Российские химики нашли способ для извлечения редкоземельных металлов из отходов

Исследовательский коллектив, объединивший ученых из нескольких институтов Российской академии наук, разработал инновационные сорбционные материалы для селективного извлечения редкоземельных элементов из вторичного сырья и технологических растворов. В основе разработки лежит широко известный экстрагент ТОДГА (тетра-н-октилдигликольамид), который был иммобилизован на пористой полимерной матрице. Как сообщили в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ, полученные композиты открывают новые перспективы для переработки отходов и снижения зависимости от первичных рудных источников.

Работа велась в рамках деятельности научного центра мирового уровня «Центр рационального использования редкометалльного сырья» на базе Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН при участии специалистов из Института физиологически активных веществ ФИЦ ПХФ и МХ РАН. Ученые синтезировали четыре образца импрегнированных сорбентов, обозначенных как SIR‑1, SIR‑2, SIR‑3 и SIR‑4, которые отличаются простотой получения и возможностью многократной регенерации без потери активности. В качестве носителя использовали сополимер стирола с дивинилбензолом марки LPS‑500, а экстрагент ТОДГА закрепляли на его поверхности за счет нековалентных взаимодействий, что обеспечивает стабильность и воспроизводимость свойств.

Мировой спрос на редкоземельные металлы неуклонно растет ввиду их критической роли в высокотехнологичных отраслях — от производства катализаторов до создания мощных постоянных магнитов. Истощение традиционных рудных месторождений и связанный с этим рост цен стимулируют поиск альтернативных источников. Все большее внимание привлекают техногенные и природные образования, ранее считавшиеся малоперспективными: дренажные воды горных выработок, сточные жидкости обогатительных фабрик, технологические растворы предприятий по выпуску фосфорных удобрений, а также продукты выщелачивания различных промышленных материалов. Среди вторичных ресурсов особое место занимают отработавшие постоянные магниты на основе сплава неодим-железо-бор (NdFeB), которые содержатся в жестких дисках, акустике, электродвигателях и других электронных устройствах, объем отходов которых неуклонно возрастает.

Процесс переработки таких магнитов традиционно начинается с их растворения в неорганических кислотах, чаще всего азотной или серной, с последующим выделением целевых компонентов. Разработанные учеными сорбенты призваны решить ключевую задачу этого этапа — эффективное разделение сложных многокомпонентных смесей, содержащих наряду с редкоземельными элементами значительные количества железа и других сопутствующих металлов. Содержание экстрагента ТОДГА в синтезированных смолах варьируется от 20 до 45%, что позволяет тонко регулировать сорбционную емкость и селективность материала.

Среди полученных образцов особенно выделяется композит SIR‑3, который по своим сорбционным характеристикам превосходит зарубежный аналог Trischem DGA, широко применяемый в мировой практике. Как пояснили авторы, это преимущество обусловлено различиями в гидрофильности полимерных матриц, что было подтверждено методами инфракрасной спектроскопии. На базе сорбента SIR‑3 была разработана эффективная экстракционно-хроматографическая схема разделения ионов железа и суммы редкоземельных элементов из модельных растворов, полученных при растворении магнитов NdFeB. В дальнейшем это позволило осуществить индивидуальное выделение таких ценных металлов, как неодим, празеодим и диспрозий.

Ключевая особенность предложенной методики — использование нейтральной среды с нитратом аммония, которая достигается простой нейтрализацией исходного кислого раствора водным раствором аммиака. Такой подход предотвращает нежелательное соосаждение редкоземельных и сопутствующих металлов, что значительно упрощает последующую очистку. Дополнительным достоинством стала высокая скорость массообмена, обеспечивающая быстрое перемещение целевых ионов между фазами и сокращение времени технологического цикла. Работа была выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России, а ее результаты опубликованы в журнале Russian Journal of Inorganic Chemistry.