Новости химической науки > Ионная жидкость для извлечения редкоземельных металлов

Химики из Бельгии показали, что полученная ими около десяти лет назад ионная жидкость может использоваться для выделения ценных редкоземельных металлов из отработавших свой срок магнитов и флуоресцентных ламп.

Редкоземельные металлы являются весьма важными для высокотехнологического производства, однако то обстоятельство, что большая часть их месторождений расположена в Китае, который регулярно вводит экспортные квоты и увеличивает стоимость поставки, побуждает исследователей Старого и Нового Света разрабатывать методы извлечения редкоземельных металлов из технологических отходов.

По оценкам к 2020 году в отработавших свой срок флуоресцентных лампах будет содержаться около 25000 тонн редкоземельных металлов. (Рисунок из Green Chem., 2015, DOI: 10.1039/c4gc02107j)

В качестве альтернативных источников для извлечения редкоземельных элементов рассматриваются богатые неодимом магниты, которые являются компонентами электродвигателей и динамо-машин, а также флуоресцентные лампы. В настоящее время вторичная переработка этих материалов практикуется редко, поскольку представляет собой дорогой и небезопасный для окружающей среды процесс – в первую очередь из-за того, что для растворения нежелательных примесей может требоваться большое количество растворителя. В настоящий момент основным направлением переработки флуоресцентных ламп является безопасное извлечение ртути, а не выделение входящего в состав флуоресцирующего слоя оксида трехвалентного иттрия.

Коен Биннеман (Koen Binnemans) и Давид Дюпон (David Dupont) выяснили, что разработанная ими в 2006 году ионная жидкость [Hbet][Tf₂N] может применяться для извлечения редкоземельных металлов из промышленных отходов – в первую очередь из-за ее способности к селективному растворению определенных типов оксидов металлов. Как отмечает Биннеман, можно считать странным совпадением то, что разработанная жидкость была забыта исследователями на несколько лет, и лишь когда они неожиданно для себя выяснили, что светящийся состав флуоресцентных ламп, по сути, является оксидом, они решили попытаться обработать лампу, надеясь, что другие компоненты не перейдут в раствор.

Предвидение было вознаграждено – результаты исследования показали, что 100% фосфоресцирующего пигмента растворилось, причем в раствор не перешло больше ничего. Одним из преимуществ разработанной технологии является термоморфность ионной жидкости [Hbet][Tf₂N] – она смешивается с водой при температуре выше 80°С, расслаиваясь при более низкой температуре – это позволяет сначала растворить магниты NdFeB, а потом выделить неодим из раствора. При охлаждении производные железа оказываются в ионной жидкости, а ценные производные неодима – в водном слое. Исследователи предполагают, что такого рода селективность является следствием комбинации аниона и катиона ионной жидкости. После отделения железа от неодима железо можно осадить с помощью щавелевой кислоты; эта процедура автоматически очищает ионную жидкость, готовя ее к повторному применению.

Как заявляет Аллан Уолтон (Allan Walton), специалист по магнитам, содержащим редкоземельные металлы, из Университета Бирмингема, селективность ионной жидкости в выделении ценных компонентов высокотехнологических отходов делает ее весьма перспективным материалом для экстракции редкоземельных элементов, способным конкурировать с обычно применяющимися для решения этих задач экстрагентами. В настоящее время исследователи планируют проработать масштабирование нового способа извлечения тяжелых металлов, а также оценить экономическую сторону предлагаемой технологии.

Источники: [1] Green Chem., 2015, DOI: 10.1039/c4gc02107j; [2] Green Chem., 2015, DOI: 10.1039/c5gc00155b

метки статьи: #бытовая химия, #вопросы экологии, #ионные жидкости, #неорганическая химия, #новые материалы