从电子垃圾中开采稀土金属

稀土金属并不像其名称所暗示的那样稀有。然而，它们对现代经济来说却是不可或缺的。毕竟，这17种金属是数字化和能源转型必不可少的原材料。它们存在于智能手机、电脑、屏幕和电池中——没有它们，电动机就无法运转，风力涡轮机也无法转动。由于欧洲几乎完全依赖从中国进口，这些原材料被认为至关重要。

然而，稀土金属也因其开采而至关重要。它们总是以化合物的形式存在于天然矿石中——但由于这些元素的化学性质非常相似，因此很难分离。因此，传统的分离工艺非常耗费化学和能源，并且需要多个提取步骤。这使得这些金属的提取和纯化成本高昂、耗费资源和时间，并且对环境极为有害。

“欧洲几乎从未回收过稀土金属，”苏黎世联邦理工学院无机化学实验室教授VictorMougel说道。Mougel领导的研究团队希望改变这一现状。“迫切需要可持续且简单的方法来从各种来源分离和回收这些战略原材料，”这位化学家说道。

在最近发表在《NatureCommunications》杂志外部页面call_made上的一项研究中，研究团队提出了一种令人惊讶的简单方法，可以从包括其他稀土金属在内的复杂混合物中有效地分离和回收稀土金属铕。

灵感源自大自然

穆格尔团队的博士生、这项研究的第一作者玛丽·佩兰(MariePerrin)解释说：“现有的分离方法基于数​​百个液液萃取步骤，效率低下——迄今为止，回收铕是不切实际的。”他们在研究中展示了一种简单的无机试剂如何显著改善分离效果。“这使我们能够通过几个简单的步骤获得铕——而且数量至少是以前分离方法的50倍，”佩兰说。

这项技术的关键在于小无机分子，该分子由四个硫原子围绕钨或钼构成：四硫金属酸盐。研究人员的灵感来自蛋白质世界。四硫金属酸盐被发现是天然酶中金属的结合位点，可用作抗癌症和铜代谢障碍的活性物质。

四硫代金属酸盐现在也首次被用作稀土金属分离的配体。它们独特的氧化还原特性在这里发挥了作用，将铕还原为不寻常的二价状态，从而简化了与其他三价稀土金属的分离。

“该原理非常高效和可靠，我们可以将其直接应用于废旧荧光灯，而无需通常的预处理步骤，”Mougel说道。

保持铕的流通

电子垃圾是一种重要但尚未得到充分利用的稀土金属来源。“如果能利用这一资源，瑞士目前运往国外填埋的灯管废料就可以在瑞士回收利用，”穆格尔说。这样一来，灯管废料就可以成为铕的城市矿山，使瑞士减少对进口的依赖。

过去，铕主要用作荧光灯和平板屏幕的荧光粉，导致市场价格高昂。随着荧光灯逐渐被淘汰，需求下降，因此以前的铕回收方法不再具有经济可行性。然而，更有效的分离策略是可取的，并且可以帮助利用大量廉价的荧光灯废料，这些废料的稀土金属含量比天然矿石高出约17倍。

减少需求

这使得在产品寿命结束时回收稀土金属并保持其流通变得更加紧迫——但欧盟的稀土元素回收率仍然低于百分之一。

原则上，任何稀土金属分离工艺都可用于从矿石中提取稀土金属，也可用于从废物中回收稀土金属。然而，研究人员在采用他们的方法时，有意专注于原材料的回收，因为这更符合生态和经济原则。“我们的回收方法比所有从矿石中提取稀土金属的传统方法都更加环保，”穆格尔说。

研究人员已为他们的技术申请了专利，并正在成立一家名为REEcover的初创公司，以便将来将其商业化。他们目前正在研究将分离过程应用于磁铁中发现的其他稀土金属，如钕和镝。如果成功，玛丽·佩兰希望在获得博士学位后创办这家初创公司，并在实践中建立稀土金属的回收利用。