Sällsynta jordartsmetaller finns i många vardagsprodukter, som smarta telefoner, LED-lampor och batterier. Dock, endast ett fåtal platser har stora fyndigheter värda att bryta, resulterar i globala spänningar i leveranskedjan. Så, det finns en strävan mot att återvinna dem från icke-traditionella källor, såsom avfall från förbränning av kolflygaska. Nu, forskare inom ACS' Miljövetenskap och teknik rapportera en enkel metod för att utvinna dessa grundämnen från kolflygaska med hjälp av en jonisk vätska.

Även om sällsynta jordartsmetaller inte är så få som deras namn antyder, stora reserver finns antingen på politiskt känsliga platser, eller så är de vitt spridda, vilket gör att bryta dem utmanande. Så, för att säkerställa deras försörjning, vissa människor har vänt sig till att bearbeta andra berikade resurser. Till exempel, askbiprodukten från koleldade kraftverk har liknande grundämneskoncentrationer som råmalmer. Än, nuvarande metoder för att utvinna dessa värdefulla material från kolflygaska är farliga och kräver flera reningssteg för att få en användbar produkt. En potentiell lösning kan vara joniska vätskor, som anses vara miljövänliga och kan återanvändas.

En i synnerhet, betainium-bis(trifluormetylsulfonyl)imid eller [Hbet][Tf ₂ N], löser selektivt sällsynta jordartsmetalloxider framför andra metalloxider. Denna joniska vätska löses också unikt i vatten när den värms upp och separeras sedan i två faser när den kyls. Så, Ching-Hua Huang, Laura Stoy och kollegor på Georgia Tech ville se om det effektivt och preferentiellt skulle dra de önskade elementen ur kolflygaska och om det kunde rengöras effektivt, skapa en process som är säker och genererar lite avfall.

Forskarna förbehandlade kolflugan med en alkalisk lösning och torkade den. Sedan, de värmde aska suspenderad i vatten med [Hbet][Tf ₂ N], skapa en enda fas. När den svalnat, lösningarna separerade. Den joniska vätskan extraherade mer än 77 % av de sällsynta jordartsmetallerna från färskt material, och den utvann en ännu högre procentandel (97%) från väderbiten aska som hade tillbringat åratal i en lagringsdamm. Till sist, sällsynta jordartsmetaller avlägsnades från den joniska vätskan med utspädd syra.

Forskarna fann att tillsats av betain under lakningssteget ökade mängden extraherade sällsynta jordartsmetaller. Teamet testade den joniska vätskans återanvändbarhet genom att skölja den med kallt vatten för att ta bort överflödig syra, hitta ingen förändring i dess utvinningseffektivitet genom tre urlakning-rengöringscykler. Forskarna säger att denna metod med lågt avfall producerar en lösning rik på sällsynta jordartsmetaller, med begränsade föroreningar, och skulle kunna användas för att återvinna värdefullt material från det överflöd av kolflygaska som finns i lagringsdammar.