战略性关键金属（Critical Metals）是对新能源器件、现代电子等高新科技领域具有重要意义的金属材料。随着此类金属使用量的急剧增加，从废弃物中回收关键金属成为保障其可持续获取的重要途径。近日，清华大学环境学院邓兵课题组与合作者基于闪速焦耳热技术和氯化冶金方法，开发了新型的电热氯化（Electrothermal Chlorination）工艺，实现了电子废弃物中镓、铟、钽等关键电子金属的快速回收和选择性分离，并展示了其作为一种通用的金属分离技术的广泛应用潜力。

  该研究首先基于热力学计算，对电热氯化技术的可行性进行了详尽的分析（图1）。闪速焦耳热技术使用可脉冲电流输入，能够在很宽的温度范围内（400℃-2500℃）实现精确的温度控制，反应时间短至几秒，并且具有快速的加热和冷却速率（高达103℃·s^-1）。电热氯化技术通过使用氯化剂在电热作用下将金属或其化合物转化为氯化物，基于不同金属氯化反应化学热力学的差异，或者氯化物物理性质（例如挥发性）的差异，实现金属的选择性分离。电热技术的高温能力扩大了适用金属原料的范围，而精确的温度控制增强了金属分离能力。此外，电热过程快速的加热和冷却速率使得动力学控制的选择性也得以实现，即基于反应速率的差异区分具有相似热力学特性的氯化反应。

  相关研究成果以“电热氯化金属闪速分离”（Flash separation of metals by electrothermal chlorination）为题，于9月25日发表于《自然·化学工程》（Nature Chemical Engineering）。清华大学环境学院特别研究员邓兵和美国莱斯大学化学系教授詹姆斯·图尔（James M.Tour）为该论文的共同通讯作者，邓兵和莱斯大学化学系博士后许世臣为该论文的共同第一作者。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s44286-024-00125-2