研究人员发现一种新的无毒处理稀土金属的方法

美国能源部艾姆斯国家实验室（Ames National Laboratory）在稀土金属制备领域领先超过 75 年，这一历史成就很大程度上基于哈维・威廉（Harvey Wilhelm）发明的 “艾姆斯工艺”（Ames Process）。该工艺最初用于生产高纯度铀以支持曼哈顿计划，如今仍是制备高纯度稀土金属的重要有效方法。

钕盐与成品磁铁图片
REFMAS 工艺中使用的氟化钕钠盐及制成的粘结磁铁。

艾姆斯实验室关键材料创新中心的研究团队利用艾姆斯工艺，开发出一种更安全、可规模化的稀土金属制备新方法 —“替代氟化盐制备稀土金属工艺”（Rare Earth Metals from Alternative Fluoride Salt，REMAFS）。该方法在稀土金属生产中使用替代氟化盐，取代传统工艺中需用有害氢氟酸（HF）制备的稀土盐。此外，该工艺可在稀土供应链上游更早介入，减少从开采材料到稀土金属的加工步骤。

关键材料部门副主任、艾姆斯实验室科学家、研究团队负责人伊肯纳・恩勒贝丁（Ikenna Nlebedim）解释称，REMAFS 工艺通过消除氢氟酸的使用和产生，显著提升了安全性、环境效益和可扩展性。
“该工艺使用稀土氟化物，但不是传统稀土氟化物，而是稀土氟化钠盐。区别在于，稀土氟化钠盐无需氢氟酸即可制备，” 恩勒贝丁说，“它可在室温下制备，且极易规模化，因此能大量生产。”

可扩展性通常是研究人员开发新材料和工艺时面临的挑战 —从实验室级加工量扩大到工业应用所需的大量生产并非易事。
“REMAFS 工艺轻松实现材料大量生产的能力，是迈向商业应用的关键一步，” 项目负责人、艾姆斯实验室科学家丹尼斯・普罗迪乌斯（Denis Prodius）表示，“我们已与授权方就大规模实施展开讨论。”

除易于制备和规模化生产外，该方法还能减少稀土元素转化为金属前的加工步骤。研究团队成员、艾姆斯实验室研究技师特雷弗・里德曼（Trevor Riedemann）与恩勒贝丁共同解释了细节：
稀土元素与其他元素混合存在于特定岩石中。这些岩石经开采、破碎后，通过添加化学物质富集稀土元素，此时它们仍处于类似 “化学汤” 的混合状态。接下来需通过特殊工艺将其分离为单一稀土盐，再转化为氧化物。在艾姆斯工艺中，稀土元素转化为金属前，需将氧化物转化为氟化物（另一种盐）。
“传统工艺从盐开始，转化为氧化物，再变回盐，最后将盐还原为金属，” 里德曼解释道，“而 REMAFS 工艺直接从盐到金属，省去了完全转化为氧化物再变回盐的步骤。若能从盐阶段直接开始并完全省去氧化物工艺，将节省成本。”

恩勒贝丁强调，新方法可从第一盐阶段的材料或氧化物开始处理。
“该工艺的另一独特之处在于，其原料比传统原料更易制备，从而消除了制备传统原料时的危险，” 恩勒贝丁说，“任何时候能避免使用氢氟酸等有害化学物质，对所有人都是好事。”