選擇性分離方法可説明緩解稀土和其他關鍵金屬的短缺問題

麻省理工學院的研究人員開發一種選擇性分離方法可以幫助緩解從稀土和其他關鍵金屬的嚴重短缺問題。在一個被稱為硫化的化學過程中進行選擇性調整，使冶金學教授Antoine Allanore和他的研究生Caspar Stinn成功地從混合金屬材料中分離稀有金屬，如鋰離子電池中的鈷。

他們的處理技術允許金屬保持固體形式，並在不溶解材料的情況下進行分離。這避免了傳統但昂貴的液體分離方法，這些方法需要大量的能量。

他們的選擇性分離方法可以將金屬分離成本降低65%到95%。與傳統的液體分離相比，他們方法還可以減少60%到90%的溫室氣體排放。

“我們很高興能找到用水量和溫室氣體排放量非常高的工藝的替代品，如鋰離子電池回收、稀土磁鐵回收和稀土分離，”Stinn說。“這些都是為可持續性應用製造材料的過程，但這些過程本身是非常不可持續的。”

這些發現為緩解對鈷、鋰和稀土元素等小金屬日益增長的需求提供了一種方法，這些金屬被用於電動汽車、太陽能電池和發電風車等“清潔”能源產品中。

十多年來，Allanore小組一直在研究使用硫化物材料來開發新的金屬生產電化學路線。硫化物是常見的材料，但麻省理工學院的科學家們正在極端條件下對它們進行實驗，如非常高的溫度--從800到3000華氏度--這些條件在製造廠中使用。

“我們正在研究非常成熟的材料，其條件與以前所做的相比是不常見的，”Allanore解釋說，“這就是為什麼我們正在尋找新的應用或新的現實。”

Stinn說，在合成高溫硫化物材料以支持電化學生產的過程中，“我們瞭解到我們可以對我們製造的產品有很強的選擇性和控制性。”

研究人員所利用的化學反應使含有混合金屬氧化物的材料發生反應，形成新的金屬-硫化合物或硫化物。通過改變溫度、氣體壓力和在反應過程中加入碳等因素，Stinn和Allanore發現他們可以有選擇地創造出各種硫化物固體，這些固體可以通過各種方法進行物理分離，包括粉碎材料和分揀不同大小的硫化物，或者使用磁鐵將不同的硫化物相互分離。

Stinn說：“目前的稀有金屬分離方法依賴于大量的能源、水、酸和有機溶劑，這些都會對環境產生昂貴的影響。我們正試圖使用豐富、經濟和容易獲得的材料進行可持續的材料分離，我們已經將這一領域擴大到現在包括硫和硫化物。”

Stinn和Allanore使用選擇性分離方法分離出經濟上重要的金屬，如回收的鋰離子電池中的鈷。他們還利用他們的技術從稀土硼磁鐵中分離出鏑，或者從諸如bastnaesite等採礦礦物的典型氧化物混合物中分離出鏑。

Stinn說：“使用硫化法分離材料的一個好處是，很多現有的技術和工藝基礎設施可以被利用。"這是在已有的反應器樣式和設備中的新條件和新化學。”下一步是證明該工藝可以適用于大量的原材料--例如，從稀土礦流中分離出16種元素。Allanore說：“我們的研究結果已經表明，我們可以一起處理其中的三、四或五種元素，但我們還沒有以符合部署要求的規模處理來自現有礦山的實際流。”

Stinn和實驗室的同事們已經建造了一個反應器，每天可以處理大約10公斤的原材料，研究人員正在開始與一些公司就這種可能性進行交談。“我們正在討論如何用現有的礦物和回收流來證明這種方法的性能，”Allanore說。

• < 前一頁
• 下一個 >