Магниты устойчивого разделения смесей редкоземельных металлов

Семьдесят пять из 118 элементов периодической таблицы переносятся в карманы и кошельки более чем 100 миллионов американских пользователей iPhone каждый день. Некоторые из этих элементов имеются в изобилии, как кремний в компьютерных чипах или алюминия для случаев, но определенных металлов, необходимых для четкого дисплея и чистый звук получить трудно. Семнадцать элементов, известных как редкоземельные металлы являются критически важными компонентами многих технологий, но не нашли в концентрированных залежей, и, поскольку они более рассредоточены, требуют токсичных и экологически вредных процедур для извлечения.

С целью разработки более эффективных способов переработки этих металлов, новые исследования из лаборатории Эрика Schelter описывает новый подход для разделения смесей редкоземельных металлов с помощью магнитного поля. Подход, опубликованной в журнале Angewandte Chemie в международное издание, увидели двукратное увеличение производительности сепарации и является отправной точкой на пути к более чистой и более круглой редкоземельных металлов экономики.

Стандартный подход для разделения смесей элементов, чтобы проанализировать химическую реакцию, которая вызывает один из элементов на фазовый переход, как переход от жидкого состояния в твердое, что позволяет элементы должны быть разделены с помощью физических методов, таких как фильтрация. Такой подход используется для разделения редкоземельных металлов; смеси помещают в раствор кислоты, а также органических соединений и отдельных ионов металла медленно двигаться из кислой фазы и органической фазы с разной скоростью, и на основе металла химические свойства.

А что сложного в том, что многие химические свойства, такие как растворимость или как они реагируют с другими элементами, очень похожи между редкоземельных металлов. Это отсутствие сильного химического разница означает, что разделение редкоземельных металлов-это время и процесс энергоемкий, что также создает значительное количество отработанной кислоты. «Он хорошо работает, когда вы делаете это в 10000 раз, но каждый отдельный шаг является слабо эффективным», — говорит Schelter.

Где отдельные редкоземельные металлы отличаются является их парамагнетизм, или как привлекали они к магнитным полям. Исследователи были заинтересованы в поиске способа использования парамагнетизм, чтобы изолировать различные редкоземельные элементы, но предыдущие попытки не нашли пути, чтобы пару парамагнетизма с химической реакции или фазового сдвига.

Ключевым открытием стало то, что сочетание магнитного поля с уменьшением температуры, вызываемые ионами металлов кристаллизуются по разным ставкам. Кристаллизации элементов за счет снижения температуры является широко используемым подходом в лаборатории, но величина ее воздействия оказался неожиданным. «Мы используем более низких температурах кристаллизоваться многие из наших материалов», — поясняет научный сотрудник Роберт Хиггинс, который возглавлял исследование. «Это была одна из вещей, которые я мог бы потенциально использовать, но не понимал, в самом начале, насколько важно, что было на самом деле будет».

Используя этот подход, исследователи могут эффективно и выборочно отдельных тяжелых редкоземельных элементов как тербий и иттербий из более легких металлов, таких как лантана и неодима. Самый поразительный результат был 50/50 смеси лантана и диспрозия и вернуться 99.7% диспрозия в один этап — «100% прирост» по сравнению с аналогичным методом, но без использования магнита.

Поскольку химические механизмы существующих подходов разделение не очень хорошо понимал, исследователи надеются, что их систематический прием может занять металлов сепарации от «магии» что-то более управляемой, конкурентоспособной и экономически эффективным. «Если бы вы могли рационально проектировать пути совершенствования разделения металлов, что будет огромным преимуществом», — говорит Schelter. «Наша позиция заключается в решении специфических целей, относящихся к химическому цветоделения с использованием подхода, которые могут быть применены в новых системах разделения в дополнение к существующим технологиям».

Хиггинс теперь ищет способы повышения эффективности реакции при изучении как магнитные поля взаимодействуют с этими химическими растворами. Он видит это исследование и другие фундаментальные результаты по химии в качестве важного первого шага на пути превращения редкоземельных металлов обработка более эффективной и устойчивой. «Чем быстрее мы сможем найти новые способы исполнять разделение более эффективно, тем быстрее мы сможем улучшить некоторые геополитические и климатические вопросы, связанные с редкоземельными добыче и переработке», — говорит Хиггинс.

Это исследование было поддержано Министерством энергетики США, Управление по науке, управление основной энергии наук, разделение и анализ программы Грант-де-SC0017259. Хиггинс поддерживается программой NatureNet научное Содружество.

сделать разницу: спонсорские возможности