稀土金屬並不像其名字所暗示的那樣稀有。然而，它們卻是現代經濟不可或缺的。畢竟，這17 種金屬是數位化和能源轉型必不可少的原料。智慧型手機、電腦、螢幕和電池中都有它們的身影–沒有它們，電動馬達就無法運轉，風力渦輪機也無法轉動。由於歐洲幾乎完全依賴從中國進口，這些原材料被認為是至關重要的。

ETH 博士生Marie Perrin 介紹新的回收方法。她左手拿著螢光燈形式的原料，右手拿著可以分離稀土金屬的黃色試劑。圖片來源：Fabio Masero / 蘇黎世聯邦理工學院

科學家正在開發一種受大自然啟發的工藝，它能從舊螢光燈中有效回收銪。這種方法可以實現人們期待已久的稀土金屬回收。

• 一種小分子在酵素中天然地成為金屬的結合位點，事實證明它也有助於分離某些稀土金屬。
• 在概念驗證中，此製程直接從廢棄節能燈的螢光粉中提取銪，提取量遠高於現有方法。
• 研究人員目前正在努力將他們的方法推廣到其他稀土金屬。他們正在創辦一家新公司，將這些原料的回收付諸實行。

不過，稀土金屬的萃取也很關鍵。它們總是以化合物的形式存在於天然礦石中，但由於這些元素的化學性質非常相似，因此很難分離。因此，傳統的分離製程非常耗費化學和能源，而且需要多個萃取步驟。這就使得這些金屬的提取和提純變得昂貴、耗費資源和時間，並且對環境極為有害。

蘇黎世聯邦理工學院無機化學實驗室教授維克多-穆格爾（Victor Mougel）說：「稀土金屬在歐洲幾乎沒有回收。Mougel 領導的研究團隊希望改變這種狀況。」這位化學家說：”目前迫切需要一種可持續的、簡單易行的方法，從各種來源中分離和回收這些具有戰略意義的原材料。”

在最近發表於《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上的一項研究中，研究小組提出了一種令人驚訝的簡單方法，可以從包括其他稀土金屬在內的複雜混合物中高效分離和回收稀土金屬銪。

靈感來自大自然

穆格爾研究小組的博士生瑪麗-佩林（Marie Perrin）是這項研究的第一作者，她解釋說：”現有的分離方法基於數百個液液萃取步驟，效率低下–迄今為止，銪的回收還不切實際”。他們在研究中展示了一種簡單的無機試劑如何顯著改善分離效果。 Perrin說：”這使我們能夠通過幾個簡單的步驟獲得銪，而且銪的數量比以前的分離方法至少高出50倍。”

這種技術的關鍵可以在鎢或鉬周圍具有四個硫原子的無機小分子中找到：Tetrathiometallates。研究人員的靈感來自蛋白質世界。 Tetrathiometallates是天然酵素中金屬的結合位點，可作為抗癌和銅代謝紊亂的活性物質。

Tetrathiometallates現在首次被用作分離稀土金屬的配體。它們獨特的氧化還原特性在此發揮了作用，將銪還原為不尋常的二價態，從而簡化了與其他三價稀土金屬的分離。

快速回收螢光燈中的銪。資料來源：Marie Perrin / 蘇黎世聯邦理工學院

實際應用與環境影響

穆格爾說：”這一原理非常有效率和強大，我們可以直接將其應用於廢舊螢光燈，而無需通常的預處理步驟。”

電子廢棄物是稀土金屬的一個重要來源，但尚未充分利用。穆格爾說：「如果能開發利用這項資源，瑞士目前送往國外填埋的燈具廢棄物就可以在瑞士國內回收。這樣，燈具廢棄物就可以成為銪的城市礦山，使瑞士減少對進口的依賴。

過去，銪主要用作螢光燈和平板顯示器的螢光粉，因此市場價格較高。隨著螢光燈逐漸被淘汰，需求也隨之下降，因此先前的銪回收方法在經濟上不再可行。然而，更有效的分離策略是可取的，並有助於利用大量廉價的螢光燈廢料，其稀土金屬含量比天然礦石高出約17 倍。

策略性回收工作

因此，在產品壽命結束時回收稀有金屬並使其繼續流通就顯得更加迫切–但歐盟的稀土元素回收率仍低於1%。

原則上，稀土金屬的任何分離製程都可用於從礦石中提取和從廢料中回收。不過，研究人員在使用他們的方法時，特意將重點放在原料的回收上，因為這在生態和經濟上都更有意義。 “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都更加環保，」穆格爾說。

新企業和商業化

研究人員已為他們的技術申請了專利，並正在成立一家名為REEcover 的新公司，以便將來將其商業化。目前，他們正致力於將分離製程應用於其他稀土金屬，如磁鐵中的釹和鏑。如果這項工作取得成功，瑪麗-佩蘭希望在博士畢業後成立這家新公司，並在實踐中建立稀土金屬的回收。

編譯自/ ScitechDaily