磁鐵可持續(xù)地分離稀土金屬混合物

一項(xiàng)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(duì)環(huán)境造成破壞的采礦程序的技術(shù)的重要組成部分。通過(guò)在結(jié)晶過(guò)程中依靠金屬的磁場(chǎng)，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(guò)1億美國(guó)iPhone用戶(hù)的錢(qián)包中的。這些元素中的一些元素很豐富，例如計(jì)算機(jī)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(chēng)為稀土金屬的元素是許多技術(shù)的關(guān)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(qiáng)，因此需要有毒且對(duì)環(huán)境有害的程序來(lái)提取。

為了開(kāi)發(fā)出更好的方法來(lái)回收這些金屬，Eric Sc??helter實(shí)驗(yàn)室的新研究描述了一種借助磁場(chǎng)分離稀土金屬混合物的新方法。該方法發(fā)表在Angewandte Chemie國(guó)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的起點(diǎn)。

分離元素混合物的標(biāo)準(zhǔn)方法是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，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(guò)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(jù)金屬的化學(xué)性質(zhì)，有機(jī)化合物和各個(gè)金屬離子以不同的速率緩慢移出酸性相并進(jìn)入有機(jī)相。

困難的是，稀土金屬之間的許多化學(xué)性質(zhì)(例如溶解度或它們與其他元素的反應(yīng)方式)非常相似。缺乏強(qiáng)烈的化學(xué)差異意味著分離稀土金屬既費(fèi)時(shí)又耗能，還會(huì)產(chǎn)生大量的酸廢。Schelter說(shuō)：“當(dāng)您執(zhí)行10,000次后，效果很好，但是每個(gè)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(duì)磁場(chǎng)的吸引力。研究人員一直對(duì)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(méi)有找到將順磁性與化學(xué)反應(yīng)或相移耦合的方法。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，磁場(chǎng)與溫度降低相結(jié)合會(huì)導(dǎo)致金屬離子以不同的速率結(jié)晶。通過(guò)降低溫度來(lái)結(jié)晶元素是實(shí)驗(yàn)室中常用的方法，但是其影響程度是出乎意料的。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的博士后研究員羅伯特·希金斯解釋說(shuō)：“我們使用較低的溫度來(lái)結(jié)晶許多材料。” “這是我可能使用的東西之一，但一開(kāi)始并沒(méi)有意識(shí)到它實(shí)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(jié)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(xué)機(jī)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(shù)從“魔術(shù)”變?yōu)楦煽?，更具?jìng)爭(zhēng)力和更具成本效益的東西。Schelter說(shuō)：“如果您能夠合理設(shè)計(jì)改善金屬分離的方法，那將是巨大的優(yōu)勢(shì)。” “我們的立場(chǎng)是使用一種可以應(yīng)用于新的分離系統(tǒng)以補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)的方法來(lái)解決與化學(xué)分離有關(guān)的利基應(yīng)用。”

希金斯(Higgins)現(xiàn)在正在研究提高磁場(chǎng)效率的同時(shí)，研究磁場(chǎng)如何與這些化學(xué)溶液相互作用。他認(rèn)為這項(xiàng)研究和其他基本化學(xué)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(shuō)：“我們?cè)娇煺业礁行У剡M(jìn)行分離的新方法，就可以更快地改善與稀土開(kāi)采和回收相關(guān)的一些地緣政治和氣候問(wèn)題。”