Новости химической науки > Простой процесс разделения неодима и диспрозия

Редкоземельные металлы представляют собой важные компоненты электроники и постоянных магнитов. Дополнительным источником этих редких элементов может стать вторичная переработка отработавших свой срок потребительских товаров. В новой работе исследователи из США предлагают простой метод разделения солей неодима и диспрозия – это является важным шагом на пути к извлечению этих ценных металлов из отходов.

Название «редкоземельные» эти металлы получили в связи с тем, что они, во-первых, сравнительно редко встречаются в земной коре и, во-вторых, образуют тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды (такие оксиды в начале XIX века и ранее назывались «землями»). Некоторые редкоземельные металлы обладают интересными свойствами и используются для изготовления электронных устройств и магнитов. Самые мощные на настоящий день постоянные магниты – «неомагниты», которые изготавливают из неодим-железо-борного сплава. Эти магниты также могут содержать другие редкоземельные металлы – празеодим, тербий и диспрозий.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed..doi: 10.1002/anie.201501659

Неомагниты применяются в акустических колонках и наушниках, двигателях, пишущих головках жестких дисков, генераторах электричества и ветряных турбинах. В настоящий момент существует проблема с доступностью этих металлов, их и без того скромные месторождения постепенно исчерпываются, и извлечение редкоземельных металлов из горных пород становится все сложнее и сложнее. Ценность редкоземельных металлов для технологии наряду с проблемой их доступности послужили тому, что Министерство энергетики США внесло диспрозий и неодим в реестр «критически важных материалов».

Однако один из возможных источников этих материалов, фактически, находится в шаговой доступности – это отработавшие свой срок магниты. Несмотря на это до настоящего времени лишь небольшая доля диспрозия и неодима получается в результате вторичной переработки отходов. Из-за того, что содержание металлов в различных изделиях может быть разным, перед повторным использованием металлы необходимо разделять, однако такое разделение требует больших расходов растворителя и затрат времени.

Исследователи из Университета Пенсильвании, работающие под руководством Эрика Шелтера (Eric J. Schelter) разработали новый простой и эффективный метод разделения неодима и диспрозия. Метод основан на том, что к смеси простых солей этих металлов добавляется специально разработанный тридентатный нитроксидный лиганд. При комплексообразовании этого лиганда с металлами, отличающимися большим радиусом, как, например неодим, образуется димерный комплекс, в то время как металлы с меньшим радиусом (диспрозий) образуют комплексы мономерного строения. Это обстоятельство приводит к тому, что растворимость неодимовых комплексов в бензоле в пятьдесят раз превышает растворимость комплексов диспрозия.

Используя минимальное количество бензола, исследователи смоли отмыть неодимовый комплекс из модельной смеси состава 1:1, получив вещество с чистотой порядка 95%. Твердый остаток, который не растворялся в бензоле, содержал около 95% комплекса диспрозия. Предполагается, что увеличить степень чистоты обеих фракций можно, используя процедуру экстракции бензолом неоднократно.

Исследователи предполагают, что разработанная ими методика может быть использована и для и разделения других элементов, что может существенно упростить извлечение редкоземельных металлов из отходов в будущем.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed., 2015, doi: 10.1002/anie.201501659

метки статьи: #вопросы экологии, #геохимия, #неорганическая химия, #химическая технология