在我们这个高科技社会中，对稀土金属的需求不断增长，但全球供应有限。
研究人员开发出一种环境友好的稀土金属回收方法。
该方法采用一种称为“电沉积”的工艺，通过微弱电流使金属沉积。
这项研究是提升稀土金属可持续性的积极一步，同时有助于数字革命中的供应链。
稀土金属作为手机、电脑及许多其他日常设备的重要组成部分，对我们所生活的高科技社会至关重要。但需求不断增长且全球供应有限，这意味着我们必须迫切寻找一种从废弃产品中高效回收这些金属的方法。
目前，稀土金属是通过开采或传统电子废弃物回收获得的。但这些方式存在弊端，包括成本高、环境破坏、污染以及对人身安全的风险。这正是我们的正在进行的研究便应运而生。
我们的团队与西班牙研究中心Tecnalia合作，开发出一种使用环境友好型化学品回收稀土金属的方法。该方法采用一种称为“电沉积”的工艺，通过微弱电流使金属沉积在所需的表面上。
这一点很重要，因为如果我们将该工艺大规模推广，就能缓解全球供应压力，并减少对采矿的依赖。
稀土金属需求的增长
稀土金属是一组17种元素的统称：其中15种来自元素周期表中的“镧系元素”，另外还包括钪和钇。这些元素具有独特的催化、冶金、核、电、磁和发光特性。
“稀有”一词指的是这些元素在全球分布均匀但储量稀少的特点，这一认识是在它们首次被发现（18世纪后期）之后形成的。
这些矿物是电子设备的关键组成部分，并且对许多绿色技术至关重要；它们用于风力涡轮机的磁体和混合动力电动汽车的电池中。事实上，多达600千克的稀土金属是运行仅一台风力涡轮机所必需的。
稀土金属的年需求量翻了一番，在15年内达到12.5万吨，而需求预计将达到31.5万吨（2030年），这主要得益于绿色技术的普及和电子技术的进步。这给全球产量带来了巨大压力。
难道我们不能多开采一些稀有金属吗？
稀土金属目前主要通过开采获得，但这种方式存在诸多弊端。
首先，成本高且效率低，因为即使提取极少量的稀土金属也需要开采大面积的矿区。
其次，该过程可能对环境造成巨大影响。开采稀土矿物会产生大量有毒和放射性物质，原因是钍和铀的共同提取——这两种放射性金属可能对环境和人类健康造成问题。
第三，稀土金属开采主要集中在中国，中国的产量占超过70%的全球供应。这引发了人们对长期供应稳定性的担忧，尤其是在中国曾威胁限制其供应，那是在2019年其与美国的贸易战期间。
电子废弃物回收并非完整的解决方案
通过电子废弃物回收，稀土金属可在手机、笔记本电脑和电动汽车电池等电子产品使用寿命结束后被回收。
例如，从电动汽车电池中回收稀土金属需要采用传统的湿法冶金（腐蚀性介质处理）和火法冶金（热处理）工艺。但这些工艺存在若干弊端。
火法冶金能耗高，涉及多个工序，需要约1000℃的高工作温度。它还会向大气中排放二氧化碳、二噁英和呋喃等污染物。
与此同时，湿法冶金会产生大量腐蚀性废物，例如氢氧化钠或硫酸等高碱性或强酸性物质。
类似的回收工艺也应用于其他储能技术，例如锂离子电池。
我们的研究为何与众不同
鉴于这些挑战，我们着手寻找一种可持续的方法，利用电沉积回收稀土金属。
电沉积已用于回收其他金属。在我们的研究中，我们设计了一种基于离子液体（盐基）体系的环境友好型组合物。
我们专注于回收钕，这是一种重要的稀土金属，因其卓越的磁性能而备受青睐，与其他稀土金属相比，其需求极高。它用于汽车电动机、手机、风力涡轮机、硬盘驱动器和音频设备。
离子液体具有高度稳定性，这意味着可以回收钕而不产生副产物，从而不影响钕的纯度。
我们利用离子液体进行电沉积的研究的新颖之处在于混合物中含有水，这提高了最终回收的钕金属的产量。
与以往报道的方法不同，我们可以在不使用可控气氛的情况下回收钕金属，并且工作温度低于100℃。这些是推进此类技术产业化的关键考量因素。
目前，我们已在实验室规模上完成概念验证，使用离子液体与水的溶液，在数小时内回收了最昂贵金属形态的钕。我们目前正在研究扩大该工艺规模的方案。
重要的早期一步
假以时日，我们的方法可以避免开采稀土金属的需要，并将有毒有害废物的产生降至最低。它还有望帮助提高电子废弃物的经济回报。
重要的是，该方法可用于回收其他报废应用中的金属，例如锂离子电池，正如一份2019年报告所预测，欧洲的产量每年增长11%。
我们的研究是朝着建立稀土金属清洁、可持续加工路线迈出的重要早期一步，并有助于缓解这些关键元素所面临的压力。
