选择性分离方法可帮助缓解稀土和其他关键金属的短缺问题

麻省理工学院的研究人员开发一种选择性分离方法可以帮助缓解从稀土和其他关键金属的严重短缺问题。在一个被称为硫化的化学过程中进行选择性调整，使冶金学教授Antoine Allanore和他的研究生Caspar Stinn成功地从混合金属材料中分离稀有金属，如锂离子电池中的钴。

他们的处理技术允许金属保持固体形式，并在不溶解材料的情况下进行分离。这避免了传统但昂贵的液体分离方法，这些方法需要大量的能量。

他们的选择性分离方法可以将金属分离成本降低65%到95%。与传统的液体分离相比，他们方法还可以减少60%到90%的温室气体排放。

“我们很高兴能找到用水量和温室气体排放量非常高的工艺的替代品，如锂离子电池回收、稀土磁铁回收和稀土分离，”Stinn说。“这些都是为可持续性应用制造材料的过程，但这些过程本身是非常不可持续的。”

这些发现为缓解对钴、锂和稀土元素等小金属日益增长的需求提供了一种方法，这些金属被用于电动汽车、太阳能电池和发电风车等“清洁”能源产品中。

十多年来，Allanore小组一直在研究使用硫化物材料来开发新的金属生产电化学路线。硫化物是常见的材料，但麻省理工学院的科学家们正在极端条件下对它们进行实验，如非常高的温度--从800到3000华氏度--这些条件在制造厂中使用。

“我们正在研究非常成熟的材料，其条件与以前所做的相比是不常见的，”Allanore解释说，“这就是为什么我们正在寻找新的应用或新的现实。”

Stinn说，在合成高温硫化物材料以支持电化学生产的过程中，“我们了解到我们可以对我们制造的产品有很强的选择性和控制性。”

研究人员所利用的化学反应使含有混合金属氧化物的材料发生反应，形成新的金属-硫化合物或硫化物。通过改变温度、气体压力和在反应过程中加入碳等因素，Stinn和Allanore发现他们可以有选择地创造出各种硫化物固体，这些固体可以通过各种方法进行物理分离，包括粉碎材料和分拣不同大小的硫化物，或者使用磁铁将不同的硫化物相互分离。

Stinn说：“目前的稀有金属分离方法依赖于大量的能源、水、酸和有机溶剂，这些都会对环境产生昂贵的影响。我们正试图使用丰富、经济和容易获得的材料进行可持续的材料分离，我们已经将这一领域扩大到现在包括硫和硫化物。”

Stinn和Allanore使用选择性分离方法分离出经济上重要的金属，如回收的锂离子电池中的钴。他们还利用他们的技术从稀土硼磁铁中分离出镝，或者从诸如bastnaesite等采矿矿物的典型氧化物混合物中分离出镝。

Stinn说：“使用硫化法分离材料的一个好处是，很多现有的技术和工艺基础设施可以被利用。"这是在已有的反应器样式和设备中的新条件和新化学。”下一步是证明该工艺可以适用于大量的原材料--例如，从稀土矿流中分离出16种元素。Allanore说：“我们的研究结果已经表明，我们可以一起处理其中的三、四或五种元素，但我们还没有以符合部署要求的规模处理来自现有矿山的实际流。”

Stinn和实验室的同事们已经建造了一个反应器，每天可以处理大约10公斤的原材料，研究人员正在开始与一些公司就这种可能性进行交谈。“我们正在讨论如何用现有的矿物和回收流来证明这种方法的性能，”Allanore说。

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