Специалисты из Университета Райс, руководимые Джеймсом Туром и Шиченом Сю, разработали инновационный и быстрый способ извлечения редкоземельных элементов из электронных отходов, например, из использованных магнитов. Технология, применяющая метод мгновенного нагрева с использованием энергии Джоуля, позволяет извлекать до 90% ценных веществ и обещает значительные экономические и экологические преимущества по сравнению с существующими методами переработки.
Традиционная переработка редкоземельных элементов сопряжена со значительными энергетическими затратами и формированием опасных отходов. Разработанная технология использует быстрый нагрев, обусловленный джоулевым эффектом, при котором материал за доли секунды подвергается воздействию температуры, достигающей тысяч градусов, в сочетании с газообразным хлором. Благодаря этому удается извлекать редкоземельные элементы всего за несколько секунд, без использования воды или кислот, что является существенным шагом к более экологически безопасной переработке.
По словам Джеймса Тура, профессора химии и соавтора исследования, разработанная технология позволяет извлекать редкоземельные элементы из электронных отходов всего за несколько секунд, оказывая незначительное влияние на экологию. Это важное достижение необходимо для формирования экологически устойчивой и замкнутой системы поставок.
В основе процесса заложен термодинамический принцип. Ученые высказали предположение, что сочетание быстрого нагрева, обусловленного эффектом Джоуля, и хлорирования позволит использовать разницу в свободной энергии Гиббса и температурах кипения для избирательного удаления компонентов, не относящихся к редкоземельным элементам, например, железа и кобальта. Сначала эти элементы хлорируются и испаряются, в результате чего остаются оксиды редкоземельных элементов. Метод был успешно протестирован на отходах неодим-железо-боровых и самарий-кобальтовых магнитов.
Как отметил Шичен Сю, ведущий автор исследования, термодинамические характеристики обеспечивают эффективность и экологичность процесса. Предложенный метод позволяет достичь результата значительно быстрее, чем при использовании традиционных подходов, и, что ранее казалось нереальным, исключает применение воды и кислот.
Проведенные лабораторные исследования, в сочетании с анализом жизненного цикла и технико-экономическим обоснованием, продемонстрировали, что на каждой стадии процесса обеспечивается чистота и выход редкоземельных элементов, превышающие 90%. Рассчитано, что разработанный метод позволяет снизить энергопотребление на 87%, сократить выбросы парниковых газов на 84% и уменьшить операционные издержки на 54% по сравнению с гидрометаллургическими процессами.
Благодаря ускоренному развитию технологий появилась возможность создавать предприятия любого размера для переработки электронных отходов непосредственно рядом с пунктами их сбора. Такие локальные системы позволяют эффективно и безопасно перерабатывать отработанные магниты, что сокращает транспортные издержки и минимизирует негативное воздействие на экологию. По словам Джеймса Тура, полученные результаты демонстрируют не только научную ценность, но и перспективность для промышленного применения.
Стартап Flash Metals USA из Техаса получил лицензию на интеллектуальную собственность Университета Райс. Производство планируется начать уже в первом квартале 2026 года. Эта разработка может стать важным шагом к созданию масштабируемой, замкнутой и экологически чистой экономики редкоземельных элементов. Она имеет потенциал изменить методы рекуперации критически важных материалов на глобальном уровне.