（从钕和镝混合粉末开始，使用了一种被称为配位体的金属结合分子。图片来源： University of Pennsylvania。）

尽管稀土金属在消费电子产品中的应用很普及，但正如他们的名字所暗示的，稀土资源来之不易。采矿和纯化它们都是一项昂贵，劳动密集和生态破坏性的生产过程。

现在，来自宾夕法尼亚大学的研究人员开创一个新的生产过程，可以使有效循环利用钕和镝两种金属。这些元素包含可以在许多高科技设备中都能发现的小而功能强大的磁体。

与目前用于分离稀土的大型和能源密集型工业过程相反，宾大这个团队的方法几乎可以立刻在室温下工作，并且仅仅使用标准的实验室设备。

从使用过的电子产品中获取钕和镝，而不是从地下挖取，会可以在财力，人力和环境成本方面增加其供应。

这项研究是由来自宾夕法尼亚大学艺术与科学学院化学系的助理教授Eric J. Schelter和研究生Justin Bogart，以及来自瓦格洛斯综合计划在能源研究项目的本科生Connor A. Lippincott领导完成，宾夕法尼亚大型X射线晶体设施主任Patrick J. Carroll，也为该研究做了贡献。

该文章发表在《AngewandteChemie》国际版杂志上。

“钕磁铁在其属性方面不可能被打败，”Schelter说。 “他们以最小的剂量，给你提供最强量的磁性物质，而且可在一定温度范围内进行。”

这些热性质通过以不同的比率混合钕与其他元素来实现的，包括稀土类金属镝。因为这些比率基于用于的应用的不同而有所不同，两种金属需要在被重新使用之前，经过分离和再混合。

“原则上，用这种技术得到钕镝，要比去原来存在他们的矿物质中获取更容易，”Schelter说。 “这些矿物具有五种元素需要分离，而在风力涡轮发电机中的钕磁铁仅需要两种元素”。

目前，无论是从矿物质重提取的钕和镝，或从一个老电动工具的电机里提取的钕和镝，都是使用同样昂贵且能量密集的生产流程。这项技术被称为液 - 液萃取，包括溶解所述的复合材料和化学过滤元件。该过程被重复数千次，以获得有用纯度的稀土类金属，因此必须将其在工业规模上实现。

取而代之这种液-液方法的是，Schelter团队设计的一种用来分离两种金属的方法。

“当我们开始的时候，”博加特说，“目标是使稀土更简单、更高效地分离，我们已经朝着这一点进步。我们设计了一种方法，通过选择性在溶液中溶解钕，将镝作为固体剩下，来分离两种金属。这种快速而简单的方法，使我们能够对金属的混合物均等分成样本达到95％纯度。

他们的方法可以在几分钟之内，分隔两个元件的等量混合物成为样品，达到95％纯度。

从两个元素的混合粉末开始，应用一种被称为配位体的金属结合分子。研究小组设计的配位体类型有三个分支，可以覆盖在金属原子上，并将他们保持在尖端之间的孔。由于钕的尺寸稍大的，提醒在镝原子周围不要靠近在一起。

“这两个离子之间的尺寸差不是很大，这就是为什么这种分离是困难的，”Schelter说，“但它足以引起的光圈打开以容纳更多的钕。而且，因为它是更加开放，一个配位体 - 钕络合物可与另一个结合，并真正改变其溶解性。”

两个钕配合物的结合，也被称为二聚物，包住了钕离子，使它们在如苯或甲苯溶剂中溶解。镝络合物不溶解，使两种金属可以很容易地分离。一旦分离，酸浴可以去除配体同时关闭金属，使之能够被很好回收。

“如果你有合适的配体，你可以在五分钟完成这种分离，而液 - 液萃取法需要几个星期，”Schelter说。 “一个潜在的磁铁回收商可能没有投资一个完整的液 - 液分离厂的资金，所以有一种化学技术可以瞬间分离这些元素，可以使得规模较小的回收商得到对他们有价值的材料。”

未来的工作将涉及改进配位体的稳定性，以便它在金属分离之前不会脱落。

“这些结果是令人鼓舞的，”Bogart说。 “我们感觉通过对系统的轻微调整，纯度水平可以进一步增加”。

该配体可以使其它稀土元素在技术产品，通过这种方式进一步被回收，如紧凑型荧光灯泡。

 

新材料在线编译整理——翻译：Gary     校正：摩天轮