麻省理工学院开发硫化分离工艺 从矿石和回收材料中分离稀土等关键金属

据外媒报道，麻省理工学院的研究人员开发新加工方法，可以更容易地从采矿矿石和回收材料中分离稀有金属，以缓解材料短缺问题。在手机和汽车等使用的电池中，这些金属材料必不可少。

（图片来源：MIT）

研究人员在硫化过程中进行选择性调整，以将稀有金属从混合金属材料中分离出来，例如锂离子电池中的钴。该加工技术可以使金属保持固态形式，无需溶解材料，即可进行分离。相比之下，传统的液体分离方法成本较高，而且耗能很大。研究人员针对56种元素开发加工条件，并在15种元素上测试了这些条件。这种硫化法将从混合金属氧化物中分离金属的资本成本降低了65-95%。与传统液体分离方法，采用选择性加工，可以减少60-90%的温室气体排放。

这些发现有助于缓解对钴、锂和稀土等稀有金属日益增长的需求，这些稀有金属可用于电动汽车、太阳能电池和发电风车等清洁能源产品。据国际能源署（International Energy Agency）2021年报告，自2010年以来，随着使用这些金属的可再生能源技术扩大覆盖范围，每单位发电能力所需的平均矿物量增加了50%。

十多年来，该团队一直在研究使用硫化物材料，开发新的电化学金属生产路线。硫化物是常见的材料，麻省理工学院的研究人员在极端条件下对其进行试验，比如高达800到3000华氏度的温度。在合成高温硫化物材料以支持电化学生产的过程中，研究人员发现可以非常有选择性地控制所制造的产品，然后意识到“也许有机会进行选择性地分离。”

研究人员利用化学反应，使含有金属氧化物混合物的材料发生反应，形成新的金属硫化合物或硫化物。通过改变温度、气压和反应过程中的碳添加等因素，研究人员发现，可以选择性地制造各种固体硫化物，而这些固体可以通过各种方法进行物理分离，包括粉碎材料并对大小不同的硫化物进行分选，或者使用磁铁将不同的硫化物分离开来。

目前分离稀有金属的方法，大量依赖于能源、水、酸和有机溶剂，都会对环境造成严重的影响。研究人员Caspar Stinn表示：“我们致力于使用丰富、经济、容易获得的材料进行可持续性材料分离，现已将硫和硫化物纳入这一领域。”

研究人员通过选择性硫化，分离锂离子电池中的重要金属，如钴；还将这种技术用于从稀土硼磁体中分离镝，或将其从氟碳铈矿等采矿矿物中获得的典型氧化物混合物中分离出来。通过硫化分离材料的好处之一是，许多现有技术和工艺基础设施可以得到利用。在现有的反应器类型和设备上应用新条件和新的化学成分。

下一步是证明该工艺可用于大量处理原材料，例如从稀土采矿流中分离16种元素。研究人员建造了一个每天可以处理大约10公斤原材料的反应器，并正在与几家公司进行对话。这项研究得到美国能源部和美国国家科学基金会的支持。