Исследователи из Федеральной политехнической школы Цюриха (ETH Zurich) в Швейцарии разработали техпроцесс, который позволяет эффективно извлекать европий из старых люминесцентных ламп. Этот подход может стать долгожданным шагом к переработке редкоземельных металлов, которые играют критически важную роль в современной экономике.
Редкоземельные металлы, несмотря на свое название, не так уж редки. Однако их добыча связана с рядом сложностей, при том, что сами металлы незаменимы для производства смартфонов, компьютеров, экранов, аккумуляторов, электродвигателей и ветряных турбин. Европа практически полностью зависит от импорта этих стратегически важных материалов из Китая.
Извлечение редкоземельных металлов связано с серьезными экологическими и экономическими проблемами. Эти металлы встречаются в природе в сложных соединениях, что затрудняет их разделение. А традиционные методы требуют множества этапов и являются химически и энергетически затратными, что делает процесс извлечения дорогостоящим и вредным для окружающей среды.
Как отмечает профессор Виктор Мугель (Victor Mougel) из Лаборатории неорганической химии ETH Zurich, "редкоземельные металлы практически не перерабатываются в Европе, но мы стремимся изменить это положение". Он также добавил, что "существует большая необходимость в устойчивых и простых методах для разделения и восстановления этих стратегически важных материалов из различных источников".
В своем недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, команда представила простой и эффективный метод для разделения и извлечения редкоземельного металла европия из сложных смесей, содержащих другие редкоземельные металлы. Ключом исследования стали небольшие неорганические молекулы с четырьмя атомами серы вокруг вольфрама или молибдена, известные как тетратиметаллаты. При этом ученые черпали вдохновение из мира белков, так как тетратиметаллаты служат местом связывания металлов в природных ферментах и используются как активные вещества при лечении рака и нарушений метаболизма меди.
"Принцип столь эффективен и устойчив, что мы можем применять его непосредственно к использованным люминесцентным лампам без обычных предварительных этапов обработки", — сказал Мугель. Электронные отходы представляют собой важный, но пока что недоиспользованный источник редкоземельных металлов. "Если этот источник будет использован, отходы от ламп, которые Швейцария в настоящее время отправляет за границу на захоронение, могут быть переработаны здесь, в Швейцарии", — добавил он.
В прошлом европий использовался в качестве фосфора в люминесцентных лампах и плоских экранах, что приводило к высоким рыночным ценам. Однако с постепенным отказом от люминесцентных ламп спрос на него снизился, и прежние методы переработки стали экономически нецелесообразными. Тем не менее, эффективные стратегии разделения все еще необходимы для использования больших объемов отходов от люминесцентных ламп, содержание редкоземельных металлов в которых в 17 раз выше, чем в природных рудах.
Несмотря на это, уровень восстановления редкоземельных элементов в ЕС по-прежнему составляет менее одного процента. В принципе, любой процесс разделения редкоземельных металлов может использоваться как для извлечения из руды, так и для восстановления из отходов. Тем не менее, исследователи целенаправленно сосредоточены на переработке сырья, так как это имеет гораздо большее экологическое и экономическое значение. "Наш подход к переработке значительно более экологичен, чем все традиционные методы извлечения редкоземельных металлов из минеральных руд", — отметил Мугель.
Исследователи уже запатентовали свою технологию и находятся на стадии создания стартапа под названием REEcover для ее будущей коммерциализации. В настоящее время они работают над адаптацией процесса разделения для других редкоземельных металлов, таких как неодим и диспрозий, которые используются в магнитах.