استخراج فلزات خاکی کمیاب از زباله های الکترونیکی

با این حال، فلزات خاکی کمیاب نیز به دلیل استخراج آنها حیاتی هستند. آنها همیشه به شکل ترکیبی در سنگ معدن طبیعی وجود دارند – اما از آنجایی که این عناصر از نظر شیمیایی بسیار شبیه هستند، جداسازی آنها دشوار است. بنابراین فرآیندهای جداسازی سنتی بسیار شیمیایی و انرژی بر هستند و به چندین مرحله استخراج نیاز دارند. این امر استخراج و خالص سازی این فلزات را پرهزینه، منابع و زمان بر و به شدت برای محیط زیست مضر می کند.

ویکتور موگل، پروفسور آزمایشگاه شیمی معدنی در ETH زوریخ می‌گوید: «فلزات خاکی کمیاب به سختی در اروپا بازیافت می‌شوند. تیمی از محققان به رهبری موگل می خواهند این را تغییر دهند. این شیمیدان می گوید: “نیاز فوری به روش های پایدار و بدون عارضه برای جداسازی و بازیابی این مواد خام استراتژیک از منابع مختلف وجود دارد.”

در مطالعه‌ای که اخیراً در ژورنال Nature Communications منتشر شده است ، تیم یک روش شگفت‌آور ساده برای جداسازی و بازیابی مؤثر فلز خاکی کمیاب یوروپیوم از مخلوط‌های پیچیده از جمله سایر فلزات خاکی کمیاب ارائه می‌کند.

ماری پرین، دانشجوی دکترا در گروه موگل و اولین نویسنده این مطالعه، توضیح می‌دهد: «روش‌های جداسازی موجود مبتنی بر صدها مرحله استخراج مایع-مایع هستند و ناکارآمد هستند – بازیافت یوروپیوم تاکنون غیرعملی بوده است». آنها در مطالعه خود نشان دادند که چگونه یک معرف غیرآلی ساده می تواند جداسازی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. پرین می‌گوید: «این به ما امکان می‌دهد تا اوروپیم را در چند مرحله ساده به دست آوریم – و در مقادیری که حداقل 50 برابر بیشتر از روش‌های جداسازی قبلی است.

کلید این تکنیک را می توان در مولکول های معدنی کوچکی یافت که دارای چهار اتم گوگرد در اطراف تنگستن یا مولیبدن هستند: تتراتیومتالات. محققان از دنیای پروتئین ها الهام گرفتند. تتراتیومتالات ها به عنوان محل اتصال فلزات در آنزیم های طبیعی یافت می شوند و به عنوان مواد فعال در برابر سرطان و اختلالات متابولیسم مس استفاده می شوند.

برای اولین بار، تتراتیومتالات ها هم اکنون به عنوان لیگاند برای جداسازی فلزات خاکی کمیاب استفاده می شوند. ویژگی‌های ردوکس منحصر به فرد آنها در اینجا به کار می‌رود، و یوروپیوم را به حالت دو ظرفیتی غیرمعمول خود کاهش می‌دهد و در نتیجه جداسازی از دیگر فلزات خاکی کمیاب سه ظرفیتی را ساده می‌کند.

ضایعات الکترونیکی منبع مهمی از فلزات خاکی کمیاب هستند که هنوز مورد استفاده قرار نگرفته است. موگلز می‌گوید: «اگر از این منبع استفاده می‌شد، زباله‌های لامپ‌هایی که سوئیس در حال حاضر برای دفع در محل دفن زباله به خارج از کشور می‌فرستد، می‌توانست به جای آن در اینجا در سوئیس بازیافت شود. به این ترتیب، زباله های لامپ می تواند به عنوان یک معدن شهری برای یوروپیوم عمل کند و سوئیس را کمتر به واردات وابسته کند.

در گذشته، یوروپیوم عمدتاً به عنوان فسفر در لامپ‌های فلورسنت و صفحه‌های تخت استفاده می‌شد که منجر به قیمت‌های بالای بازار شد. از آنجایی که لامپ های فلورسنت اکنون به تدریج از بین می روند، تقاضا کاهش یافته است، به طوری که روش های بازیافت قبلی برای یوروپیوم دیگر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیستند. با این وجود، استراتژی‌های جداسازی کارآمدتر مطلوب هستند و می‌توانند به استفاده از مقادیر زیادی ضایعات ارزان لامپ‌های فلورسنت که محتوای فلزات خاکی کمیاب آنها حدود 17 برابر بیشتر از سنگ‌های معدنی طبیعی است، کمک کند.

این امر بازیابی فلزات کمیاب در پایان عمر محصول و نگه داشتن آنها در گردش را بیش از پیش ضروری می کند – اما نرخ بازیابی عناصر کمیاب خاکی در اتحادیه اروپا هنوز کمتر از یک درصد است.

در اصل، هر فرآیند جداسازی برای فلزات خاکی کمیاب می‌تواند هم برای استخراج از سنگ معدن و هم برای بازیافت از زباله استفاده شود. با این حال، محققان با روش خود، عمداً بر بازیافت مواد خام تمرکز می کنند، زیرا این کار منطقی اکولوژیکی و اقتصادی بیشتری دارد. موگل می‌گوید: «رویکرد بازیافت ما نسبت به همه روش‌های مرسوم برای استخراج فلزات خاکی کمیاب از سنگ‌های معدنی به‌طور قابل توجهی سازگارتر با محیط‌زیست است.

محققان فناوری خود را به ثبت رسانده‌اند و در حال تأسیس استارت‌آپی به نام REEcover برای تجاری‌سازی آن در آینده هستند. آنها در حال حاضر روی تطبیق فرآیند جداسازی برای سایر فلزات خاکی کمیاب مانند نئودیمیم و دیسپروزیم که در آهنرباها یافت می شوند، کار می کنند. اگر این موفقیت‌آمیز باشد، ماری پرین می‌خواهد استارت‌آپ را پس از دکتری خود راه‌اندازی کند و بازیافت فلزات کمیاب خاکی را در عمل ایجاد کند.