從蛋殼到稀土：寶藏元素回收新途徑

出品：科普中國

作者：石暢（物理化學博士）

監(jiān)制：中國科普博覽

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在我們日常生活中，雞蛋是不可或缺的營養(yǎng)食品。然而，每當我們享受完一顆美味的雞蛋后，蛋殼往往被當作垃圾丟棄。但你是否知道，這些看似無用的蛋殼，其實蘊含著巨大的價值？

蛋殼主要由無機質和有機質組成，其中無機質包含碳酸鈣（方解石）、碳酸鎂和磷酸鈣等，碳酸鈣在蛋殼中占比超過80%；有機質主要由蛋白質組成，在蛋殼中占比超過3%。碳酸鈣在蛋殼形成過程中起著關鍵作用，通過鈣的沉積，結合有機基質，最終形成蛋殼的堅硬結構。

最新的科學研究表明，蛋殼可以用來提取稀土元素，這些珍貴的資源在能源、軍事、醫(yī)療等高科技領域具有廣泛的應用。**因此，蛋殼的回收不僅具有環(huán)保意義，還能為稀土元素的回收利用開辟新的途徑。

雞蛋

（圖片來源：veer圖庫）

什么是稀土元素呢？

稀土元素是元素周期表中鑭系（包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥）的15個元素，以及原子序數(shù)為21的鈧和39的釔，共計17個元素。

稀土元素

（圖片來源：veer圖庫）

稀土元素最早在18世紀末開始陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，由于當時發(fā)現(xiàn)的稀土礦物較少，人們只能用化學方法制得少量不溶于水的氧化物，這些氧化物在歷史上被習慣性地稱為“土”，所以這些元素就被稱為“稀土”。

稀土是寶貴的戰(zhàn)略資源，在新能源汽車、工業(yè)機器人、航空航天、國防軍工等各行各業(yè)尤其是高新產業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。稀土是“新材料之母”，堪稱“萬能之土”，也被譽為“工業(yè)的維生素”。

工業(yè)機器人

（圖片來源：veer圖庫）

稀土元素之所以被稱為稀有，是因為它們在地殼中的分布相當分散，而且很難從其他元素中分離出來。稀土元素是一種不可再生資源，其形成和富集需要經(jīng)歷長時間的地質作用，包括火山噴發(fā)、地殼變動等，不能通過自然過程在短時間內得到補充。

此外，稀土元素的開采和提煉需要大量的水、能源和化學品，對環(huán)境造成很大的影響。因此，稀土元素的高效開采和回收利用具有重要的研究價值。

從溶液中提取稀土元素的新方法

2024年6月4日，科學家發(fā)表了一篇關于利用雞蛋殼從溶液中提取稀土元素的方法。研究者將蛋殼放入含有稀土元素的溶液中，將溶液加熱至25℃到205℃溫度區(qū)間，持續(xù)三個月。

研究結果表明，稀土元素會沿著碳酸鈣（方解石）邊界及有機基質進入蛋殼。當溫度達到90°C時，蛋殼表面會形成名為kozoite的稀土化合物。隨著溫度的進一步升高，蛋殼的方解石外殼溶解，并被多晶kozoite取代。

當溫度達到205°C時，kozoite逐漸轉變?yōu)榉€(wěn)定的氟碳鈰礦。氟碳鈰礦是一種具有重要工業(yè)價值的鈰族稀土元素（輕稀土）礦物，屬于氟碳酸鹽類型，是稀土元素提取的重要原料之一。

該研究成果為原本看似無用的蛋殼賦予了全新的價值，通過對其特有組分和結構的利用，為稀土元素的回收提供了可持續(xù)的解決方案，高度契合循環(huán)經(jīng)濟和廢物價值化的原則，實現(xiàn)了資源的最大化利用和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

蛋殼對溶液中稀土元素的回收示意圖

（圖片來源：參考文獻1）

蛋殼還有哪些你不知道的作用？

在食品領域，蛋殼是一種優(yōu)質的食品鈣強化劑。蛋殼經(jīng)過洗凈、烘干和研磨處理后，可以添加到面粉、餅干等食品中，不僅豐富了食品的口感，更為人們提供了寶貴的鈣元素，顯著提升了食品的營養(yǎng)價值。

在農業(yè)種植領域，蛋殼可以作為肥料和土壤改良劑，不僅可以為植物提供豐富的鈣元素，促進植物的健康生長，還有助于土壤結構的改善，為農作物的生長提供更加有利的環(huán)境。

在畜牧業(yè)領域，蛋殼是一種優(yōu)良的飼料添加劑，可以為畜禽提供豐富的鈣源，有助于促進畜禽骨骼的健壯和生長發(fā)育，為養(yǎng)殖業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

此外，蛋殼在清潔方面也具有奇效。例如將蛋殼打碎放入熱水瓶等容器，可以有效去除內部的污垢和水垢，讓容器煥然一新。

蛋殼為植物提供肥料

（圖片來源：veer圖庫）

循環(huán)經(jīng)濟和廢物價值化不僅是可持續(xù)發(fā)展的關鍵驅動力，更是我們邁向綠色未來、構建生態(tài)文明社會的必由之路。我們期待著更多創(chuàng)新技術和模式的涌現(xiàn)，將廢物轉化為更多的寶貴資源，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展注入新的活力，為建設美麗地球貢獻我們的智慧和力量。

參考文獻：

1. Rémi Rateau, Melanie Maddin, Adrienn M. Szucs, et al. Utilization of Eggshell Waste Calcite as a Sorbent for Rare Earth Element Recovery[J]. ACS Omega, 2024.

2. Huang X, Dong J, Wang L,et al. Selective recovery of rare earth elements from ion-adsorption rare earth element ores by stepwise extraction with HEH(EHP) and HDEHP[J].Green Chemistry, 2017.

3. 杜利成.雞蛋殼及其綜合利用[J].飼料研究, 2001.

4. 張瑞宇.廢棄蛋殼的利用價值及其資源化途徑與技術[J].重慶工商大學學報, 2006.