“煮豆燃豆萁”——稀土永磁体强化稀土分离新方法--离子液体清洁过程北京市重点实验室

　　"煮豆燃豆萁，豆在釜中泣，本是同根生，相煎何太急。"是三国时期曹植创作的著名七步诗，利用稀土永磁体的磁力作用，强化稀土金属分离则是新时代科学家创造的"豆萁"作用于"豆"的故事。

　　稀土（镧系元素以及钪和钇）是不可再生的战略资源，广泛应用于光、电、磁等材料领域，随着风电、LED、新能源汽车等产业快速崛起，高纯度高品质的稀土产品需求持续增加，稀土分离提纯技术被认为是"改变世界的七种化工分离"之一。然而，由于稀土元素物理化学性质相近，分离提纯需要消耗大量能源和化工原料，产生的"三废"对环境造成严重影响，因此开发清洁高效的稀土分离技术是科学界和工程界公认的难点和热点。

　　近日，宾夕法尼亚大学的研究人员发现了一种利用稀土离子本征的磁矩差异，设计TriNO_X³⁻ ({(2-^tBuNO)C6H4CH2}3N]³⁻ )稀土配合物，在钕铁硼永磁体磁力作用下，通过降低温度使溶液中的稀土离子分步结晶，实现轻/重稀土的分离提纯技术，稀土配合物的合成与分离流程如图1所示。

图 1 稀土配合物的合成与分离流程

（图片来源：Angew.Chem. Int. Ed. 2020, 59,1851-1856）

　　作者认为外磁场的存在有效地提高了La/Dy、Nd/Dy以及La/Yb等稀土元素间的分离系数，比无外磁场作用的分离系数增加近一倍，尤其是La/Dy的分离系数达到了494 ± 74，是目前报道的最高单级分离效率，主要是因为外磁场作用有利于强顺磁性Dy的结晶，而对抗磁性La的结晶行为影响很小。磁场对其他稀土间的分离影响请参阅原文（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59,1851-1856）。

表1 有/无磁场作用的轻/重二元稀土混合物的分离系数对比表

（根据原文改编，来源：Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59,1851-1856）

　　现有稀土分离技术主要依据不同稀土元素离子半径的微小差异，导致分离系数小，因此萃取工艺级数多、稀土产品纯度难以提高。基于离子磁矩较大差异，利用外加磁场强化提高稀土分离系数，具有易操作、能耗低、效率高等特点，是具有巨大工业应用潜力的稀土分离新方法。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201911606

原文作者：

Robert F. Higgins, Thibault Cheisson, Bren E. Cole, Brian C. Manor, Patrick J. Carroll, and Eric J. Schelter