Магнитные поля помогают извлекать ценные металлы из отходов

Оксфорд, штат Миссисипи. – От мобильных телефонов до ветряных турбин и систем противоракетной обороны, современные технологии зависят от таких важных минералов, как редкоземельные элементы. По мере роста спроса исследователи изучают более эффективные и адаптируемые методы извлечения и повторного использования этих материалов.

Новое исследование предполагает, что магниты делают этот процесс более эффективным.

Отходы угольных электростанций, горнодобывающих предприятий и нефтегазовых скважин содержат следовые количества редкоземельных элементов , таких как диспрозий и лантан, которые используются в электромобилях, перезаряжаемых батареях и оборонных технологиях.

Современные промышленные методы извлечения этих элементов из отечественного сырья основаны на сложных процессах, которые требуют больших затрат энергии, средств и времени, а также приводят к образованию значительного количества химических отходов.

Аспирантка Университета Миссисипи Ивани Джаялатх в сотрудничестве с группой исследователей в рамках инициативы по разделению веществ, обусловленному неравновесным переносом, в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработала новые методы извлечения критически важных минералов. Результаты их работы, опубликованные в журнале Separation and Purification Technology , показывают, что магниты оптимизируют этот процесс, одновременно снижая потребление энергии и химических веществ, а также образование отходов.

«В связи с недавними технологическими достижениями и сбоями в цепочке поставок существует острая необходимость в редкоземельных элементах», — сказала Джованна Риккиути, научный сотрудник национальной лаборатории и первый автор исследования. «Это создает проблему, поскольку большинство этих элементов имеют очень схожие химические и физические свойства. Из-за их сходства очень сложно найти эффективный способ их разделения».

«Мы используем небольшие различия в магнитной восприимчивости, или магнитном моменте этих ионов. На основе этих небольших различий мы используем градиенты магнитного поля для обеспечения селективного переноса и разделения».

Несмотря на сходство между элементами, они по-разному реагируют на градиенты магнитного поля, что позволяет исследователям использовать простой постоянный магнит для отделения целевых элементов от других компонентов в жидком сырье, — сказала Джаялат, аспирантка кафедры химии Университета Миссисипи . В отличие от традиционных методов, этот процесс также быстрее и производит меньше химических отходов, добавила она.

«Традиционные методы разделения используют большое количество органических растворителей, — сказал Джаялат. — Это увеличивает затраты на утилизацию отходов и может вызывать вредное воздействие на окружающую среду».

«Использование магнитов предлагает простой и потенциально более экологичный способ содействия процессам разделения. В нашем исследовании магнитные поля способствовали селективному переносу ионов и их концентрированию из раствора».

По словам Риккиути, национальная лаборатория разработала систему визуализации, которая использует лазеры для обнаружения движения ионов в реальном времени. Эта система позволяет исследователям наблюдать зоны обогащения — области, где ионы концентрируются в ответ на воздействие магнита, — и зоны обеднения, или области, где ионы отталкиваются от магнита.

«Магнитное поле создает динамические «волны концентрации ионов» и зоны обогащения или обеднения в результате взаимодействия магнитного дрейфа, диффузии и самогенерируемых электрических полей», — сказала она.

Когда исследователи объединили осаждающий агент с магнитным полем, они наблюдали усиленную кристаллизацию растворенных редкоземельных элементов, что облегчило их извлечение.

Хотя это лишь предварительное исследование, команда заявила, что внедрение подхода на основе магнитов является потенциально многообещающим шагом на пути к улучшению существующих процессов извлечения.

«Мир нуждается в надежных и устойчивых источниках энергии и цепочках поставок важнейших полезных ископаемых», — сказал Джаялат. «Эти элементы необходимы для электромобилей, аккумуляторов и других технологий. Поэтому они имеют важное значение для будущего».

«Именно поэтому нам необходимо сосредоточиться на том, как эффективно добывать и перерабатывать эти элементы».

Источник: https://olemiss.edu/news/2026/04/researchers-show-how-simple-magnets-can-help-solve-a-complex-problem/index.html