Metal hvisken:At finde en bedre måde at genvinde ædle metaller fra elektronisk affald

Inspireret af naturens arbejde med at bygge spidse strukturer i huler, ingeniører ved Iowa State University har udviklet teknologi, der er i stand til at genvinde rene og ædle metaller fra legeringerne i vores gamle telefoner og andet elektrisk affald.

Ved at bruge kontrolleret tilførsel af ilt og relativt lave temperaturer, ingeniørerne siger, at de kan aflegere et metal ved langsomt at flytte de mest reaktive komponenter til overfladen, hvor de danner stalagmitlignende pigge af metaloxider.

Det efterlader de mindst reaktive komponenter i en renset, flydende kerne omgivet af sprøde metaloxidspidser "for at skabe en såkaldt 'skib-i-en-flaske-struktur', " sagde Martin Thuo, lederen af ​​forskningsprojektet og en lektor i materialevidenskab og teknik ved Iowa State University.

"Den struktur, der dannes, når metallet smeltes, er analog med fyldte hulestrukturer såsom stalaktitter eller stalagmitter, " sagde Thuo. "Men i stedet for vand, vi bruger oxidation til at skabe disse strukturer."

Et papir, der beskriver den nye teknologi, "Passivationsdrevet artsdannelse, aflegering og rensning, " er for nylig blevet udgivet af tidsskriftet Materialer Horisonter .

Universitetets opstartsmidler og en del af et US Department of Energy Small Business Innovation Research-stipendium understøttede udviklingen af ​​teknologien.

Thuo bemærkede, at dette projekt er det stik modsatte af hans forskergruppes tidligere arbejde med at udvikle varmefri lodning.

"Med varmefri lodning, vi ville sætte tingene sammen, sagde han. Med dette, vi ønsker at få tingene til at falde fra hinanden."

Men ikke bare falde fra hinanden på nogen måde. Thuo og ingeniørerne i hans forskningsgruppe ønsker at kontrollere præcis, hvordan og hvor legeringskomponenter falder fra hinanden, eller delegering.

"Det er som at være en metalhvisker, " sagde han. "Vi får tingene til at gå, som vi ønsker."

Ingeniørerne tilbød en mere præcis beskrivelse i deres papir:"Dette arbejde demonstrerer den kontrollerede adfærd af overfladeoxidation i metaller og dens potentiale i design af nye partikelstrukturer eller oprensning/aflegering. Ved at indstille oxidation via temperatur, oxidant partialtryk, tid og sammensætning, en balance mellem reaktivitet og termisk deformation muliggør hidtil usete morfologier."

Disse hidtil usete former og strukturer kunne være meget nyttige.

"Vi har brug for nye metoder til at genvinde ædelmetaller fra e-affald eller blandede metalmaterialer, " sagde Thuo. "Det, vi demonstrerer her, er, at de traditionelle elektrokemiske eller højtemperaturmetoder (over 1, 832 grader Fahrenheit) er muligvis ikke nødvendigt i metalrensning, da metallets reaktivitet kan bruges til at drive separation."

Thuo sagde, at oxidationsteknologien fungerer godt ved temperaturer på 500 til 700 grader Fahrenheit. ("Dette er sat i en ovn og får metaller til at adskille, " han sagde.)

Udover metalrensning og -genvinding, denne nye idé kunne også anvendes på metalspeciering - evnen til at diktere skabelse og distribution af visse metalkomponenter. En anvendelse kunne være produktion af komplekse katalysatorer til at drive flertrinsreaktioner.

Lad os sige, at kemikere har brug for en tinoxidkatalysator efterfulgt af en bismuthoxidkatalysator. De starter med en legering med vismutoxidet begravet under tinoxidet. De vil køre reaktionen med tinoxidkatalysatoren. Så hæver de temperaturen til det punkt, at vismutoxidet kommer til overfladen som pigge. Og så kører de reaktionen med bismuthoxidkatalysatoren.

Thuo tilskriver udviklingen af ​​den nye teknologi arbejdet med talentfulde studerende og to samarbejdspartnere.

"Vi byggede på denne store idé meget langsomt, " sagde han. "Og arbejder sammen, vi var i stand til at bryde ind i denne videnskløft."