磁鐵可持續(xù)地分離稀土金屬混合物

一項新的研究描述了一種純化稀土金屬的新方法，稀土金屬是需要對環(huán)境造成破壞的采礦程序的技術的重要組成部分。通過在結晶過程中依靠金屬的磁場，研究人員能夠有效和選擇性地分離稀土金屬的混合物。

元素周期表中的118種元素中，有75種是每天攜帶在超過1億美國iPhone用戶的錢包中的。這些元素中的一些元素很豐富，例如計算機芯片中的硅或外殼中的鋁，但是很難獲得清晰顯示和清晰聲音所需的某些金屬。十七種被稱為稀土金屬的元素是許多技術的關鍵組成部分，但在濃縮礦床中卻找不到，而且由于它們分散性更強，因此需要有毒且對環(huán)境有害的程序來提取。

為了開發(fā)出更好的方法來回收這些金屬，Eric Sc??helter實驗室的新研究描述了一種借助磁場分離稀土金屬混合物的新方法。該方法發(fā)表在Angewandte Chemie國際版上，其分離性能提高了一倍，是朝著更清潔，更循環(huán)的稀土金屬經濟發(fā)展的起點。

分離元素混合物的標準方法是進行化學反應，使其中一種元素發(fā)生相變，例如從液體變?yōu)楣腆w，這允許使用物理方法(如過濾)分離元素。這種方法用于分離稀土金屬。將混合物放入酸溶液中，然后根據金屬的化學性質，有機化合物和各個金屬離子以不同的速率緩慢移出酸性相并進入有機相。

困難的是，稀土金屬之間的許多化學性質(例如溶解度或它們與其他元素的反應方式)非常相似。缺乏強烈的化學差異意味著分離稀土金屬既費時又耗能，還會產生大量的酸廢。Schelter說：“當您執(zhí)行10,000次后，效果很好，但是每個步驟的效率都很差。”

每種稀土金屬的不同之處在于它們的順磁性或它們對磁場的吸引力。研究人員一直對尋找利用順磁性分離不同稀土元素的方法感興趣，但是以前的努力還沒有找到將順磁性與化學反應或相移耦合的方法。

關鍵發(fā)現(xiàn)是，磁場與溫度降低相結合會導致金屬離子以不同的速率結晶。通過降低溫度來結晶元素是實驗室中常用的方法，但是其影響程度是出乎意料的。領導這項研究的博士后研究員羅伯特·希金斯解釋說：“我們使用較低的溫度來結晶許多材料。” “這是我可能使用的東西之一，但一開始并沒有意識到它實際上將有多重要。”

使用這種方法，研究人員可以有效地和選擇性地將重稀土元素(如like和and)與較輕的金屬(如鑭和釹)分離。最引人注目的結果是將鑭和s的50/50混合物攝入，一步一步回收了99.7%的—-與未使用磁鐵的相同方法相比，“提高了100%”。

由于尚未充分理解現(xiàn)有分離方法的化學機理，因此研究人員希望他們的系統(tǒng)方法可以將金屬分離技術從“魔術”變?yōu)楦煽?，更具競爭力和更具成本效益的東西。Schelter說：“如果您能夠合理設計改善金屬分離的方法，那將是巨大的優(yōu)勢。” “我們的立場是使用一種可以應用于新的分離系統(tǒng)以補充現(xiàn)有技術的方法來解決與化學分離有關的利基應用。”

希金斯(Higgins)現(xiàn)在正在研究提高磁場效率的同時，研究磁場如何與這些化學溶液相互作用。他認為這項研究和其他基本化學發(fā)現(xiàn)是使稀土金屬回收更加有效和可持續(xù)的重要第一步。希金斯說：“我們越快找到更有效地進行分離的新方法，就可以更快地改善與稀土開采和回收相關的一些地緣政治和氣候問題。”