Hur bryter man sällsynta jordartsmetaller
Sällsynta jordartsmetaller är nödvändiga komponenter i datorer och mobiltelefoner. Nu har forskare på SLU utvecklat en ny effektiv och miljövänlig metod för att extrahera sällsynta jordartsmetaller från lösningar med hjälp av magnetiska nanopartiklar. Sällsynta jordartsmetaller används bland annat i batterier, datorer och mobiltelefoner. Eftersom vi använder mer och mer elektronik runt om i världen, ökar behovet av de här 17 ämnena hela tiden.
Det är komplicerat att utvinna metallerna ämnena, både genom att bryta dem och genom att återvinna dem, eftersom processen är dyr och skadlig för miljön. Forskare från SLU har tillsammans med kollegor från Stockholms universitet och University of Aveiro i Portugal utvecklat en enkel, miljövänlig metod som effektivt extraherar sällsynta jordartsmetaller från lösningar med magnetiska nanopartiklar.
Den här metoden utvinner 20 gånger mer metaller från lösningen jämfört med tidigare tekniker. Dessutom går det snabbare. Sällsynta jordartsmetaller är egentligen inte sällsynta, men de finns ofta tillsammans i geologiska avlagringar. Koncentrationen i avlagringarna är mycket låg och därför är metallerna komplicerade att bryta. Dessutom får man stora mängder oönskat material som restprodukt.
Att utvinna de sällsynta jordartsmetallerna från avlagringar eller att återvinna dem kräver stora volymer lösningsmedel i hög koncentration. Stora mängder av mycket farligt avfall bildas alltså. En mer hållbar metod skulle vara att använda kiseldioxid eller polymerer av nanopartiklar för att dra ut sällsynta jordartsmetaller från lösningen. På partiklarnas ytor är organiska molekyler som bara binder till sällsynta jordartsmetaller fästa.
Sällsynta jordartsmetaller
Hur effektiva molekylerna är på att fånga upp metallerna beror på hur många organiska molekyler som är fästa på dem. Elizabeth Polido Legaria och hennes forskarkollegor ville se om nanopartiklarna kunde ta upp större mängder sällsynta jordartsmetaller vid högre pH-nivåer. Forskargruppen tillverkade magnetiska järnoxid-nanopartiklar täckta med kiseldioxid och sattes till vattenhaltiga lösningar av tre sällsynta jordartsmetaller: lantan, dysprosium och neodym.
När de tillsatte ammoniumhydroxid för att långsamt öka lösningens pH-värde, fälldes sällsynta jordartsmetallhydroxider ur lösningen och började bilda kristaller på nanopartiklarna av kiseldioxid. Nanopartiklarna som nu var laddade med sällsynta jordartsmetaller kunde sedan lätt separeras från lösningen med hjälp av en magnet. Genom att blanda nanopartiklarna med ammoniumsulfat och skaka i tre steg, kunde de sällsynta jordartsmetallerna separeras på ett miljövänligt sätt.
Nanopartiklarna kunde återanvändas tre gånger utan att förlora sin effektivitet. Forskarna testar nu processen på riktiga prover av geologiska avlagringar med sällsynta jordartsmetaller. De utvecklar också kontakter inom industrin och planerar att skapa automatiserad utrustning för att bygga en demonstrationsanläggning.
Nytt miljövänligt sätt att extrahera sällsynta jordartsmetaller
Projektet initierades och leds av Docent Gulaim Seisenbaeva. Elizabeth Polido Legaria är doktorand i projektet. Läs hela artikeln i Nature Scientific Reports. Läs mer om forskning kring funktionella nanomaterial på SLU. Hoppa till huvudinnehåll. Utvinning av sällsynta jordartsmetaller med magnetiska nanopartiklar Forskare från SLU har tillsammans med kollegor från Stockholms universitet och University of Aveiro i Portugal utvecklat en enkel, miljövänlig metod som effektivt extraherar sällsynta jordartsmetaller från lösningar med magnetiska nanopartiklar.
Vad är sällsynta jordartsmetaller och kritiska mineraler?
Sällsynta jordartsmetaller är svåra att bryta Sällsynta jordartsmetaller är egentligen inte sällsynta, men de finns ofta tillsammans i geologiska avlagringar. En mycket effektivare teknik Elizabeth Polido Legaria och hennes forskarkollegor ville se om nanopartiklarna kunde ta upp större mängder sällsynta jordartsmetaller vid högre pH-nivåer. Miljövänlig separering av sällsynta jordartsmetaller Genom att blanda nanopartiklarna med ammoniumsulfat och skaka i tre steg, kunde de sällsynta jordartsmetallerna separeras på ett miljövänligt sätt.
Processen ska testas i en demonstrationsanläggning Forskarna testar nu processen på riktiga prover av geologiska avlagringar med sällsynta jordartsmetaller. Relaterade sidor: Biokemi och molekylärbiologi Kemi Forskningsnyheter Institutionen för molekylära vetenskaper.