冶金学教授Antoine Allanore和他的研究生Caspar Stinn在一个叫做硫化的化学过程中进行了选择性调度，他们成功地瞄准了稠浊金属材料中的罕有金属如锂离子电池中的钴并将其分离出来。
正如他们在《自然》上报告的那样，他们的处理技能许可金属保持固体形式并在不用融材料的情形下进行分离。这避免了须要大量能源的传统但昂贵的液体分离方法。研究职员为56种元素制订了处理条件并在15种元素上测试了这些条件。
他们在论文中指出，他们的硫化方法可以将金属分离的成本本钱从稠浊金属氧化物中降落65%到95%。其余，跟传统的基于液体的分离比较，他们的选择性处理还可以减少60%到90%的温室气体排放。
“我们很高兴能找到用水量和温室气体排放量非常高的工艺的替代品，如锂离子电池回收、稀土磁铁回收和稀土分离.这些都是为可持续性运用制造材料的过程，但这些过程本身是非常不可持续的，”Stinn说道。
这些创造为缓解对钴、锂和稀土元素等小金属日益增长的需求供应了一种方法。据悉，这些小金属被用于电动汽车、太阳能电池和发电风车等“清洁”能源产品中。根据国际能源署(IEA)2021年的一份报告，自2010年以来，随着利用这些金属的可再生能源技能的扩大，一个新发电能力单位所需的矿物的均匀数量已经上升了50%。
选择性的机会
十多年来，Allanore小组一贯在研究利用硫化物质料来开拓新的金属生产电化学路线。硫化物是常见的材料，但MIT的科学家们正在极度条件下对它们进行实验。极度条件包括诸如非常高的温度--从800到3000华氏度--这些条件在制造厂中利用，但在一个范例的大学实验室中却没有。
“我们正在研究非常成熟的材料，其条件跟以前所做的比较是不常见的。这便是为什么我们正在探求新的运用或新的现实，”Allanore说道。
Stinn指出，在合成高温硫化物质料以支持电化学生产的过程中，“我们理解到我们可以对我们制造的产品进行非常有选择性和非常有掌握。正是基于这种认识，我们意识到，‘好吧，大概这里有一个选择性的机会’。”
研究职员利用的化学反应使一种含有稠浊金属氧化物的材料发生反应，然后形成新的金属硫化合物或硫化物。通过改变温度、气体压力及在反应过程中加入碳等成分，Stinn和Allanore创造他们可以有选择地创造出各种硫化物固体，这些固体可以通过各种方法进行物理分离，个中包括粉碎材料和分拣不同大小的硫化或利用磁铁将不同的硫化物相互分离。
Stinn表示，目前的罕有金属分离方法依赖于大量的能源、水、酸和有机溶剂，这些都会对环境产生昂贵的影响，“我们正试图利用丰富、经济和随意马虎得到的材料进行可持续的材料分离，我们已经将这一领域扩大到现在包括硫和硫化物。”
Stinn和Allanore利用选择性硫化法来分离出经济上主要的金属，如回收的锂离子电池中的钴。他们还利用他们的技能从稀土硼磁铁等分离出镝--一种用于从数据存储设备到光电子学等运用的稀土元素，或从诸如氟碳铈矿等采矿矿物的范例氧化物稠浊物等分离出镝。
利用现有技能
Allanore指出，像钴和稀土这样的金属只在开采的材料中少量存在，因此工业界必须处理大量的材料以检索或回收足够的这些金属从而在经济上是可行的，“很明显，这些过程是没有效率的。大多数排放物来自于缺少选择性和它们运行时的低浓度。”
通过肃清对液体分离的需求及溶解和再沉淀单个元素所需的额外步骤和材料，MIT研究职员的工艺大大降落了分离过程中所需的本钱和产生的排放。
“利用硫化法分离材料的一个好处是，很多现有的技能和工艺根本举动步伐可以被利用，”Stinn表示，“这是在已有的反应器样式和设备中的新条件和新化学。”
下一步是证明该工艺可以适用于大量的原材料--如从稀土矿流等分离出16种元素。Allanore表示：“现在我们已经表明，我们可以一起处理个中的三个或四个或五个，但我们还没有以符合支配哀求的规模处理来自现有矿山的实际流。”
据悉，Stinn和实验室的同事们已经建造了一个反应器，每天可以处理约10公斤的原材料，研究职员正在跟几个公司开始就可能性展开交谈。
