Извлечение ценных критически важных минералов из такого «химического супа», как отработанные магниты и промышленные сточные воды, традиционными методами требует месяцев или даже лет на разработку эффективной схемы разделения. Исследовательская группа Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США совместно с Университетом Вашингтона создала платформу CICERO, состоящую из серии ИИ-агентов и роботов. Благодаря тому, что агенты самостоятельно разрабатывают план экспериментов и координируют его выполнение с автоматизированным оборудованием, этот длительный цикл был значительно сокращен до нескольких дней. Результаты были опубликованы в виде обложки 27 мая 2026 года в международном журнале «Materials Horizons».

«Ловушка эффективности» в решении задач разделения

Извлечение таких ценных критически важных минералов, как неодим, самарий и празеодим, из сложного промышленного сырья является ключевым звеном в поддержке стратегических отраслей национальной экономики, включая производство электромобилей, систем возобновляемой энергии, аэрокосмической техники и ядерных реакторов. Однако это также типичный «барьер эффективности»:

Сложность реального сырья: Промышленные отходы часто представляют собой «химический суп» — состав нестабилен и варьируется от партии к партии, поэтому один и тот же метод дает совершенно разные результаты на разном сырье;

Комбинаторный взрыв: Существует бесконечное множество комбинаций таких параметров, как типы реагентов, порядок добавления, температура реакции, уровень pH, и ручной перебор экспериментов подобен поиску иголки в стоге сена;

Длительный цикл разработки: Разработка эффективной схемы разделения обычно занимает месяцы или даже годы, что серьезно ограничивает эффективность освоения минеральных ресурсов и их рециркуляции.

Долгое время это узкое место серьезно сдерживало скорость трансформации научно-технических инноваций в области критически важных минералов.

От принятия решений агентами до автономного замкнутого цикла системы

Система CICERO (Computer Intelligence for Critical Element Recovery and Optimization) совершила множественный прорыв на трех уровнях: архитектура, алгоритмы и исполнение.

2.1 Многоуровневое взаимодействие агентов: замкнутый цикл от понимания до автономного принятия решений

CICERO создает замкнутый цикл задач на основе «мультиагентной» системы. Его суть заключается в интеллектуальной декомпозиции задачи и автоматическом продвижении всего процесса:

Понимание и планирование: Получив описание состава сырья, ИИ-агент автоматически обучается на основе литературы; он комплексно оценивает ценность элементов, их концентрацию и потенциальную чистоту продукта, давая двойную оценку технической и экономической осуществимости;

Проектирование и выполнение: На основе этой оценки агент менее чем за сутки разрабатывает план эксперимента, содержащий 96 параллельных рецептур. План охватывает детальные химические составы, порядок добавления и временные шаги, после чего точно выполняется автоматизированным оборудованием, таким как роботы для дозирования жидкостей;

Обучение и оптимизация: Данные, полученные в ходе экспериментов, автоматически обрабатываются ИИ. Если цель не достигнута, система интеллектуально предлагает вторую серию из 96 параллельных экспериментов для итеративной оптимизации до достижения оптимального выхода и чистоты;

Парадигма автоматизированной разработки: Формируется непрерывный замкнутый цикл «сбор данных с приборов — обучение агента — автономное улучшение эксперимента», что больше не является «разовой сделкой» традиционных статических экспериментов.

2.2 Валидация на трех эталонных задачах: успешное целевое разделение различных типов сырья

Исследовательская группа использовала систему CICERO для экспериментальной проверки на трех различных типах сырья, добившись точного извлечения ценных элементов и впервые раскрыв подробные данные в открытой литературе:

Извлечение магния из промышленных сточных вод: Сточные воды нефтегазодобычи богаты магнием. После оценки CICERO успешно разработала эффективный процесс извлечения магния с использованием дешевых щелочных растворов в качестве основного реагента, достигнув степени извлечения более 99%;

Извлечение самария (Sm) из отработанных самарий-кобальтовых магнитов: Извлечение редкоземельного элемента самария из отходов высокопроизводительных аэрокосмических магнитов является признанной технической сложностью. CICERO успешно спроектировала и проверила схему селективного разделения самария, основанную преимущественно на простых коммерчески доступных химических реагентах, отвечающую требованиям масштабного внедрения;

Извлечение неодима (Nd) и празеодима (Pr) из отработанных неодим-железо-боровых магнитов: Одновременное достижение высокого выхода и высокой чистоты извлечения неодима и празеодима из растворов выщелачивания отработанных NdFeB-магнитов, способствующее замкнутому циклу использования отработанных высококачественных магнитов.

2.3 Полностью автономная открытая архитектура: от лабораторного применения к масштабному внедрению

Инновационный уровень CICERO не ограничивается единичным лабораторным сценарием. Ее дизайн основан на модульной, конфигурируемой архитектуре агентов. Нижний уровень автоматизированного оборудования использует стандартные промышленные интерфейсы и коммерчески доступные роботы для дозирования жидкостей, пробоподготовки и аналитические приборы. Верхний уровень принятия решений и планирования ИИ приводится в действие системой SciLink (финансируемой Управлением науки Министерства энергетики США), разработанной PNNL. Это позволяет CICERO легко интегрироваться с заводами различных типов предприятий с разной степенью автоматизации, напрямую осуществляя промышленный перенос параметров рецептур, что значительно сокращает время технологического трансфера от лабораторных исследований до внедрения на предприятии.

Революция парадигмы в «повторной добыче» критически важных минералов и проектировании новых процессов

Появление системы CICERO открывает новую эру в разработке интеллектуальных решений для горнодобывающей и металлургической промышленности.

3.1 Реализация в ключевых сценариях: короткий цикл и высокая отдача от замкнутого использования

В таких сценариях, как переработка отработанных редкоземельных магнитов, электронных отходов и низкокачественных вторичных ресурсов, рынок остро нуждается в недорогих, высокопроизводительных решениях для скрининга технологий и валидации процессов. CICERO переводит отходы из традиционной модели в новую модель «новых ресурсов» с направленной, быстрой и адаптивной сортировкой — предприятиям больше не нужно тратить месяцы или годы на внутренние исследования, они могут напрямую поручить агенту в течение нескольких дней получить исполнимую, адаптированную к реальному производству и оптимальную по соотношению цены и качества схему разделения, что значительно сокращает период простоя между разработкой и внедрением новой технологии.

3.2 Повышение скорости лабораторных инноваций на порядок

В области фундаментальных исследований разделения материалов CICERO значительно увеличивает скорость итерационного цикла «эксперимент — анализ — корректировка» при разработке учеными каталитических материалов и экстракционных составов. В будущем ученые-материаловеды будут в большей степени освобождены от рутинных повторяющихся экспериментов и смогут сосредоточиться на фундаментальной теории и прорывных оригинальных открытиях.

3.3 Значительное снижение порога для инженерного внедрения

CICERO ориентирована на промышленные сценарии и проектирует решения с использованием распространенных химических реагентов и универсальных химических составов. Такая модель способствует бесшовной стыковке лабораторных рецептур с заводскими производственными линиями, снижает риски индустриализации новых процессов разделения и ускоряет переход передовых материалов от концепции к промышленному производству.

3.4 Повышение безопасности цепочек поставок критически важных минералов и содействие эффективной разработке глубокозалегающих низкокачественных минеральных ресурсов

Для глубокозалегающих, сложных, низкокачественных металлических руд традиционные схемы обогащения экономически невыгодны и не позволяют вести самостоятельную разработку. Способность CICERO к автономному принятию решений позволяет оценить комплексную ценность использования различных ценных металлов в руде и автоматически рекомендовать индивидуализированную схему разделения, предоставляя новый интеллектуальный и недорогой технический инструмент для высокомаржинальной утилизации низкокачественных рудников, что напрямую поддерживает национальную стратегическую безопасность самообеспечения критически важными минеральными ресурсами.

Новая эра интеллектуального разделения в горной промышленности на базе ИИ

От «многомесячного штурма» к «точной настройке за несколько дней» — система CICERO знаменует вступление области материаловедения в новую стадию интеллектуального коллаборативного разделения, управляемого ИИ-агентами. Эта система является не только успешной валидацией замкнутого автономного функционирования ИИ в области металлургического разделения, но и указывает направление парадигмального сдвига в разработке новых материалов будущего — «взаимодействие человека и машины, полностью замкнутый цикл автономного принятия решений: проектирование-эксперимент-анализ-оптимизация».

Ожидается, что этот прорыв снизит стоимость доступа к ресурсам в таких областях, как разработка глубокозалегающих минеральных ресурсов, низкокачественных руд и городских месторождений, повысив эффективность и безопасность поставок критически важных металлов. Особенно на фоне растущей глобальной конкуренции за критически важные минералы, инновационные примеры, подобные CICERO, которые глубоко интегрируют интеллект принятия решений с физическими автоматизированными системами, создают воспроизводимый «передовой образец» для будущего мировой горнодобывающей и металлургической науки и техники. Когда ИИ сможет самостоятельно проектировать и выполнять сложные процессы обогащения, эффективность использования человечеством природных минералов, вероятно, совершит революционный скачок, а также создаст чрезвычайно ценный задел ключевых технологий для безлюдных металлургических операций в экстремальных условиях, таких как добыча полезных ископаемых в космосе в будущем.