新技术回收稀土金属低污染收益大

稀土是高科技行业不可或缺的原材料。图为南非西开普省的斯廷坎普斯克拉尔（Steenkampskraal，简称SKK）稀土矿床。（Rodger Bosch/AFP via Getty Images）

稀土金属（REE）可以说是现代科技重要的基石，已广泛应用到智能手机、电脑、萤幕、电池、电动马达、镭射、战斗机和化学催化剂等方面。然而，稀土金属的开采和回收却对环境有较严重的污染与破坏。瑞士一大学目前研发了一种利用酶回收稀土金属的方法，以期减少开采和化学回收造成的污染。

目前常用的稀土金属有17种，都是以化合物的形式存在于天然矿石中，因为它们之间的化学性质非常相似且分布在微量杂质中，所以提取分离难度较大，需要依靠大量的能源和化学品才能完成。

长期以来，大多数国家都依赖进口中国加工或提炼的稀土金属。但随着中共将稀土作为威胁其它国家的一种手段后，各国都在想办法回收稀土或寻找其它稀土矿点，以应对来自中共的恐吓。

另外，过去许多稀土元素的回收率都低于1%。例如，萤光灯的磷光体和平板显示器中的萤光粉，都使用到稀土铕（Eu），但随着这些东西逐渐被淘汰，使得其市场价格下降，让其回收变得不符合经济效益。但这些废弃物的稀土金属含量比天然矿石高出约17倍，且可能存在污染环境的问题，因此研发出能有效分离铕的方法就显得十分重要。

瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）利用特殊酶，提取废弃灯泡中的稀土“铕”，且提纯的量和经济效益上，都要远高于现有溶剂萃取、离子交换等方法，同时还可以有效回收萤光灯废料。

目前，研究人员正试图将他们的方法，扩展到其它稀土金属上。该研究成果于今年6月发表在《自然》杂志上，至少有25家与科技能源相关的媒体对此做了报道。

这项技术的关键是，在钨（W）、钼（Mo）、钒（V）和铼（Re）金属上，加四个硫原子，使其形成“四硫代金属盐”，并利用其独特的氧化还原特性，转移其它稀土金属内部电子，以达到氧化还原的特性。

使用四硫代金属盐，是研究人员受到蛋白质世界的启发。这种物质被发现是天然酵素中金属的结合位点，并被用作对抗癌症和铜代谢紊乱的活性物质。

研究人员首先从废弃的萤光灯中萃取里面的磷光体，并在200°C下真空干燥，得到浅灰色粉末。经过他们化验，这些粉末含有0.93 wt%（重量百分比）的铕和12.6 wt%的钇。

之后，他们将含有“四硫钨酸盐阴离子”（WS42−）、三价（带3个电子）铕离子和三氧化二钇的溶液（YOX）一同放入进行实验，并观察其反应，以确认是否达到回收的目的。

过程中，原本含有三价铕离子和钇离子的亮黄色溶液，经过四硫钨酸盐阴离子反应，与简单温和的外部刺激（例如环境光或温和加热）后，溶液变成深红色且下面有一层金棕色的沉淀物。

三价铕离子经过氧化还原后，形成二价（带2个电子）铕离子与水，而二价铕离子本身拥有难溶的性质，因此被析出成为金棕色的沉淀物，上层则是含有三价钇离子的深红色液体。

之后他们透过离心分离固体，并对红色滤液和固体进行干燥后，就可以得到亮红色钇粉末（含有部分和金棕色铕粉末）。

这次有效实现了铕金属的回收，过程中无需对废弃物和萃取物进行复杂处理，便可得到高纯度的铕和钇金属，且回收效率高达惊人的99%。这一结果让研究人员感到振奋。

苏黎世联邦理工学院无机化学实验室的维克多‧穆格尔（Victor Mougel）教授对该校的新闻室表示，“欧洲很少对稀土金属进行回收，这让我们迫切需要可持续且简单的方法，去分离和回收这些战略材料。”

“未来可以让原本瑞士运往国外的灯管废弃物，通过这种方式回收里面的铕金属，达到城市矿山的目的，同时减少瑞士对进口的依赖。”他说。

该研究的第一作者、博士生玛丽‧佩兰（Marie Perrin）表示，“现有的化学分离方法是基于数百个萃取液步骤，但效率低下，这导致铕的回收变得十分困难。这次我们仅通过几个简单的步骤获得铕，其数量比以前的分离方法至少高50倍。”

穆格尔教授补充道：“目前我们的回收方法，比所有从矿石中提取稀土金属的传统方法更加环保和有效。”

研究人员已为其技术申请了专利，同时成立一家新创公司，以便将来商业化。另外，他们目前正在努力调整稀土金属的分离工艺，将它用于磁铁中的钕、镝或其它稀土金属上。