Prace nad odzyskiem z baterii pierwiastków ziem rzadkich

W opinii kierownik Katedry Chemii Nieorganicznej UMCS prof. Doroty Kołodyńskiej odzyskiwanie pierwiastków ziem rzadkich, tj. skandu, itru i lantanowców, z zużytego sprzętu jest istotnym tematem ze względu na to, że co roku na świecie powstaje ponad 50 mln ton opadów elektrycznych i elektronicznych, a w Europie jest to ok. 8 mln ton.

Brak pierwiastków a pandemia

– Pierwiastki ziem rzadkich stosowane są w produkcji m.in. laptopów, komputerów, telefonów, turbin wiatrowych, samochodów elektrycznych, a nawet do znakowania pieniędzy. Największym producentem związków pierwiastków ziem rzadkich, a zarazem miejscem, gdzie są one wydobywane, są Chiny, Stany Zjednoczone i Brazylia – poinformowała prof. Kołodyńska.

Zwróciła uwagę, że w pandemii, kiedy łańcuchy dostaw zostały zerwane, kraje europejskie mocno odczuły brak tych pierwiastków, bo obecnie opiera się na nich rozwój nowoczesnych technologii. – Potocznie nazywam je złotem XXI w., bo faktycznie bez tych pierwiastków nie jesteśmy w stanie funkcjonować we współczesnym świecie. Przecież nie wyobrażamy sobie już życia bez telefonów, komputerów, pendrive’ów, nowoczesnej medycyny. Pierwiastki ziem rzadkich są cennym surowcem i jeśli nie mamy dostępu do takich złóż, to przynajmniej powinniśmy się zatroszczyć o to, żeby można było je odzyskać z materiałów wtórnych – zaznaczyła kierownik Katedry Chemii Nieorganicznej.

Masa czarna

Naukowcy z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej pracują od kilku lat nad odzyskiwaniem pierwiastków ziem rzadkich z zużytych baterii. Jak wyjaśniła prof. Kołodyńska, są to baterie niklowodorkowe, powszechnie nazwane paluszkami. – W ostatnich latach do tego procesu wykorzystywane były głównie kwasy mineralne, a nasz pomysł uwzględnia czynniki biodegradowalne, czyli np. kwas iminodibursztynowy (IDHA) czy kwas etylenodiaminodibursztynowy (EDDS) – poinformowała ekspertka.

Zapytana o przebieg odzyskiwania pierwiastków ziem rzadkich wyjaśniła, że najpierw firma recyklingowa dostarcza badaczom baterie, z których oddzielane są części z tworzyw sztucznych i zdejmowana jest osłona. – Do pracy wykorzystujemy tylko element nazywany masą czarną, gdzie skoncentrowane są interesujące nas pierwiastki. Następnie poddajemy materiał procesowi ługowania, czyli wymywamy pierwiastki właśnie za pomocą mieszaniny roztworów kwasów biodegradowalnych. Tworzą one połączenia z jonami metali ziem rzadkich, dzięki czemu jesteśmy w stanie te pierwiastki wydobyć – przekazała prof. Dorota Kołodyńska.

Oddzielenie pierwiastków

Kolejnym etapem jest oddzielenie pierwiastków, jednego od drugiego, w procesie wymiany jonowej. Ekspertka zwróciła uwagę, że pierwiastki ziem rzadkich cechują się podobnymi właściwościami fizykochemicznymi, mają podobny promień atomowy i dlatego ich rozdzielenie jest trudne.

– Dzięki dobraniu odpowiedniego stężenia roztworów, ilości masy czarnej, temperatury, odpowiedniego wymieniacza jonowego itd. w końcowym etapie jesteśmy w stanie uzyskać nie mieszaninę tych pierwiastków, ale roztwory zawierające pojedyncze lantanowce. Takie jak lantan, neodym czy holm o wysokim stopniu czystości – zaznaczyła kierownik Katedry Chemii Nieorganicznej UMCS.