Selective sulfidation of metal compounds

硫化 溶解 氧化物 湿法冶金 化学 硫化物矿物 金属 硫化物 液态金属 温室气体 化学工程 材料科学 催化作用 冶金 有机化学 工程类 生态学 生物
作者
Caspar Stinn,Antoine Allanore
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:602 (7895): 78-83 被引量:102
标识
DOI:10.1038/s41586-021-04321-5
摘要

There is urgent, unprecedented demand for critical by-product and co-product metallic elements for the infrastructure (magnets, batteries, catalysts and electronics) needed to power society with renewable electricity1-3. However, the extraction of d-block and f-block metals from mineral and recycled streams is thermodynamically difficult, typically requiring complete dissolution of the materials, followed by liquid-liquid separation using metal-ion complexing or chelating behaviour4,5. The similar electronic structure of these metals results in poor separation factors, necessitating immense energy, water and chemicals consumption6-8. Here a metal-processing approach based on selective anion exchange is proposed. Several simple process levers (gas partial pressure, gas flowrate and carbon addition) are demonstrated to selectively sulfidize a target metal from a mixed metal-oxide feed. The physical and chemical differences between the sulfide and oxide compounds (for example, density, magnetic susceptibility and surface chemistry) can then be exploited for vastly improved separation compared with liquid-liquid methods9. The process conditions of sulfidation are provided for 56 elements and demonstrated for 15 of them. An assessment of the environmental and economic impacts suggests a path towards 60-90% reductions in greenhouse gas emissions while offering substantial capital cost savings compared with liquid-liquid hydrometallurgy.
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