【大纪元2025年12月03日讯】德克萨斯州的莱斯大学（Rice University）开发了一种“闪速焦耳加热”技术（Flash Joule Heating,FJH），可以从废弃电子产品中回收贵重金属。该技术可以实现“在城市开采”资源，将为重塑美国稀土供应链提供了新的出路。这项技术也正在成为美国国家安全的新筹码，今年9月份，五角大楼已经与德州初创公司Flash Metals USA签署一份合同，将这项FJH应用于工业规模，从废物流中提炼对国防安全至关重要的关键矿物——镓（Gallium）。
美国从两方面重塑稀土国内产业链
长期以来，中共垄断了全球稀土资源的开采和提炼市场，并利用中国人创造的这项产业优势限制并胁迫他国，国际社会对稀土供应的中断表示强烈担忧。
根据美国地质调查局（USGS）的数据，2024年美国进口的稀土中高达77%来自中国大陆；日本经济产业省的数据也指出，日本近60%的稀土倚赖中国大陆供应；此外，欧盟也有46%的稀土来自中国大陆。
为了打破中共对稀土市场的垄断，美国正在从两个方面重塑国内的稀土供应链。
其一是重建国内稀土的完整产业链，例如，受到美国政府数十亿美元支持的MP Materials公司，正在整合从稀土开采到磁铁生产的完整供应链。
MP Materials公司是美国唯一的稀土全产业链生产商，主要工作聚焦于从稀土矿开采到精炼、分离、重金属/合金生产，再到磁铁制造的完整供应链整合，旨在减少西方在稀土领域对中国的依赖，中国目前控制全球90%以上的稀土加工产业。
MP Materials公司总部位于内华达州的拉斯维加斯，其核心资产是加州的Mountain Pass矿山，这是全球最大的稀土矿之一，产能占全球11.5%。
路透社11月25日对国际能源总署数据的一份最新分析显示，全球数十亿美元的稀土项目储备将在一定程度上使美国摆脱对中共稀土的依赖，到2030年，虽然中共仍将供应全球约60%的制造磁铁的关键稀土，但是相较之下，美国国内的磁铁稀土供应可望实现约95%的自足率。
制造磁铁的稀土主要是四大元素，包括钕（Nd ）镨（Pr）镝（Dy）铽（Tb），然而，镝（Dy）和铽（Te）这两种高温磁性必需的稀有金属元素在MP Materials位于加州的矿山中含量微少，这促使西方将目光投向更广泛的全球伙伴和创新技术。
而从电子产品中回收稀土元素的技术创新，正在成为美国重塑国内稀土产业链的另一个重要方面。
“闪速焦耳加热”如何被用于稀土回收
由德州莱斯大学的詹姆斯·图尔（James Tour）等研究人员组成的团队开发了一种超快速的方法，可以一步到位的从废弃的磁铁中回收稀土元素。与传统回收方法相比，该方法具有显着的环境和经济效益。他们的研究成果于2025年9月29日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
这项技术创新叫做“闪速焦耳加热”（Flash Joule Heating,FJH），最初用于从废物中提取石墨烯（2020年论文），后来扩展到稀土金属的回收（如从电子垃圾中提取稀土元素）。这项技术正在被视为解决美国稀土供应链依赖中共垄断的关键创新。
从电子废物中回收稀土金属的传统工艺通常采用强酸浸出法，这种工艺耗能、耗时，而且会产生有毒废物。但莱斯大学图尔团队的实验室却利用高强度的脉冲电流能在一秒钟内将废物粉末和其它材料（与炭粉混合以提高导电性）加热到数千摄氏度，产生金属蒸汽，汽化后的金属再与氯气混合，转化为不同温度下析出的氯化物，在一瞬间就可以将废弃物转化为高溶解度的“活性稀土元素”。这项突破性成果支持了美国提升国内稀土矿产供应的努力。
图尔表示，“我们已经证明，我们可以在几秒钟内从电子垃圾中回收稀土元素，而且对环境的影响极小，这正是我们确保建立具有韧性和循环性的供应链所需要的技术飞跃。”
图尔的电脉冲加热废物粉末的方法，让固体粉末瞬间变成等离子体，并且将其变得可以应用于工业生产，也得益于近年来材料科学的进步。
“闪速焦耳加热”应用前途广泛
目前，图尔的研究团队已经用两种最常见的稀土磁铁材料——钐钴和钕铁硼——测试了该工艺。除了可以应用在稀土金属领域外，这项技术还有广泛的环境应用前景。
例如，研究人员利用这种方法从赤泥（Red Mud，生产铝的副产品）中去除有毒金属，从而得到含铝量丰富的材料，这种材料可以用于制造瓷砖，也可以重新投入到常规的铝生产循环中。
图尔表示，珠宝制造商已经和他们接洽，希望提取电子产品中的黄金。他说，就连印刷电路板上的塑胶部件也很有用。在高温下，塑胶会分解成一氧化碳（Carbon Monoxide）和氢气（Hydrogen），而氢气是化学制造的燃料和重要原料。
“闪速焦耳加热”用于提炼镓 美国国防工业的重要举措
澳大利亚专注于关键矿产回收的上市公司Metallium（MTM），其德州子公司Flash Metals USA负责在美国推进FJH技术的工业化应用。2024年5月，Metallium获得莱斯大学FJH技术在关键金属回收领域（如稀土、镓、金等）的全球独家商业化许可。
今年9月，五角大楼授予Metallium公司一份第一阶段合同，从废物流中提炼关键矿物镓（Gallium）。
镓是国防工业的重要原料，氮化镓半导体被用于电子战、先进雷达干扰系统、防空和导弹防御雷达、卫星以及其它通信设备。
今年2月18日，战略与国际研究中心CSIS公布的一份报告显示，自1987年以来，美国已停止开采镓矿，目前只有纽约一家公司从进口的低纯度镓金属和废料中回收和提炼高纯度镓。
根据美国地质调查局（USGS）的数据，2023年中国占了全球低纯度镓产能的约89%，以及全球镓产能的98%。由于中共垄断了镓的生产，美国地质调查局得出结论，镓是美国供应链中断风险最大的关键矿产。
因为镓供应高度集中在中国，一旦中共对镓出口进行管制，会对美国及其盟国的半导体产业、雷达／通信设备、光电子产品等带来严重冲击。
“闪速焦耳加热”FJH技术被用于提炼镓，这是美国国防工业的重要举措。这份合同是Metallium首次获得美国国防部资金支援，标志着这项技术正式进入联邦创新体系。
该合同的类型是小型企业创新研究第一阶段。合同重点是验证FJH技术从废物流中回收镓的可行性，旨在建立美国本土供应链，减少对中国的依赖。
该合同价值 10 万美元，将运用 Metallium 的专有“闪速焦耳加热”工艺，从包括 LED 废料和富镓废料在内的废物流中回收镓。这些原料还含有锗和其它贵金属，从而扩大了该项目的战略影响。预计该项目将在六个月内完成。
目前，Metallium公司位于休斯顿郊外的子公司Flash Metals USA正在按计划推进其具有商业规模的工厂，预计将于2026年初投产。
Metallium 董事总经理兼首席执行官 Michael Walshe 表示，“虽然这份合同金额不大，但意义重大，因为它代表着我们首次获得美国国防部的资助。”他补充道：“通过展示我们的镓回收技术，我们将继续构建美国本土解决方案，以减少对外国供应链的依赖，并直接支持国家安全优先事项。”
该项目将由Flash Metals Texas公司作为主承包商执行，莱斯大学的图尔团队将根据资源和成本分摊协定参与其中。在第一阶段工作成功完成后，Metallium公司和Flash Metals公司计划立即申请高达100万美元的第二阶段资金，以推进在Metallium公司位于德州钱伯斯县的现有基地进行试点规模部署，目标是启动第三阶段的商业实施，以增强美国镓和其它关键金属供应链的韧性。
图尔表示，他们的目标是到明年1月，工厂日处理1吨印刷电路板，到明年9月，日处理量增加至20吨。目前，该公司还在马塞诸塞州和维吉尼亚州筹建另外两处工厂。
结语
从加州Mountain Pass矿山的重启，到德州钱伯斯县那座即将在2026年点火的“城市矿山”工厂；美国正在用两条腿走路：一条腿是把地底的稀土挖回来，另一条腿是把每年扔掉的旧手机、旧电动车、旧风机里的稀土“抢回来”。当这两条腿真正站稳的时候，2030年的美国将有底气说：我们的电动车马达、我们的雷达与导弹，不再需要看任何国家的脸色。
而这一切的转折点，可能就藏在莱斯大学实验室里那1秒钟的强光之中，它可能正在闪出美国关键矿产独立的新时代。
——《纪元焦点》制作组
责任编辑：孙芸#
