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. 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.
– Till vår förvåning ledde det till en ny teknik som visade sig vara mycket effektivare och lättare att använda än vanliga kiseldioxid-nanopartiklar, säger säger Elizabeth Polido Legaria, studiens huvudförfattare.
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.
– Processen i sig är väldigt enkel och eftersom det inte behövs några specifika organiska ligander är det lätt att förbereda materialet och därför kan produktionen skalas upp, säger Gulaim Seisenbaeva, en annan av forskarna bakom studien.
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.
Det här projektet är en del av EU-projektet EuRARE (Development of a Sustainable Exploitation Scheme for Europe’s Rare Earth Ore Deposits). Projektet initierades och leds av Docent Gulaim Seisenbaeva. Elizabeth Polido Legaria är doktorand i projektet.
gulaim.seisenbaeva@slu.se, 018-672994