【紀元焦點】美重塑稀土產業鏈 FJH技術展身手

【大紀元2025年12月03日訊】德克薩斯州的萊斯大學（Rice University）開發了一種「閃速焦耳加熱」技術（Flash Joule Heating,FJH），可以從廢棄電子產品中回收貴重金屬。該技術可以實現「在城市開採」資源，將為重塑美國稀土供應鏈提供了新的出路。這項技術也正在成為美國國家安全的新籌碼，今年9月份，五角大樓已經與德州初創公司Flash Metals USA簽署一份合同，將這項FJH應用於工業規模，從廢物流中提煉對國防安全至關重要的關鍵礦物——鎵（Gallium）。

美國從兩方面重塑稀土國內產業鏈

長期以來，中共壟斷了全球稀土資源的開採和提煉市場，並利用中國人創造的這項產業優勢限制並脅迫他國，國際社會對稀土供應的中斷表示強烈擔憂。

根據美國地質調查局（USGS）的數據，2024年美國進口的稀土中高達77%來自中國大陸；日本經濟產業省的數據也指出，日本近60%的稀土倚賴中國大陸供應；此外，歐盟也有46%的稀土來自中國大陸。

為了打破中共對稀土市場的壟斷，美國正在從兩個方面重塑國內的稀土供應鏈。

其一是重建國內稀土的完整產業鏈，例如，受到美國政府數十億美元支持的MP Materials公司，正在整合從稀土開採到磁鐵生產的完整供應鏈。

MP Materials公司是美國唯一的稀土全產業鏈生產商，主要工作聚焦於從稀土礦開採到精煉、分離、重金屬/合金生產，再到磁鐵製造的完整供應鏈整合，旨在減少西方在稀土領域對中國的依賴，中國目前控制全球90%以上的稀土加工產業。

MP Materials公司總部位於內華達州的拉斯維加斯，其核心資產是加州的Mountain Pass礦山，這是全球最大的稀土礦之一，產能占全球11.5%。

路透社11月25日對國際能源總署數據的一份最新分析顯示，全球數十億美元的稀土項目儲備將在一定程度上使美國擺脫對中共稀土的依賴，到2030年，雖然中共仍將供應全球約60%的製造磁鐵的關鍵稀土，但是相較之下，美國國內的磁鐵稀土供應可望實現約95%的自足率。

製造磁鐵的稀土主要是四大元素，包括釹（Nd ）鐠（Pr）鏑（Dy）鋱（Tb），然而，鏑（Dy）和鋱（Te）這兩種高溫磁性必需的稀有金屬元素在MP Materials位於加州的礦山中含量微少，這促使西方將目光投向更廣泛的全球夥伴和創新技術。

而從電子產品中回收稀土元素的技術創新，正在成為美國重塑國內稀土產業鏈的另一個重要方面。

「閃速焦耳加熱」如何被用於稀土回收

由德州萊斯大學的詹姆斯·圖爾（James Tour）等研究人員組成的團隊開發了一種超快速的方法，可以一步到位的從廢棄的磁鐵中回收稀土元素。與傳統回收方法相比，該方法具有顯著的環境和經濟效益。他們的研究成果於2025年9月29日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

這項技術創新叫做「閃速焦耳加熱」（Flash Joule Heating,FJH），最初用於從廢物中提取石墨烯（2020年論文），後來擴展到稀土金屬的回收（如從電子垃圾中提取稀土元素）。這項技術正在被視為解決美國稀土供應鏈依賴中共壟斷的關鍵創新。

從電子廢物中回收稀土金屬的傳統工藝通常採用強酸浸出法，這種工藝耗能、耗時，而且會產生有毒廢物。但萊斯大學圖爾團隊的實驗室卻利用高強度的脈沖電流能在一秒鐘內將廢物粉末和其它材料（與炭粉混合以提高導電性）加熱到數千攝氏度，產生金屬蒸汽，汽化後的金屬再與氯氣混合，轉化為不同溫度下析出的氯化物，在一瞬間就可以將廢棄物轉化為高溶解度的「活性稀土元素」。這項突破性成果支持了美國提升國內稀土礦產供應的努力。

圖爾表示，「我們已經證明，我們可以在幾秒鐘內從電子垃圾中回收稀土元素，而且對環境的影響極小，這正是我們確保建立具有韌性和循環性的供應鏈所需要的技術飛躍。」

圖爾的電脈沖加熱廢物粉末的方法，讓固體粉末瞬間變成等離子體，並且將其變得可以應用於工業生產，也得益於近年來材料科學的進步。

「閃速焦耳加熱」應用前途廣泛

目前，圖爾的研究團隊已經用兩種最常見的稀土磁鐵材料——釤鈷和釹鐵硼——測試了該工藝。除了可以應用在稀土金屬領域外，這項技術還有廣泛的環境應用前景。

例如，研究人員利用這種方法從赤泥（Red Mud，生產鋁的副產品）中去除有毒金屬，從而得到含鋁量豐富的材料，這種材料可以用於製造瓷磚，也可以重新投入到常規的鋁生產循環中。

圖爾表示，珠寶製造商已經和他們接洽，希望提取電子產品中的黃金。他說，就連印刷電路板上的塑膠部件也很有用。在高溫下，塑膠會分解成一氧化碳（Carbon Monoxide）和氫氣（Hydrogen），而氫氣是化學製造的燃料和重要原料。

「閃速焦耳加熱」用於提煉鎵 美國國防工業的重要舉措

澳大利亞專注於關鍵礦產回收的上市公司Metallium（MTM），其德州子公司Flash Metals USA負責在美國推進FJH技術的工業化應用。2024年5月，Metallium獲得萊斯大學FJH技術在關鍵金屬回收領域（如稀土、鎵、金等）的全球獨家商業化許可。

今年9月，五角大樓授予Metallium公司一份第一階段合同，從廢物流中提煉關鍵礦物鎵（Gallium）。

鎵是國防工業的重要原料，氮化鎵半導體被用於電子戰、先進雷達干擾系統、防空和導彈防禦雷達、衛星以及其它通信設備。

今年2月18日，戰略與國際研究中心CSIS公布的一份報告顯示，自1987年以來，美國已停止開採鎵礦，目前只有紐約一家公司從進口的低純度鎵金屬和廢料中回收和提煉高純度鎵。

根據美國地質調查局（USGS）的數據，2023年中國占了全球低純度鎵產能的約89%，以及全球鎵產能的98%。由於中共壟斷了鎵的生產，美國地質調查局得出結論，鎵是美國供應鏈中斷風險最大的關鍵礦產。

因為鎵供應高度集中在中國，一旦中共對鎵出口進行管制，會對美國及其盟國的半導體產業、雷達／通信設備、光電子產品等帶來嚴重衝擊。

「閃速焦耳加熱」FJH技術被用於提煉鎵，這是美國國防工業的重要舉措。這份合同是Metallium首次獲得美國國防部資金支援，標誌著這項技術正式進入聯邦創新體系。

該合同的類型是小型企業創新研究第一階段。合同重點是驗證FJH技術從廢物流中回收鎵的可行性，旨在建立美國本土供應鏈，減少對中國的依賴。

該合同價值 10 萬美元，將運用 Metallium 的專有「閃速焦耳加熱」工藝，從包括 LED 廢料和富鎵廢料在內的廢物流中回收鎵。這些原料還含有鍺和其它貴金屬，從而擴大了該項目的戰略影響。預計該項目將在六個月內完成。

目前，Metallium公司位於休斯頓郊外的子公司Flash Metals USA正在按計劃推進其具有商業規模的工廠，預計將於2026年初投產。

Metallium 董事總經理兼首席執行官 Michael Walshe 表示，「雖然這份合同金額不大，但意義重大，因為它代表著我們首次獲得美國國防部的資助。」他補充道：「通過展示我們的鎵回收技術，我們將繼續構建美國本土解決方案，以減少對外國供應鏈的依賴，並直接支持國家安全優先事項。」

該項目將由Flash Metals Texas公司作為主承包商執行，萊斯大學的圖爾團隊將根據資源和成本分攤協定參與其中。在第一階段工作成功完成後，Metallium公司和Flash Metals公司計劃立即申請高達100萬美元的第二階段資金，以推進在Metallium公司位於德州錢伯斯縣的現有基地進行試點規模部署，目標是啟動第三階段的商業實施，以增強美國鎵和其它關鍵金屬供應鏈的韌性。

圖爾表示，他們的目標是到明年1月，工廠日處理1噸印刷電路板，到明年9月，日處理量增加至20噸。目前，該公司還在馬塞諸塞州和維吉尼亞州籌建另外兩處工廠。

結語

從加州Mountain Pass礦山的重啟，到德州錢伯斯縣那座即將在2026年點火的「城市礦山」工廠；美國正在用兩條腿走路：一條腿是把地底的稀土挖回來，另一條腿是把每年扔掉的舊手機、舊電動車、舊風機裡的稀土「搶回來」。當這兩條腿真正站穩的時候，2030年的美國將有底氣說：我們的電動車馬達、我們的雷達與導彈，不再需要看任何國家的臉色。

而這一切的轉折點，可能就藏在萊斯大學實驗室裡那1秒鐘的強光之中，它可能正在閃出美國關鍵礦產獨立的新時代。

——《紀元焦點》製作組

責任編輯：孫芸#