Zeldzame aardmetalen uit lampen scheiden met UV-licht

Europium en yttrium zijn twee zeldzame aardmetalen die in heel wat moderne elektronica en technologieën worden gebruikt. Zeldzame aardmetalen zijn moeilijk te ontginnen: vandaar dat er grote interesse bestaat in hun recyclage. Europium en yttrium kunnen gerecycleerd worden uit rode lampfosfor, een poeder dat gebruikt wordt in fluorescentielampen, zoals bijvoorbeeld TL-lampen.

Onlangs ontwikkelden chemici van de KU Leuven nog een nieuwe methode om europium en yttrium uit ingezamelde TL- en spaarlampen te recycleren met behulp van een ionische vloeistof. Bij die methode wordt de rode lampfosfor als geheel gerecycleerd: om het poeder terug te gebruiken in lampen hoeven europium en yttrium immers niet gescheiden te worden. Maar voor toepassingen waarin men het zuivere, gescheiden europium en yttrium nodig heeft, moet men dus nog een stap verder gaan.

De recyclage van rode lampfosfor tot europium en yttrium in zuivere vorm is helaas niet zo eenvoudig, legt professor Tom Van Gerven van het Departement Chemische Ingenieurstechnieken uit: “Bij de klassieke methode wordt het rode fosforpoeder eerst in een zuur gebracht, zodat zowel europium als yttrium oplossen. Bij die vloeistof worden dan een extractiemiddel en een oplosmiddel toegevoegd. Als dan één van de twee aardmetalen bindt met het extractiemiddel, krijg je twee lagen die je kan scheiden: de laag van het oplosmiddel met het extractant en het ene aardmetaal, en de waterige laag met het andere aardmetaal. Maar dit proces scoort niet zo goed qua efficiëntie en zuiverheid: je moet het proces tientallen malen herhalen om een hoog percentage van één aardmetaal uit de oplossing te halen en je zal bijvoorbeeld ook nog yttrium vinden bij het afgescheiden europium.”

In samenwerking met chemici van de KU Leuven is het onderzoeksteam er nu in geslaagd om europium uit het vloeibare mengsel te scheiden met UV-licht in plaats van een solvent. Bart Van den Bogaert, die doctoreert over het onderwerp, legt uit: “Het UV-licht beïnvloedt de ionen – elektrisch geladen deeltjes: zowel bij europium als bij yttrium zijn er drie positieve ladingen per ion. Als we met ultraviolet licht het mengsel van europium en yttrium beschijnen, voegen we energie toe aan het systeem van ionen. In europium wordt dan één positieve lading per ion geneutraliseerd. Wanneer we dan sulfaat toevoegen, reageert enkel het europium daarmee. Dat levert een vaste stof op de bodem op, die gemakkelijk afgefilterd kan worden, terwijl yttrium in de oplossing blijft."

Het gebruik van UV-licht heeft heel wat voordelen. Zo laat het geen schadelijke chemicaliën achter in de vloeistof. Verder zijn de efficiëntie en zuiverheid bij synthetische mengsels zeer hoog: meer dan 95 % van het europium werd afgescheiden uit de vloeistof. De neerslag zelf is voor 98,5 % zuiver en bevat dus weinig resten van yttrium. Uit industriële mengsels werd een vergelijkbare zuiverheid bekomen, maar daar dient de scheidingsefficiëntie nog verbeterd te worden. Dat wordt één van de volgende onderzoeksdomeinen van de Leuvense onderzoekers.