Marshallton被授予CMI稀土元素分離技術

一項用於稀土元素化學分離的新技術已被授權給馬歇爾頓研究實驗室（Marshallton Research Laboratories），這是一家位於北卡羅來納州的有機化學品製造商，為一系列行業提供服務。

該技術由能源部關鍵材料研究所（Critical Materials Institute, CMI）的橡樹嶺國家實驗室和愛達荷國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory and Idaho National Laboratory）的科學家開發，為如何低成本地分離需求的稀土元素提供了見解，這可能會改變該行業，使美國的生產商受益。

稀土元素（REEs） - 一組17種金屬元素，包括15種鑭系元素加上釔和鈧的獨特電子特性使它們對生產電子、光學技術、合金和高性能磁體至關重要。這些強大的永久磁鐵對清潔能源技術和國防應用至關重要。

單獨的稀土元素在地殼中不存在可開採的濃度，而是自然地礦化在一起，必須進行化學分離才能用於技術應用。它們在物理和化學上的相似性使它們極難分離，而且成本很高，同時會產生大量的廢物。提取和分離用於技術應用的稀有金屬主要是在海外，主要是在中國。

為了滿足對這些材料日益增長的需求，並限制國家對外國資源的依賴，ORNL和INL的科學家們在CMI（由艾姆斯實驗室領導的能源部能源創新中心）的旗幟下工作，運用他們在化學合成、分離和工程方面的專業知識，設計和生產基於二甘醇醯胺（DGA）配體的新萃取劑，以及超越現有技術的分離鑭系物的相應工藝。

REEs在商業上使用液-液萃取進行分離，液-液萃取使用配體，由碳、氫、氧和氮原子組成的有機分子作為萃取劑，選擇性地結合REE離子。含有萃取劑的油性溶劑與富含REE的水溶液劇烈混合，然後讓其以與沙拉醬中的油和醋相同的方式分離。

在Marshallton的稀土元素分離技術中，REEs被轉移到有機溶劑中，與萃取劑分子形成複合物。DGAs對離子半徑較小的鑭系元素顯示出更高的親和力，這使得單個的REEs可以在多個階段相互分離。

ORNL的化學科學部一直在試驗一種叫做TOGDA的替代DGA，它的分離係數為2.5，已經比磷基萃取劑有了很大的改進。然而，該工藝經濟性的一個關鍵變數是負載能力，每升萃取劑可以在有機溶劑中容納多少克而不發生不良反應。

ORNL團隊將試驗配體交給里昂，在工業操作條件下使用逆流溶劑萃取系統進行測試。該系統由一系列容器組成，通過一系列液-液萃取階段混合和沉澱材料以分離出稀有金屬化合物。

在混合過程中，配體利用富含電子的供體基團吸引金屬離子，以協調的方式結合金屬離子。提取某些鑭系元素而不是其他元素，取決於配體是否有適當數量和排列的官能團，分子中能獨立於其他原子保持功能的原子，以及配體的大小和它們與油性有機溶劑混合的能力。

ORNL團隊與里昂合作，設計、合成和測試了一個化學改性配體庫，縮小了工業應用的新型藥劑的範圍，這些藥劑有可能在REE的選擇性方面超過最先進的技術。每種藥劑根據其物理排列和它所提示的電子活動表現不同。

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