乙酸浸出电子废弃物磁体中稀土元素的工艺优化与动力学机制研究

为应对稀土元素(REEs)供应链风险，研究人员采用乙酸(CH3COOH)浸出法回收硬盘驱动器(HDD)磁体中的Nd、Pr、Dy等REEs。通过优化工艺参数(50°C、3.0 molL?1、S/L比1/12)实现95.3%浸出率，揭示扩散-表面反应混合控制机制，为有机酸替代传统浸出工艺提供技术支撑。

　　

在全球能源转型加速的背景下，风力发电机等可再生能源技术对稀土元素(REEs)的需求激增。然而，这些战略资源的供应却面临地理分布集中、政治风险高等挑战，就像悬在能源革命头顶的"达摩克利斯之剑"。更棘手的是，现有采矿提取过程不仅环境代价高昂，还难以满足日益增长的绿色技术需求。面对这种困境，电子废弃物回收——特别是含有高浓度REEs的废弃硬盘驱动器(HDD)磁体，正成为破解资源困局的一把"绿色钥匙"。

圣保罗大学的研究团队在《Waste Management》发表的研究中，开创性地采用乙酸(CH₃COOH)这种环境友好型有机酸，开发出高效回收HDD磁体中钕(Nd)、镨(Pr)、镝(Dy)等REEs的新工艺。研究人员首先对14组不同品牌HDD磁体进行系统表征，发现其化学组成相似(平均含29wt% REEs)，这为混合处理奠定基础。通过优化实验确定最佳浸出条件：50°C、3.0 molL^?1乙酸浓度、固液比1/12，2小时内即可获得18.4 gL^?1 Nd、2.9 gL^?1 Pr和1.2 gL^?1 Dy的高回收率。

关键技术方法包括：从圣保罗大学计算机废弃物处理中心(CEDIR-USP)获取HDD样本；400°C退磁处理与粉碎(<800μm)的物理预处理；采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)分析元素组成；通过阿伦尼乌斯方程计算活化能，结合氢气气泡观测解析动力学机制。

科学贡献
研究首次系统比较不同品牌HDD磁体的REEs组成差异，证实混合处理的可行性，为电子废弃物分类提供新依据。

技术贡献
建立的乙酸浸出工艺在温和条件下实现95.3%回收率，其产生的氢气气泡被首次证实会通过阻碍扩散而影响反应动力学。

动力学发现
活化能计算与现象观察表明，该过程受产物层扩散和表面化学反应混合控制，这种双机制理论为工艺放大提供重要参考。

结论与意义
这项研究不仅验证了有机酸替代传统强酸浸出的可行性，更重要的是揭示了混合控制机制对工艺优化的指导价值。通过支持联合国可持续发展目标(SDGs)9、11、12和17，该技术为构建稀土循环经济提供关键技术支撑——既缓解了原生矿产压力，又减少了电子废弃物污染。正如研究者Fernanda Fajardo Nacif Petraglia团队强调的，这种"以废治废"的策略，正在为清洁能源革命打造一条可持续的资源供应链。