從廢螢光燈提取稀土金屬 低汙染收益大

稀土金屬可以說是現代科技重要的基石，已廣泛應用到智慧型手機、電腦、螢幕、電池、電動馬達、雷射、戰鬥機和化學催化劑等方面。然而，稀土金屬的開採和回收卻對環境有嚴重的汙染與破壞。瑞士一所大學目前研發了一種利用酶回收稀土金屬的方法，有望減少開採和化學回收造成的汙染。

常用的稀土金屬有17種，都是以化合物的形式存在於天然礦石中，因為它們之間的化學性質非常相似且分布在微量雜質中，所以提取、分離的難度較大，需要依靠大量的能源和化學品才能完成。

長期以來，大多數國家都依賴進口中國加工或提煉的稀土。但隨著中共將稀土作為威脅其他國家的手段後，各國都在想辦法回收稀土或尋找其他稀土來源，以應對來自中共的經濟脅迫。

另外，過去許多稀土元素的回收率都低於1%。例如，螢光燈的磷光體和平面顯示器中的螢光粉，都使用到稀土銪（Eu），但隨著這些東西逐漸被淘汰，其市場價格下降，回收這些物品變得不符合經濟效益。但這些廢棄物的稀土含量比天然礦石高出約17倍，且可能造成環境汙染，因此研發能有效分離銪的方法就十分重要。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zürich）利用特殊酶，提取廢棄燈泡中的銪，且在純度和經濟效益上都遠高於現有的溶劑萃取、離子交換等方法，同時還可以有效回收廢棄螢光燈。

目前，研究人員正試圖將他們的方法，擴展到其他稀土金屬上。該研究成果於今年6月發表在《自然》雜誌上，至少有25家與科技能源相關媒體報導此事。

來自蛋白質的啟發

這項技術的關鍵是，在鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）和錸（Re）金屬上，加四個硫原子，使其形成「四硫代金屬鹽」，並利用其獨特的氧化還原特性，轉移其他稀土金屬內部電子，以達到氧化還原的特性。

使用四硫代金屬鹽，是研究人員受到蛋白質的啟發。研究發現，四硫代金屬鹽是天然酵素中金屬的結合位點，是用來對抗癌症和銅代謝紊亂的活性物質。

研究人員首先從廢棄的螢光燈中萃取裡面的磷光體，並在攝氏200度下真空乾燥，得到淺灰色粉末。經過他們化驗，這些粉末含有0.93 wt%（重量百分濃度，用來表示混合物中某成分的濃度）的銪和12.6 wt%的釔。

之後，他們將含有「四硫鎢酸鹽陰離子」（WS42−）、三價（帶3個電子）銪離子和三氧化二釔的溶液（YOX）一同放入，並觀察其反應，以確認是否達到回收的目的。

過程中，原本含有三價銪離子和釔離子的亮黃色溶液，經過四硫鎢酸鹽陰離子反應，與簡單溫和的外部刺激（例如環境光或溫和加熱）後，溶液變成深紅色且下面有一層金棕色的沉澱物。

三價銪離子經過氧化還原後，形成二價（帶2個電子）銪離子與水，而二價銪離子本身擁有難溶的性質，因此被析出成為金棕色的沉澱物，上層則是含有三價釔離子的深紅色液體。

之後他們透過離心原理分離固體，並將紅色濾液和固體烘乾，就可以得到亮紅色釔粉末（含有部分和金棕色銪粉末）。

這項銪金屬回收實驗的過程中，無需對廢棄物和萃取物進行複雜處理，便可得到高純度的銪和釔金屬，且回收效率高達驚人的99%。這個結果讓研究人員感到振奮。

發掘城市礦山

蘇黎世聯邦理工學院無機化學實驗室的教授穆格爾（Victor Mougel）對該校的新聞室表示，「歐洲很少回收稀土金屬，這讓我們迫切需要永續且簡單的方法來分離和回收這些戰略材料。通過這種方式，未來我們可以從本來要運出國的燈管廢棄物中提取銪，達到城市礦山的目的，同時減少瑞士對進口的依賴。」

該研究的第一作者、博士生佩蘭（Marie Perrin）表示，「現有的化學分離方法需要經過數百個萃取液步驟，但效率低落，這導致銪的回收十分困難。這次我們僅透過幾個簡單的步驟獲得銪，其數量比以前的分離方法至少高50倍。」

穆格爾補充：「目前我們的回收方法，比所有從礦石中提取稀土金屬的傳統方法更環保、更有效。」

研究人員已為此技術申請專利，同時成立新創公司，以便將來商業化。另外，他們也努力研究稀土的分離工藝，將技術用於釹、鏑或其他稀土金屬上。◇