创新的回收技术将电子垃圾变成稀土金属宝库

稀土金属并不像其名字所暗示的那样稀有。然而，它们却是现代经济不可或缺的。毕竟，这 17 种金属是数字化和能源转型必不可少的原材料。智能手机、电脑、屏幕和电池中都有它们的身影--没有它们，电动机就无法运转，风力涡轮机也无法转动。由于欧洲几乎完全依赖从中国进口，这些原材料被认为是至关重要的。

ETH 博士生 Marie Perrin 介绍新的回收方法。她左手拿着荧光灯形式的原材料，右手拿着可以分离稀土金属的黄色试剂。图片来源：Fabio Masero / 苏黎世联邦理工学院

科学家们正在开发一种受大自然启发的工艺，它能从旧荧光灯中有效回收铕。这种方法可以实现人们期待已久的稀土金属回收。

• 一种小分子在酶中天然地成为金属的结合位点，事实证明它也有助于分离某些稀土金属。

• 在概念验证中，该工艺直接从废旧节能灯的荧光粉中提取铕，提取量远高于现有方法。

• 研究人员目前正在努力将他们的方法推广到其他稀土金属。他们正在创办一家新公司，将这些原材料的回收利用付诸实践。

不过，稀土金属的提取也很关键。它们总是以化合物的形式存在于天然矿石中，但由于这些元素的化学性质非常相似，因此很难分离。因此，传统的分离工艺非常耗费化学和能源，而且需要多个提取步骤。这就使得这些金属的提取和提纯变得昂贵、耗费资源和时间，并且对环境极为有害。

苏黎世联邦理工学院无机化学实验室教授维克多-穆格尔（Victor Mougel）说："稀土金属在欧洲几乎得不到回收利用。Mougel 领导的研究团队希望改变这种状况。"这位化学家说："目前迫切需要一种可持续的、简单易行的方法，从各种来源中分离和回收这些具有战略意义的原材料。"

在最近发表于《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上的一项研究中，研究小组提出了一种令人惊讶的简单方法，可以从包括其他稀土金属在内的复杂混合物中高效分离和回收稀土金属铕。

灵感来自大自然

穆格尔研究小组的博士生玛丽-佩林（Marie Perrin）是这项研究的第一作者，她解释说："现有的分离方法基于数百个液液萃取步骤，效率低下--迄今为止，铕的回收利用还不切实际"。他们在研究中展示了一种简单的无机试剂如何显著改善分离效果。Perrin说："这使我们能够通过几个简单的步骤获得铕，而且铕的数量比以前的分离方法至少高出50倍。"

这种技术的关键可以在钨或钼周围具有四个硫原子的无机小分子中找到：Tetrathiometallates。研究人员的灵感来自蛋白质世界。Tetrathiometallates是天然酶中金属的结合位点，可作为抗癌和铜代谢紊乱的活性物质。

Tetrathiometallates现在首次被用作分离稀土金属的配体。它们独特的氧化还原特性在此发挥了作用，将铕还原为不寻常的二价态，从而简化了与其他三价稀土金属的分离。

快速回收荧光灯中的铕。资料来源：Marie Perrin / 苏黎世联邦理工学院

实际应用和环境影响

穆格尔说："这一原理非常高效和强大，我们可以直接将其应用于废旧荧光灯，而无需通常的预处理步骤。"

电子废物是稀土金属的一个重要来源，但尚未得到充分利用。穆格尔说："如果能开发利用这一资源，瑞士目前送往国外填埋的灯具废料就可以在瑞士国内回收利用。这样，灯具废料就可以成为铕的城市矿山，使瑞士减少对进口的依赖。"

过去，铕主要用作荧光灯和平板显示器的荧光粉，因此市场价格较高。随着荧光灯逐渐被淘汰，需求也随之下降，因此以前的铕回收方法在经济上不再可行。然而，更有效的分离策略是可取的，并有助于利用大量廉价的荧光灯废料，其稀土金属含量比天然矿石高出约 17 倍。

战略性回收工作

因此，在产品寿命结束时回收稀有金属并使其继续流通就显得更加迫切--但欧盟的稀土元素回收率仍低于 1%。

原则上，稀土金属的任何分离工艺都可用于从矿石中提取和从废料中回收。不过，研究人员在使用他们的方法时，特意将重点放在原材料的回收利用上，因为这在生态和经济上都更有意义。"我们的回收方法比所有从矿石中提取稀土金属的传统方法都更加环保，"穆格尔说。

新企业和商业化

研究人员已为他们的技术申请了专利，并正在成立一家名为 REEcover 的新公司，以便将来将其商业化。目前，他们正致力于将分离工艺应用于其他稀土金属，如磁铁中的钕和镝。如果这项工作取得成功，玛丽-佩兰希望在博士毕业后成立这家新公司，并在实践中建立稀土金属的回收利用。

编译自/ScitechDaily