مسیر صنعتی قابل اجرا است.”
دانشگاه رایس مجوز مالکیت معنوی را به Flash Metals USA، یک استارتاپ تگزاسی که قصد دارد تا سه ماهه اول ۲۰۲۶ وارد تولید شود، داده است.
نویسندگان همکار شامل محققان رایس، جاستین شارپ، بینگ دنگ، کیمینگ لیو، لوکاس ادی، ویچیانگ چن، جائهو شین، شیهوی چن، هاوکسین یه، خلیل جبیلی، بوون لی، تنگدا سی و کای گونگ هستند. بودجه این پروژه از سوی آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی، دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی و سپاه مهندسان ارتش ایالات متحده تأمین شده است.
این توسعه، گامی بزرگ به سوی یک اقتصاد عناصر نادر خاکی مقیاس‌پذیر، چرخشی و سازگار با محیط زیست است که به طور بالقوه نحوه بازیابی مواد حیاتی در سراسر جهان را متحول می‌کند.
