稀土，真正的可持续性 

从爱达荷州的土壤中提取稀土元素的可持续方法可以减少国家对外国高科技制造需求的依赖.

不是所有的工程师都是园艺能手，但戴夫·齐尔克是. 

他的花园很健壮, 蓬勃发展，能够提取我们日常生活中最重要的成分——稀土元素. 

“当一个农民耕种田地时, 他们种植玉米或谷物, 然后收获这些谷物，把它们做成面包,这位365滚球官网核工程专业的硕士生说, “我们正在种植可以变成金属产品的植物.” 

由爱达荷州全球创业使命提供的超过44万美元的奖励资助, Zirker正在与一个由工程和理工科学生组成的团队合作, 由爱达荷福尔斯助理教授阿明Mirkouei领导, 建立两种截然不同且高度可持续的稀土元素提取方法.  

一种方法是利用植物通过根部从土壤中吸收金属. 另一种方法是用有机细菌代替目前常用的稀土提取方法中使用的有害化学物质. 

“当一个农民耕种田地时, 他们种植玉米或谷物, 然后收获这些谷物，把它们做成面包. 我们种植的植物可以变成金属制品.”  Dave Zirker，核工程硕士生

稀土为我们的日常生活提供动力. 它们构成了手机中使用的基本部件, 风力涡轮机, 医疗设备, 混合动力汽车, 航空通信系统和机械, 国防技术等等. 美国.S. 目前这些元素都依赖于国外.  

爱达荷州有几个已知的稀土矿床，其中许多是美国的矿产.S. 从其他国家进口. 该团队正在与科达伦的爱达荷战略资源公司合作. (IDR)和其他机构从表层土壤中收集样本.

“我们很高兴能与IDR和其他公司合作，推进爱达荷州稀土资源的潜在商业化,Mirkouei说. “我们希望利用爱达荷州的资源创造爱达荷州的就业机会. 如果我们在可预见的未来需要这些元素来实现先进的技术, 我们需要以更可持续或更环保的方式实现这些目标.”

我们需要树木 

U.S. 2021年，对外国稀土矿物的依赖变得明显, 此前，拜登总统签署了一项行政命令，审查美国对外国供应链的依赖.  

中国在稀土开采和加工方面处于领先地位. In 2020, 中国供应了全球80%以上的稀土元素，控制了90%以上的稀土加工能力.  

稀土元素并不比其他金属稀有. 它们的名字来自于从天然岩石或沉积物中提取它们的困难, 通常称为矿石. 一些传统的采矿技术有明显的环境影响和安全问题. 它们也很乏味和昂贵, 由于国内许可方面的挑战和基础设施建设耗资数百万美元，该项目耗时数十年.  

约翰吞下, IDR首席执行官, 他说，这些挑战往往导致离岸采矿活动在环境和劳动力要求不那么严格的国家进行. 他说，在许多情况下，稀土等关键矿物只能从其他国家获得. 

Phytomining

植物挖掘的过程开始于丰盛的植物，比如棕色芥末, 黑茄和美洲商陆. 

“我们想要坚韧的植物, 不精致,齐尔克说, “我们希望尽可能少地关注它们，同时仍能从土壤中获取矿物质. 我们还想要一些没有侵入性的东西, 任何可能对当地农民或生态系统造成伤害的事情.” 

植物生长在鲑鱼的表层土壤中. 

“我们没有干扰大片的地球, 我们没有露天开采这个地区，也没有砍伐大量的森林,齐尔克说. 

成熟的植株可以在7到16周内收获. 完整的植物在没有氧气的情况下加热, 这个过程叫做热解, 产生了一团黑色的碳和灰烬，叫做生物矿石.  

生物矿石从爱达荷州福尔斯实验室送到伊利诺伊大学莫斯科校区, 在哪里测量和量化稀土元素的含量. 像芥菜和龙葵这样的植物已经显示出有希望的结果, 但需要进一步的测试来改进从生物矿石中分离金属的方法，以使可持续的过程可行. 

“种植植物从爱达荷州的土壤和岩石中提取稀土是一种很有前途的策略，可以在当地生产稀土材料，满足国家的需求,Mirkouei说. “同时, 种植植物是脱碳的重要策略, 因为植物通过叶子从空气中吸收碳.” 

Bioleaching 

Mirkouei的团队也在探索一种改进的生物浸出方法. 该工艺已用于金矿开采, 但该团队的方法是用一种简单的有机细菌取代氰化物等有害化学物质，这种细菌通常用于食品和饮料行业的醋发酵过程. 

他们的细菌——氧化葡萄糖杆菌——很容易生长和处理，而且是非致病性的.  

“稀土元素很难提取，因为它们的化学性质非常相似,丽贝卡·布朗说, 他是伊利诺伊大学环境科学博士生，也是爱达荷国家实验室的微生物学家. “必须使用对环境有害的刺激性化学品. 我们需要能够在不破坏我们周围环境的情况下更可持续地做到这一点.”

在金矿开采中，有时使用氰化物来溶解矿石中的金. 虽然化学过程非常高效, 如果处理不当，它的腐蚀性会对环境产生重大影响. 世界各地的氰化物泄漏已经破坏了生态系统，并污染了环境和劳工法规不那么严格的地区的饮用水.

就像提取黄金的过程一样, 该团队的新方法可以用于从矿石中提取低含量的稀土元素, 使提取过程更有利可图.  

“为了使这一过程具有成本效益和效率，需要进行大量的研究和扩大规模,布朗说.  

下一个步骤

改进这些方法的研究将继续进行, 与正在积极勘探和开发这些资源的爱达荷州工业建立伙伴关系，将有助于确定最适合取样和提取的区域. 

“我们希望利用爱达荷州的资源创造爱达荷州的就业机会. 如果我们在可预见的未来需要这些元素来实现先进的技术, 我们需要以更可持续或更环保的方式实现这些目标.”  阿明Mirkouei，爱达荷福尔斯助理教授

“IDR是美国最大的稀土公司.S.燕子说。. “IDR超过90%的物业位于该州, 在正确的支持和投资下, 爱达荷州可能是未来低碳发展的先锋. 如果我们要同时推进这些领域，就需要有更多的意识.”

目前也正在采取措施与通用电气等大公司合作，以便更好地了解对稀土元素的需求，以及一旦这些工艺实现商业化，供应链的可用性. 

Mirkouei说，这些可持续的创新也可以用于回收旧电子产品中的稀土元素.

“这些新颖的方法有望在未来几年继续改进并得到更广泛的采用,他说. 

文章由工程学院的Alexiss Turner撰写.

照片由加勒特布里顿，大学传播和营销.

出版于2023年3月.