Новости химической науки > Рециклизация редкоземельных металлов ионными жидкостями

Рециклизация старых магнитов для повторного использования содержащихся в них редкоземельных элементов может оказаться полезным мероприятием для решения проблемы нехватки материалов, использующихся в современной электронике.

Исследователи из Университета Лёвена (Бельгия) использовали ионные жидкости для отделения неодима и самария от переходных металлов – железа, марганца и кобальта – все эти элементы используются при изготовлении постоянных магнитов на основе редкоземельных металлов, такие магниты можно найти во многих устройствах от жестких дисков и кондиционеров до турбин ветряных электростанций.

Рисунок из Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/c3gc40198G

Руководитель исследования, Коен Биннеманс (Koen Binnemans), отмечает, что процесс включает в себя экстракцию из жидкости в жидкость редкоземельных металлов от других элементов, которые могут присутствовать в неодим-железо-борных и самарий-кобальтовых магнитах. В процессе экстракции такие элементы как железо, кобальт, марганец, медь и цинк экстрагируются в ионную жидкость, в то время как редкоземельные элементы остаются в водной фазе. Исследователь добавляет, что ионная жидкость – тригексилтетрадецилфосфонийхлорид, после экстракции может быть использована повторна после разделения смеси и извлечения из нее переходных металлов.

Традиционная экстракция из жидкости в жидкость заключается в том, что водную фазу, содержащую соли металлов, смешивают с органическим растворителем содержащим экстрагент. Хотя такое разделение внешне кажется простым, его практическая реализация заключается в том, что органическая фаза зачастую представляет собой горючие и легколетучие вещества, такие как толуол, керосин или диэтиловый эфир. Ионные жидкости представляют собой менее опасные в экологическом отношении материалы – они характеризуются низкой упругостью паров и огнеустойчивы.

Неодим и самарий играют огромную роль в микроэлектронике, и, пока этим материалам не найдена замена, их недостаточное количество будет являться критическим фактором для современной высокотехнологической, в том числе и оборонной промышленности. В настоящее время основным поставщиком этих элементов является Китай, что не может не беспокоить производителей в развитых странах – и в США и в Евросоюзе неодим и самарий внесены в список сырья, имеющего стратегическое значение.

Биннеманс поясняет, что рециклизация является лишь частичным решением проблемы, связанной с риском дефицита редкоземельных элементов – она не может заменить их горные разработки, однако может дополнить их. Он добавляет, что в настоящее время в мире рециклизуется не более 1% самария и неодима, в то время, как было бы заманчиво довести уровень повторного использования редкоземельных элементов до 20% – это могло бы понизить сырьевую зависимость западного мира от Китая.

Следующий этап работы Биннеманса – переход от модельных систем экстракции к образцам, полученным в ходе переработки настоящих промышленных магнитов, отработавших свой век. Исследователь предполагает, что концепция применения ионных жидкостей для отделения редкоземельных элементов чем-то похожа на применение ионообменных смол – и в том и в другом случае изменение структуры принимающей фазы может повысить эффективность разделения.

Источник: Green Chem., 2013, DOI: 10.1039/c3gc40198G

метки статьи: #вопросы экологии, #геохимия, #неорганическая химия, #новые материалы