مواد و ساخت پیشرفته

دستگاه‌هایی که برای زندگی مدرن ضروری به نظر می‌رسند کاملاً به مواد معدنی استخراج شده از معدن که یکی از قدیمی‌ترین مشاغل بشری است وابسته هستند. اما چه می‌شود اگر بتوانیم پسماندهای الکترونیکی را استخراج کنیم و مواد معدنی مفید موجود در آنها را به جای دور ریختن آنها بازیابی کنیم. کینگپو وانگ دانشمند جداسازی مواد، در نشست بهار 2024 انجمن تحقیقات مواد موفقیت‌های اخیر در بازیابی انتخابی منگنز، منیزیم، دیسپروزیم و نئودیمیم (از مواد معدنی حیاتی برای صنعت الکترونیک مدرن) را ارائه داد.

همانطور که یک منشور، نور سفید را به رنگین‌کمان خیره‌کننده‌ای از رنگ‌ها براساس طول موج‌ تقسیم می‌کند، فلزات نیز می‌توانند با استفاده از ویژگی‌های فردی خود از یکدیگر جدا شوند. با این حال، روش‌های جداسازی کنونی آهسته و همچنین انرژی بر و شیمیایی هستند. این موانع، بازیابی مواد معدنی با ارزش از زباله‌های الکترونیکی را از نظر اقتصادی غیرممکن می‌کند.

از اینرو یک تیم تحقیقاتی از یک محلول ساده مبتنی بر آب نمک مخلوط و دانش خود در مورد خواص فلز برای جداسازی مواد معدنی ارزشمند در اتاق‌های واکنش با جریان مداوم استفاده کردند. در این روش مبتنی بر رفتار فلزات مختلف زمانی که در یک محفظه واکنش شیمیایی از دو مایع مختلف که به طور مداوم در کنار هم جریان دارند قرار می‌گیرند است. این محققان از تمایل فلزات برای تشکیل جامدات با سرعت‌های مختلف در طول زمان برای جداسازی و خالص‌سازی آنها استفاده کرد.

هدف توسعه یک فرآیند جداسازی سازگار با محیط زیست و مقیاس‌پذیر برای بازیابی مواد معدنی ارزشمند از زباله‌های الکترونیکی است و در اینجا نشان داده شده است که عناصر خاکی کمیاب تقریباً خالص را بدون معرف‌های پیچیده و گران‌قیمت یا فرآیندهای زمان‌بر می‌توان جدا کرده و بازیابی نماییم.

چینمای ساببان دانشمند مواد، برای اولین بار در فوریه 2024 گزارش داد که با موفقیت دو عنصر خاکی کمیاب ضروری، نئودیمیم و دیسپروزیم، را از یک مایع مخلوط جدا کرد. دو جامد جدا و خالص شده در محفظه واکنش طی چهار ساعت در مقابل سی ساعتی که معمولاً برای روش‌های جداسازی معمولی لازم است، تشکیل می‌شوند. این دو ماده معدنی حیاتی برای ساخت مگنت‌های دائمی موجود در هارد دیسک‌های کامپیوتر و توربین‌های بادی و کاربردهای دیگر استفاده می‌شوند. تا به حال، جداسازی این دو عنصر با خواص بسیار مشابه چالش برانگیز بوده است. توانایی بازیابی اقتصادی آنها از زباله‌های الکترونیکی می‌تواند بازار و منبع جدیدی از این مواد معدنی کلیدی را باز کند.

این تیم تحقیقاتی در حال بررسی بازیابی منیزیم از آب دریا و همچنین از ضایعات معدنی و آب نمک دریاچه نمک هستند و در مرحله بعد، در تلاش برای اصلاح طراحی راکتور خود هستند تا مقدار بیشتری از محصول را به طور موثر بازیابی کنند. آنها همچنین با استفاده از یک تکنیک مکمل نشان دادند که می‌توانند منگنز خالص (بیش از 96 درصد) را از محلولی که ضایعات باتری لیتیوم یون محلول را تقلید می‌کند، بازیابی نمایند. منگنز گرید باتری توسط تعداد کمی از شرکت‌ها در سطح جهان تولید می‌شود و عمدتاً در کاتد یا قطب منفی باتری استفاده می‌شود. در این مطالعه، تیم تحقیقاتی از یک سیستم مبتنی بر ژل برای جداسازی مواد بر اساس نرخ‌های مختلف انتقال و واکنش‌پذیری فلزات در نمونه استفاده کرد.

منبع