Восстановление критически важных минералов из электронных отходов

Метод извлечения ценных минералов из электронных отходов, разработанный исследовательской группой Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики (PNNL), демонстрирует успехи в селективном извлечении марганца, магния, диспрозия и неодима — минералов, имеющих решающее значение для современной электроники.

Металлы можно отделить друг от друга, используя их индивидуальные свойства, однако современные методы разделения медленны, а также химико- и энергоемки. Эти барьеры делают извлечение ценных минералов из потоков электронных отходов экономически нецелесообразным. Исследовательская группа PNNL использовала простой раствор на основе смешанной соленой воды и свои знания о свойствах металлов для разделения ценных минералов в непрерывно проточных реакционных камерах.

Метод, подробно описанный в двух взаимодополняющих исследовательских статьях, основан на поведении различных металлов при помещении их в камеру химической реакции, где две разные жидкости непрерывно текут вместе. Исследовательская группа использовала склонность металлов образовывать твердые вещества с разной скоростью с течением времени, чтобы разделить и очистить их.

Ученый PNNL Цинпу Ван представит недавние успехи в селективном извлечении марганца, магния, диспрозия и неодима, минералов, имеющих решающее значение для современной электроники, на весеннем собрании Общества исследования материалов (MRS) 2024 года в Сиэтле, штат Вашингтон.

«Наша цель — разработать экологически чистый и масштабируемый процесс разделения для извлечения ценных минералов из электронных отходов», — прокомментировал эту работу Ван. «Здесь мы показали, что можем пространственно разделять и извлекать почти чистые редкоземельные элементы без сложных, дорогих реагентов или трудоемких процессов».

Исследовательская группа PNNL впервые сообщила в феврале 2024 года об успешном выделении двух основных редкоземельных элементов — неодима и диспрозия — из смешанной жидкости. Два отдельных и очищенных твердых вещества образовались в реакционной камере за 4 часа вместо 30 часов, обычно необходимых для традиционных методов разделения. Эти два важнейших минерала используются, среди прочего, для производства постоянных магнитов, используемых в жестких дисках компьютеров и ветряных турбинах. До сих пор разделение этих двух элементов с очень похожими свойствами было сложной задачей. Возможность экономически выгодно извлекать их из электронных отходов может открыть новый рынок и источник этих ключевых полезных ископаемых.

Извлечение минералов из электронных отходов — не единственное применение этого метода разделения. Исследовательская группа изучает возможность извлечения магния из морской воды, а также из отходов горнодобывающей промышленности и рассолов соленых озер.

Используя дополнительную технику, Ван и его коллега Элиас Накузи, ученый-материаловед PNNL, показали, что они могут извлечь почти чистый марганец (>96%) из раствора, который имитирует растворенные отходы литий-ионных батарей. Марганец для аккумуляторов производится несколькими компаниями по всему миру и используется в катоде батареи. В этом исследовании учёные использовали систему на основе геля для разделения материалов на основе различных скоростей транспорта и реакционной способности металлов в образце.

Команда расширяет сферу исследования и будет масштабировать процесс с помощью новой инициативы PNNL «Неравновесное разделение, управляемое транспортом», которая разрабатывает новые экологически безопасные разделения для обеспечения надежной внутренней цепочки поставок критически важных минералов и редкоземельных элементов.

Источник