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垃圾中回收金属 循环发展带来新思路

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2017/5/22     浏览次数:    

的十多年中,亚洲和南美的工业发展将世界对原材料的需求推向了更高,而随着富矿的枯竭,可开采的矿石质量在逐年下降,开采和纯化的成本都在增加。无论从经济还是环境角度来考虑,金属回收都是必然的趋势。

出于回收难度,这类资源还没得到充分利用。从全球来看,大约30%的铝没能得到再利用,铜更高达50%。使用这些金属的大多是高科技工业,尤其是电子产业。由于电子器件中的金属非常分散,回收显得尤其具有挑战性。每年用于生产电子器件的金至少有300吨,银高达7000吨,回收率却只有15%。因此,一堆电子垃圾的金属含量可能会超过普通矿石很多倍。

大多数的电子垃圾都被填埋在城市郊区,但在目前,还没有人因为大规模回收而去勘探垃圾场。福斯格伦(Christer Forsgren),瑞典国际回收公司Stena Metall的技术总监说,主要的难点在于垃圾的复杂组成。在一次尝试中,他的公司发现,一个垃圾场样品的铜含量很高,然而,大量无用垃圾的回填成本却让他们望而却步。

目前而言,还有一些比垃圾场更适宜开采的城市矿藏。耶鲁大学工业生态学家格雷德尔(Tom Greadel)的专业,就是研究“沉睡矿藏”—废弃基础设施中的金属,以及分散在环境中的看不见的金属离子。这些金属的回收也有难度,到目前为止也很少有人尝试去详细地勘探定位。不过对格雷德尔来说,有一点是确定的:既然城市比乡村更加繁华,拥有更高密度的基础设施,那么城市里的“沉睡矿藏”也会更多。

新版“扫地僧”

人们已经在机动车道上有了利润不错的发现。如果你懂得如何提取的话,道路积尘事实上大有可图。在伯明翰大学,穆雷(Angela Murray)和她的同事成立了一个名为“财富之路”(Road to Riches)的公司,从道路尘土中回收铂族元素,包括铂、钯和铑。这些金属来自于汽车中减少尾气污染的催化转换器,当引擎运行的时候,微小的碎片就从尾气管道中排出,大约70%最终都残留在道路积尘中。

地球上含量最高的铂矿位于南非,含量大约为2-10 ppm(百万分之一)。“马路灰尘的铂含量能达到1ppm,并且收集起来比开采矿石容易多了。”根据她的计算,每年从英国的道路上清扫的积尘中含有的铂族元素,总价值至少6400万英镑。

为了获得这些金属,穆雷和她的同事们把积尘干燥并过筛,然后施以一套结合了磁性分离、静电引力分离和重力分离的回收方法。经过处理,铂族元素浓度可达到10 ppm。穆雷希望能够进一步改进工艺,当浓度提高到60 ppm以上,就能使用常规熔炼方法了。

从长远来看,道旁草木也会成为考虑对象。机动车道旁的泥土中,铂族元素含量是通常情况的100倍至1000倍,纽约大学化学家帕克(Helen Parker)就在尝试寻找高富集的植物,用于收集道旁泥土中的钯。“植物长势会不太好,但是将它们收割并处理后,就能直接当做催化剂使用”。如果贵金属价格继续上扬,也许就有公司来争夺高速公路旁植物的收割权了。一些转基因品种的富集能力更强,甚至能用于治理重金属污染的土地、废水、淤泥等等。

地下金属世界

在道路灰尘中提炼贵金属也许是合算的,然而对于铁、铜、铝之类的贱金属来说,就需要有更大量且易于获取的来源。埃克隆和他的同事已经花了数年时间,估算瑞典沥青路面下的铜、钢铁和铝的价值。工业革命以来的持续发展,以及频繁的技术革新,造就了城市中心下方密密麻麻的金属网络。“在一些地方,路面下密集的旧管道和电缆甚至阻碍到了后续的建设。”埃克隆说。

他的团队从公共事业公司那里搜集了瑞典三个城市的管道和电缆分布情况:哥德堡、林雪平、北雪平。他们也查阅了1850年以来的城市地图,确认闲置的基础设施。在林雪平,他们发现大约5%的管道和电缆是闲置的,而在哥德堡和北雪平,这个数字接近20%。

埃克隆说,这个数目跟城市的历史有关,那些有着长时间的工业化历史,或者在过去一个世纪中大拆大建的城市,会遗留更多的废弃金属。根据他的估计,在英国许多历史悠久的工业城市,废弃管道和电缆的比例会达到1/4。在瑞典最早的核心工业城市北雪平,埃克隆用他们掌握的数据整理出了一张藏宝图,热点是老工业区废弃纺织厂下方的直流输电线路、电车轨道、燃气管道和下水道。

据估计,瑞典城市中的废弃管道和电缆中,大约有9万吨铜,价值6.3亿美金。如果全数回收利用,能够减少冶炼等量的铜带来的36万吨二氧化碳排放。瑞典境内的所有“沉睡矿藏”的铜含量还会更高,埃克隆的一个同事估计,总量大约有40万吨。几年以后,随着现有的一些基础设施被淘汰,这个数字还会进一步上升。

人们还在设法寻找破坏性更低、工程量更小的回收办法。对于通讯电缆,澳大利亚公司Kabel-X的办法就无需深挖,他们将润滑油泵入电线绝缘皮和导线之间,数百米长的铜导线可以直接从一头抽出。英国一些大学合作完成的“地下世界测绘”的计划中,人们建立了多传感器系统,无需挖掘就能定位管道和电缆。在布里斯托附近,他们甚至定位了19世纪的古老水管。

埃克隆对他的事业充满了信心,“过去两年中,铜的价格提高了五倍,这对我们来说真是一剂强心针。人类从地壳中开采的金属中,只有一半现在仍在使用”。

淤泥淘金

英国艾克塞大学的一位现代挖矿人洛特摩瑟(Bernd Lottermoser),在下水道淤泥中发现了金光灿灿的未来。1995年,澳大利亚的一家名为“Echidna矿业”的金矿开采企业,获得了对韦里比污泥坑的开采权,这里的淤泥从1898年开始在墨尔本附近堆积。测试样品表明,其中的金浓度相当高,几乎是普通金矿石的一半。

洛特摩瑟介绍说,金元素主要来自牙科诊疗的工业废水、电子工业以及珠宝制造商,也有一部分来自治疗关节炎和癌症的药物。还有极少一部分,是人们洗碗、洗澡时,所佩戴的金首饰的磨损。金、银和锌能够用氰化物酸浸法从淤泥中提取,然而在环境和利润因素的制约下,对于不那么贵重的金属来说,这个方法就显得不够经济。

如果选对了地点,收益还是相当可观的。日本长野的一个淤泥处理厂,自2009年以来一直在提炼金。由于坐落在一个生产精密仪器的工业区,此处淤泥中金含量高达每吨2.9公斤,几乎是普通金矿石的50倍。“在这里,氰化物提取法的开销,相比金子的收益来说,简直不值一提。”洛特摩瑟说。

洛特摩瑟还认为,随着金矿储量的逐年下降,污泥会在许多地方变成常规的金来源。他也在寻找更加便宜和温和的提取方法,其中一种有前途的试剂是硫脲,比氰化物毒性低得多,也更容易降解。

也并非只有金使得淤泥回收这个行当如此诱人。2009年,英国卡迪夫大学的一个研究小组测量了伯明翰的下水道淤泥中的铂族元素含量,结果大约为0.2 ppm。由于在抗癌药物中的广泛使用,医疗废水尤其富含铂,有什么经济的方式能够提取出来呢?


生物浸取也许是个不错的选择,有的生物体本身就是天生的微型矿工—比如某些以金属为食的细菌,它们需要特定的结构或催化成分,因此能够富集某些金属。穆雷正在测试一种含有特定酶的细菌,它们能将铂离子还原为金属纳米颗粒。表面沾满金属颗粒的细菌经过干燥和提纯,能直接用作粉末催化剂。她的同行,来自奥地利的卡克索宁,也在寻找能够吞食电子垃圾的细菌,用于回收锌和镍。

事实上,值得回收的并不只是金属。回收老化光纤的呼声也很高,荷兰的Teijin公司已经建立了一个工作站,从2008年开始,将旧的芳纶纤维转化为崭新的光纤。目前使用的掺有稀有金属的芳纶纤维,也会在不久以后成为挖矿人的“新宠”。

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