新技術回收稀土金屬 低污染收益大

【2024年07月26日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)稀土金屬(REE)可以說是現代科技重要的基石,已廣泛應用到智能手機、電腦、螢幕、電池、電動馬達、鐳射、戰鬥機和化學催化劑等方面。然而,稀土金屬的開採和回收卻對環境有較嚴重的污染與破壞。瑞士一大學目前研發了一種利用酶回收稀土金屬的方法,以期減少開採和化學回收造成的污染。

目前常用的稀土金屬有17種,都是以化合物的形式存在於天然礦石中,因為它們之間的化學性質非常相似且分布在微量雜質中,所以提取分離難度較大,需要依靠大量的能源和化學品才能完成。

長期以來,大多數國家都依賴進口中國加工或提煉的稀土金屬。但隨著中共將稀土作為威脅其它國家的一種手段後,各國都在想辦法回收稀土或尋找其它稀土礦點,以應對來自中共的恐嚇。

另外,過去許多稀土元素的回收率都低於1%。例如,螢光燈的磷光體和平板顯示器中的螢光粉,都使用到稀土銪(Eu),但隨著這些東西逐漸被淘汰,使得其市場價格下降,讓其回收變得不符合經濟效益。但這些廢棄物的稀土金屬含量比天然礦石高出約17倍,且可能存在污染環境的問題,因此研發出能有效分離銪的方法就顯得十分重要。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zürich)利用特殊酶,提取廢棄燈泡中的稀土「銪」,且提純的量和經濟效益上,都要遠高於現有溶劑萃取、離子交換等方法,同時還可以有效回收螢光燈廢料。

目前,研究人員正試圖將他們的方法,擴展到其它稀土金屬上。該研究成果於今年6月發表在《自然》雜誌上,至少有25家與科技能源相關的媒體對此做了報導。

這項技術的關鍵是,在鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)和錸(Re)金屬上,加四個硫原子,使其形成「四硫代金屬鹽」,並利用其獨特的氧化還原特性,轉移其它稀土金屬內部電子,以達到氧化還原的特性。

使用四硫代金屬鹽,是研究人員受到蛋白質世界的啟發。這種物質被發現是天然酵素中金屬的結合位點,並被用作對抗癌症和銅代謝紊亂的活性物質。

研究人員首先從廢棄的螢光燈中萃取裡面的磷光體,並在200°C下真空乾燥,得到淺灰色粉末。經過他們化驗,這些粉末含有0.93 wt%(重量百分比)的銪和12.6 wt%的釔。

之後,他們將含有「四硫鎢酸鹽陰離子」(WS42−)、三價(帶3個電子)銪離子和三氧化二釔的溶液(YOX)一同放入進行實驗,並觀察其反應,以確認是否達到回收的目的。

過程中,原本含有三價銪離子和釔離子的亮黃色溶液,經過四硫鎢酸鹽陰離子反應,與簡單溫和的外部刺激(例如環境光或溫和加熱)後,溶液變成深紅色且下面有一層金棕色的沉澱物。

三價銪離子經過氧化還原後,形成二價(帶2個電子)銪離子與水,而二價銪離子本身擁有難溶的性質,因此被析出成為金棕色的沉澱物,上層則是含有三價釔離子的深紅色液體。

之後他們透過離心分離固體,並對紅色濾液和固體進行乾燥後,就可以得到亮紅色釔粉末(含有部分和金棕色銪粉末)。

這次有效實現了銪金屬的回收,過程中無需對廢棄物和萃取物進行複雜處理,便可得到高純度的銪和釔金屬,且回收效率高達驚人的99%。這一結果讓研究人員感到振奮。

蘇黎世聯邦理工學院無機化學實驗室的維克多‧穆格爾(Victor Mougel)教授對該校的新聞室表示,「歐洲很少對稀土金屬進行回收,這讓我們迫切需要可持續且簡單的方法,去分離和回收這些戰略材料。」

「未來可以讓原本瑞士運往國外的燈管廢棄物,通過這種方式回收裡面的銪金屬,達到城市礦山的目的,同時減少瑞士對進口的依賴。」他說。

該研究的第一作者、博士生瑪麗‧佩蘭(Marie Perrin)表示,「現有的化學分離方法是基於數百個萃取液步驟,但效率低下,這導致銪的回收變得十分困難。這次我們僅通過幾個簡單的步驟獲得銪,其數量比以前的分離方法至少高50倍。」

穆格爾教授補充道:「目前我們的回收方法,比所有從礦石中提取稀土金屬的傳統方法更加環保和有效。」

研究人員已為其技術申請了專利,同時成立一家新創公司,以便將來商業化。另外,他們目前正在努力調整稀土金屬的分離工藝,將它用於磁鐵中的釹、鏑或其它稀土金屬上。

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