1.1.4　稀土元素的回收

鈷、鋰、鉿、鉭、鎵、鉑族元素等戰略性高科技金屬元素，特別是稀土元素，是當今世界開發高科技和環保產品的基礎。但是大多數稀土元素僅分布在中國、美國和澳大利亞等少數幾個國家，因此很難滿足日益增長的稀土需求。圖1-1 顯示了 2019 年不同國家的稀土元素產量占比情況，圖 1-2 顯示了 2019 年稀土元素在不同應用領域的利用概況，在工業催化劑領域利用占比較大。

圖1-1　2019年不同國家的稀土元素產量占比情況

圖1-2　2019年稀土元素在不同應用領域的利用概況

Dutta等[23]預測 2020 年以后全球稀土需求將以 5%的年增長率增長。Graede[24]報道，根據稀土元素供應風險、環境影響和供應限制，在不久的將來，銪、鏑和鉺還將因為短缺而面臨供應風險。與此同時，富含稀土元素的電子垃圾堆積如山，且還在全球范圍內不斷增加，如果這些垃圾變成可利用的資源，將有利于保護人類健康以及地球日益緊張的稀土資源。因此，許多國家認識到電子垃圾（主要是廢棄電子產品）回收利用的價值。對于稀土的安全供應，本質上可以考慮兩種選擇：一級資源（舊礦山或新礦床、海底沉積物、煤灰等）和二級資源（電子和工業廢物）。從理論上講，電子廢棄物回收可以滿足很大一部分的稀土需求。全球每年大約有5000萬噸的電子垃圾被填埋處理，但目前只有12.5%的電子垃圾中的金屬被全部回收。除此之外，電子垃圾中含有大量的稀土元素及其他貴金屬，如金、銀、鉑、鈀和銠等，因此回收利用是傳統生產稀土工藝的一個有前景的替代方式。

然而，稀土元素的回收利用并非易事，各個方面都面臨著挑戰。首先，這些元素少量存在于手機等電子產品的微小電子部件中。在一些材料中，例如觸摸屏中，這些稀土元素分布均勻，使提取更加困難。稀土元素沒有被大量回收，主要原因是回收產量較低，但如果回收成為必需的過程或稀土元素的價格非常高，那么稀土回收量將會被迫提高。為了應對未來稀土供應短缺問題，許多科研工作者希望從電子廢物中高效經濟地回收稀土。這些研究方向包括自動分解電子廢料的方法，以及從中提取稀土元素的化學方法等。

其次，稀土元素的化學分離是一個巨大的挑戰，也是大量回收活動難以進行的主要障礙。由于稀土元素之間的化學相似性，其分離提純變得十分困難。為了開發稀土元素并減少其對環境的影響需要研究新的分離技術，以降低工業規模的生產中稀土分離和回收利用的成本。在這種情況下，Fang等[25]開發了一種簡單、快速、低成本的技術，幫助回收稀土混合物。他們合成了新的有機化合物[tris （2-tert butylhydroxylaminato）benzylamine （H₃Tri-NO_x）]用于分離稀土。這項研究的中心假設是：根據稀土配合物的溶解度差異可以有效地分離稀土混合物。Schelter和他的團隊開發的方法有望通過向供應鏈中增加可回收稀土元素的方式來減少稀土浪費及稀土開采活動。美國能源部關鍵材料研究所（CMI）則開發了一種利用細菌產生酸來溶解和分離電子碎片中的稀土元素的方法，他們利用葡萄糖酸桿菌消耗糖并產生酸，這種方法更為環保。目前該研究所正在進行進一步的研究，以便將這些概念發展成具有實用性和工業上可行的回收方法。從目前的研究和迄今取得的進展來看，回收利用有望成為經濟可行的稀土獲得方法。