瑞士研究团队从电子废料中分离回收稀土金属

稀土金属并非那么稀有，但它们对于现代经济却是不可或缺的。这17种金属是数字化和能源转型的关键原材料，存在于智能手机、电脑、屏幕和电池中。没有它们，电动机就无法运行，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，因此它们被认为是至关重要的。

稀土金属的提取也至关重要。它们总是以化合物形式存在于天然矿石中，但由于这些元素在化学性质上非常相似，因此难以分离。传统的分离过程非常耗费化学品和能源，需要多个提取步骤。这使得这些金属的提取和净化变得昂贵、资源密集且对环境有害。

“稀土金属在欧洲几乎从未被回收利用过，”苏黎世联邦理工学院无机化学实验室的维克托·穆杰尔（Victor Mougel）教授说。穆杰尔领导的研究团队希望改变这一现状。“迫切需要可持续且简便的方法，从各种来源分离和回收这些战略原材料。”这位化学家说。

在最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，该团队提出了一种出人意料的简单方法，可以有效分离和回收复杂混合物中的稀土金属铕及其他稀土金属。

灵感来自于自然

穆杰尔团队的博士生兼该研究的第一作者玛丽·佩林（Marie Perrin）解释说：“现有的分离方法基于数百个液-液提取步骤，效率低下，铕的回收利用迄今为止是不切实际的。”在研究中，他们展示了如何通过一种简单的无机试剂显著改善分离效果。“这使我们能够在几个简单步骤中获得铕，其数量至少是以前分离方法的50倍，”佩林说。

这种技术的关键在于含有四个硫原子围绕钨或钼的小型无机分子：四硫代金属酸盐。研究人员受到了蛋白质世界的启发。四硫代金属酸盐作为天然酶中的金属结合位点，并被用作抗癌和铜代谢障碍的活性物质。

四硫代金属酸盐首次作为分离稀土金属的配体使用。它们独特的氧化还原性质在这里发挥作用，将铕还原为其不寻常的二价状态，从而简化了与其他三价稀土金属的分离过程。

让铕持续循环

电子废料是一个重要但尚未充分利用的稀土金属来源。“如果这个来源得到开发，瑞士目前送往国外填埋处理的灯具废料可以在瑞士本地进行回收，”穆杰尔说。这样，灯具废料可以作为铕的城市矿山，使瑞士减少对进口的依赖。

过去，铕主要用作荧光灯和平板显示器中的磷光体，这使市场价格很高。随着荧光灯逐渐被淘汰，需求下降，以前的铕回收方法也不再具有经济可行性。然而，更高效的分离策略仍然是可取的，可以利用大量廉价的荧光灯废料，因为其稀土金属含量约为天然矿石的17倍。

减少稀土需求

在产品生命周期结束时回收稀有金属并使其保持循环利用，将变得更加紧迫。但是，欧盟的稀土元素回收率仍低于1%。

原则上，任何稀土金属的分离过程都可以用于矿石提取和废料回收。然而，研究人员刻意专注于回收原材料，因为这在生态和经济上更有意义。“我们的回收方法比从矿石中提取稀土金属的所有传统方法都更加环保，”穆杰尔说。

研究人员已经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，以便在未来将其商业化。他们目前正在努力为磁铁中发现的其他稀土金属（如钕和镝）调整分离过程。如果成功，玛丽·佩林希望在博士学位完成后建立这家初创公司，并在实践中推动稀土金属的回收利用。