稀土回收、经济和责任、挑战

当前，回收的稀土也就占全部需求的1%，苹果在做了，我们可以做的更多吗？

随着对高科技设备需求的增长，人们对回收这些设备运行所需的深奥金属的兴趣也在增长，但挑战无处不在。

稀土是手机、硬盘、混合动力汽车、风力涡轮机和其他高科技日新月异的必要元素，因此稀土金属也面临着需求飙升的问题。但它们在自然界中的浓度很低，很难提炼。

充足的稀土资源很重要，世界各国政府都在资助研究回收稀土金属，虽然存在着各种挑战。

一方面，这些元素在手机等产品中含量很少。随着零件越来越小，所用的材料也越来越少。例如，在触摸屏中，元素在分子尺度上分布在整个材料中。

稀土开采具有明显的环境影响，稀土资源的回收，虽然可能不那么明显，但也有它自己的挑战。

经济和责任，回收的挑战

手机通常通过粉碎、粉碎和磨成粉末来回收。然后粉末可以被分离成成分材料进行处理或回收。但是新的手机包含了比以往更多的元素——总共大约65个。(相比之下，所有行业只使用了大约85种不同的元素。)这使得这种粉末的分离比老式手机更加复杂。相比之下，从岩石中分离稀土元素比从手机中分离更容易。

分离这些材料通常意味着“极具腐蚀性的溶剂或极高温的熔融金属加工”。这并不简单，”耶鲁大学工业生态学家Thomas Graedel说。由于所需要的是肮脏的材料或大量的能源，在某些情况下，回收利用可能比采矿首先对环境造成更大的危害。Graedel说:“一个案例一个案例的分析是必要的，以决定一个给定的产品是否是一个良好的回收候选对象。”

早几年前的一项研究计算了通过回收电脑硬盘生产一公斤用于磁铁的稀土金属钕与开采等量的原始材料对能源和环境的全部影响。在这个案例中，回收利用的人类毒性评分比采矿低80%以上，消耗的能源几乎少60%。然而，格雷德尔指出，“这个案例回收了用于磁铁的钕的合金状态，像用作玻璃着色剂这样的应用需要将其还原为基本形态，这将需要更多的资源。”

荷兰代尔夫特材料创新研究所(Materials Innovation Institute)的本杰明·斯普雷彻(Benjamin Sprecher)领导的研究人员还发现，为了回收利用而粉碎硬盘驱动器，可以减少大量的钕。研究人员写道:“在粉碎材料的过程中，材料产生了巨大的损失，这让人们严重怀疑这种回收方式作为稀缺解决方案的有效性。”他们提出了一种手工拆卸硬盘的方法来解决这个问题。

当少量的稀土是复杂混合物的一部分时，单独分离这些元素的代价可能太大，因而无法证明其合理性，这导致一些人提出，电子产品中更有价值的元素，如金、钯和铱，可能会使回收在经济上有价值。爱达荷州国家实验室(Idaho National Laboratory)的埃里克·彼得森(Eric Peterson)表示:“或许，稀土将支付加工成本，而金、铂和钯将成为现金流。”彼得森是关键材料研究所(Critical Materials Institute)稀土再利用和回收研究项目的负责人。

为了解决回收带来的环境和经济问题，关键材料研究所和其他研究机构，包括一个欧洲财团，正在测试超临界二氧化碳、离子液体、电化学方法等，作为改善稀土回收前景的策略。

Graedel说，虽然回收稀土的技术挑战是巨大的，但它们不是主要问题。他说:“我认为，公平地说，我们在回收稀土和其他许多东西方面面临的最大挑战是回收的挑战。这更多的是一种社会和监管方面的挑战，而不是技术方面的挑战。”

许多专家说，现有的荧光灯回收基础设施使它们成为稀土回收的良好选择。随着价格压力的减弱，至少现在是这样，再加上几乎没有法律要求回收，人们几乎没有动力去回收这些材料。截至2011年，只有不到1%的稀土被回收。人们倾向于囤积或扔掉他们的旧手机。从挡风玻璃的雨刷到后视镜的调整，汽车可能有超过24个含有稀土的发动机，它们没有被正式回收。许多电子产品最终在发展中国家以不安全或低效的方式被拆除。即使是荧光灯管，因为管里的水银根据法律应该被回收，也只能以大约30%到35%的比例回收。荧光灯泡利用稀土元素来填充光谱:在灯泡内部的粉末中，红色和绿色的荧光粉是稀土元素铕和铽。回收者回收的是水银、玻璃和灯泡的金属部分，但他们通常会倾倒管道上的白色稀土粉末。一些公司正在回收这些。

彼得森说，虽然LED灯可能会越来越受欢迎，但未来几十年仍将有大量的荧光灯和紧凑型荧光灯在使用，因此它们仍是很好的回收目标。LED也使用稀土元素，但比荧光灯少得多，而且很难经济地回收利用。”

促进稀土资源循环利用的另一个有前景的方面是，稀土产品仍然集中在行业内而不是分散在消费者手中。海上风力涡轮机中含有数百公斤的稀土元素。因为它们含有如此大量的稀土，而且集中在固定的风力发电场中，所以从风力涡轮机中回收稀土比从大范围分散的产品中回收稀土更可行。

尽管存在这些挑战，一些公司仍在努力使稀土回收工作得以开展。法国化学公司罗地亚宣布了多个稀土回收项目。三菱电机(Mitsubishi Electric) 2012年曾 道，该公司正在从其空调中回收和回收稀土磁铁。日立(Hitachi)也宣布开发一款用于硬盘驱动器和空调的磁铁回收机，目的是将这项技术投入商业运营。本田去年宣布，开始从混合动力汽车电池中回收稀土元素。

要求考虑回收的产品设计

一些专家指出，在生产出含有稀土元素的产品之前，有远见的设计和更好的规划可以帮助回收利用更加成功。

彼得森说，一种方法是尽早进行分离。他说:“如果你有小块的稀土磁铁，你一打碎它们，所有的磁性材料，也就是粉末，就会粘在任何含铁的东西上，你就会失去它们。”“我们不知道如何制造可回收利用的东西，尤其是在这个国家。我们必须学习如何做到这一点。”

建议制造商把产品可以设计得更容易拆卸，例如在手机被压碎之前，把显示玻璃取下来。

当然，这一切都是假设有足够多的现成的可回收电子产品供应——这在目前可能不是一个安全的假设。

另一种可能性是在设备中隔离稀土。彼得森说:“我们正在与几家电子产品制造商合作，研究如何制造电路板，以便在生产其它电路板之前，先从电路板上取下某些元件。”举个例子，可以用不同厚度的不同材料分层制造电路板，这样就可以依次把它们刮下来。彼得森说，还可以把含有稀土金属的组件设计成可重复使用的样子。

废料足够多，技术足够好

当然，这一切都是假设有足够多的现成的可回收电子产品供应——这在目前可能不是一个安全的假设。例如，风力涡轮机有20到30年的使用寿命，这意味着几乎没有一台可以循环利用（目前）。

在最近的一项研究中，荷兰绿色研究院(Green Academy)的杰勒·拉德梅克(Jelle Rademaker)及其同事计算了电脑硬盘、混合动力汽车和风力涡轮机中磁铁回收稀土的潜力，并假设每种情况下回收率都是100%。他们发现，从现在到2015年，可回收的垃圾最多只占需求的10%到15%。到2020年，这一比例还会进一步下降，因为需求在上升，但只有电脑硬盘可以回收利用。

“有些人说我们应该把垃圾全部填埋，然后等待更好的技术出现。——杰勒·拉德梅克

尽管如此，随着汽车和风力涡轮机的寿命接近尾声，到2030年回收利用理论上可以满足20%以上的需求。“从长远来看，这可能会产生重大影响，”Rademaker说。

在经济、立法或需求赶上之前，有一个想法是，为了未来，将这些困在设备中的金属保存起来。

“有些人说我们应该把垃圾全部填埋，然后等待更好的技术出现，”Rademaker说。这就是城市采矿的理念。如果你有足够的空间来放置它，如果它没有危险，而且你可以安全地把它填埋，那么在我们知道如何处理它的时候，把这些金属保留一会儿。”

随着新的回收策略被开发出来，对稀土元素的需求每天都在增长，这个时刻可能不会太遥远。