AGU新书Rare Earth Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification全面探索了稀土生产的创新，使其更具可持续性。
稀土元素被广泛应用于现代技术中，包括电子、清洁能源、国防、航空航天和汽车等领域。重要的是，对稀土日益增长的需求需要以比过去更环保、社会和经济可持续的方式来满足。
本书描述了稀土的来源和生产方法，这些方法有潜力使稀土回收、加工和提纯的过程更具可持续性。
AGU新书速递
稀土元素：可持续回收、加工和提纯
Rare Earth Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification
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Print ISBN: 978-1-119-51503-6
出版时间：2024/10
总页数：400
编者：
Athanasios Karamalidis
Roderick Eggert
版权信息：© 2024. The authors. CC BY-NC-ND 3.0
本书要点
全球稀土生产、储量和资源概览
降低成本和环境影响的回收过程改进
以前技术上不可行的潜在稀土新来源
作为其他活动副产品的稀土回收方案
来自学术界、工业界、政府、研究和非营利组织的专家的贡献
编者访谈
黑沙滩上的稀土。稀土元素被用来制造数百种高科技产品和日常用品。资料来源：Phawat, Adobe Stock
稀土是一组金属元素。回想一下高中化学，元素周期表底部那些晦涩难懂、难以发音的元素就是它们，包括镧系的15种元素加上钪和钇组成。
本书介绍了稀土的来源和生产方法，这些方法有可能使回收、加工和净化更加可持续。下文中，我们邀请本书的主编来谈一谈稀土行业的发展以及最新的技术和工艺。
稀土元素有什么用途？
这些元素的名称——比如镨、镝和镱——可能不是你日常会谈论到的内容，但它们绝对是你日常生活中的一部分。稀土元素是200多种产品的关键组成部分，尤其是高科技消费品，如手机、电脑硬盘、电动和混合动力汽车，以及平板显示器和电视。例如，耳机技术以及将其设计得更小的可能性都是因为其中含有强力的钕磁铁。
除了家用物品外，稀土还有许多其他用途，例如在国防装备和技术中，如电子显示器、制导系统、激光器以及雷达和声纳系统。
所有这些应用需要多少稀土元素？
与产品总重量、体积或价值相比，这些不同应用和设备中使用的每种元素的数量实际上非常小。然而，当你将每个设备所需的微小数量乘以全球设备的数量时，所需的数量是巨大的，并且还在不断增长。
你认为随着时间的推移，对稀土的需求会如何变化，为什么？
对稀土的需求取决于许多技术、工业、市场和地缘政治因素，但它肯定会增加。例如，依赖钕、镨和镝元素的小型强力稀土磁铁在最高效的电动机中至关重要，而电动机又对电气化和能源转型至关重要。磁铁行业之外的许多行业将继续严重依赖稀土。
当前预测表明，未来几十年，对稀土的需求将增加到现有需求的3到7倍。这一趋势的关键驱动因素是全球新的能源转型战略和脱碳努力，这些努力正在推动可再生技术的开发和增加对它们的依赖，所有这些都需要更多地使用稀土元素。
这本书探讨了稀土的回收、加工和提纯。你能简要描述这些步骤吗？
生产稀土的确切步骤因来源而异。通常，回收指的是从原始介质或状态中提取稀土，包括矿石、采矿尾矿、制造废料或报废材料，使它们以溶液形式存在。在这个阶段，稀土以混合物形式收集，需要升级。
这些混合物的加工通过使用各种技术进行，包括固态萃取、生物分离等，这些技术产生杂质少的高价值稀土流，在许多情况下是单独的元素。
最后，提纯意味着将分离出来的稀土升级为可以销售给制造商的高纯度形式，如磁铁制造商和催化剂制造商。
最近的技术如何使这些过程更具可持续性？
稀土矿尾矿含有加工化学品、盐和放射性材料。由于废料产出比高，尾矿在稀土开采中尤其成问题。每生产一吨稀土，会产生2000吨矿尾矿，其中包括1到1.4吨放射性废物。
技术开发将加强稀土传统资源的利用，并以充分保护自然环境和人类健康的方式，在矿山、制造废物和报废产品中解锁非常规稀土资源。
人们早就知道，大量工业废料或加工尾矿中含有相当数量的稀土元素。然而，回收这些材料的经济性一直受到废物中稀土元素的稀释性质的限制，通常以百万分之几的浓度存在，这在使用传统的湿法冶金过程中需要大量的消耗品。
正在开发中的新技术可以通过提高萃取过程的选择性和实现高比率的试剂回收来克服这些限制。在全球没有发现常规矿床且供应依赖于额外来源的地方，利用这些新技术开采丰富的工业副产品可以为稀土提供稳定的供应。
稀土的潜在新来源有哪些？
潜在的新来源分为两类：通过传统采矿，如矿石，和地上采矿，如废物流。
历史上，几乎所有的稀土生产都来自三种类型的矿物：氟碳铈矿（一种氟碳酸盐矿物）、独居石（一种磷酸盐矿物）和离子吸附粘土矿物。然而，稀土元素也包含在其他矿物形式中，如硅酸盐，许多工艺创新有潜力解锁这些其他矿物形式，并大幅增加潜在稀土资源的数量和地理分布。
稀土元素也可以在许多生产废物流中找到，如煤炭生产和燃煤发电，以及铝生产中使用的铝土矿加工。报废产品，如服务器场的硬盘驱动器，是稀土的另一个潜在新来源。目前正在进行大量研究以开发能够降低从这些废物来源中回收稀土的成本和减少对环境的影响的工艺。
未来10年，该行业的方法、技术或技术将如何演变？
在未来10年，稀土将从比现在更广泛的来源中回收——包括更多的国家、更多的矿物形式以及更多的废物流和报废产品。同时，我们正在做出巨大努力在某些应用中寻找稀土的替代品，目前在某种程度上已经实现了这一点。我们可能会在这方面看到进一步的发展。
预计稀土行业将进入一个现代化时期，这一时期的特点和驱动力主要是数字化的增加、社会责任、可再生能源使用、机器人和人工智能的使用，以及结构调整的内部压力（随着市场对商品的需求变化）、人才短缺、地缘政治紧张和区域供应链的发展。
这本书是如何组织的，它是为谁写的？
这本书分为九章。第一章提供了全球稀土行业的概述，包括生产、国际贸易和价格。
接下来的三章讨论了从三种特定非常规资源中生产稀土的潜力：燃煤发电后留下的煤灰残渣；从铝土矿加工中留下的残渣，铝土矿是生产铝的矿产原料；以及从磷矿石开采和生产磷酸的加工废物流，磷酸是肥料中磷的来源。
最后五章讨论了稀土回收、加工和提纯的创新方法：水溶液中溶剂萃取，通过结晶分离稀土，水溶液电化学处理的新方法；利用生物技术方法进行的选矿，以及基于吸附的稀土分离和回收。
这本书是为对稀土新来源和加工方法感兴趣的理工科学生、研究人员和行业从业者编写的，这些方法可以部署以应对日益增长的需求。
以上内容英文原文发表于：AGU Eos，中文翻译仅供参考
原文作者：
Athanasios Karamalidis, Pennsylvania State University, USA
Roderick Eggert, Colorado School of Mines, USA
原文链接：
https://eos.org/editors-vox/toward-a-more-sustainable-future-for-the-rare-earths-industry
Text © 2024. The authors. CC BY-NC-ND 3.0
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