在废磁体和工业废水这样的“化学浓汤”中提取价值关键矿物，传统方法研发一个有效的分离方案就需要数月甚至数年。美国太平洋西北国家实验室(PNNL)联合华盛顿大学的研究团队，打造了一个由系列AI智能体和机器人组成的平台——CICERO，通过智能体自主设计实验方案并协同自动化设备执行，将这一漫长的周期大幅缩短至数天。该成果以封面研究的形式，于2026年5月27日发表在国际期刊《Materials Horizons》上。

分离攻坚的“效率困局”

从复杂工业原料中回收钕、钐、镨等高价值关键矿产，是支撑电动汽车、可再生能源系统、航空航天技术和核反应堆等国家战略产业的关键环节。然而，这也是典型的“效率高墙”：

真实原料复杂：工业废料多为“化学浓汤”——成分不确定且批次变化大，同一套方法在不同原料上效果天差地别;

维数爆炸：试剂种类、添加顺序、反应温度、pH值等多重参数组合无穷无尽，靠人工逐个实验犹如大海捞针;

研发周期漫长：一个有效分离方案的开发通常耗时数月甚至数年，严重制约矿物资源开发和循环利用效率。

长期以来，这一瓶颈严重制约了关键矿产领域的科技创新转化速度。

从智能体决策到系统自主闭环

CICERO(Computer Intelligence for Critical Element Recovery and Optimization)系统从架构、算法和执行三个层面实现了多重突破。

2.1 分层智能体协作：从理解到自主决策的闭环

CICERO建立了一个“多智能体”任务闭环。其核心是将问题智能拆解并自动推进全流程：

理解与规划：AI智能体输入原料的成分描述后，基于文献自动学习;综合元素价值、浓度和潜在产品纯度，给出技术与经济的双重可行性评估;

设计与执行：以此评估结果为基础，智能体在不到一天内设计出包含96组并行配方的实验方案。方案覆盖详细化学配方、添加顺序和时间步骤，随后由液体处理机器人等自动化设备精准执行;

学习与优化：实验产生的数据由AI自动处理，如未达到目标，系统智能提出第二组96组并行实验进行迭代优化，直至收敛至最佳产率和纯度;

自动化开发范式：形成了仪器数据采集—智能体学习—自主改进实验的持续闭环，不再是传统静态实验的“一锤子买卖”。

2.2 三大标杆验证：成功实现多类型原料靶向分离

研究团队采用CICERO系统，针对三类不同的原料进行实验验证，均取得了高价值元素的精准分离，并在公开文献中首次披露详尽数据：

工业废水提镁：油气开采工业废水中富含镁资源。CICERO评估后成功定制出以廉价的碱溶液为主要试剂的高效镁回收流程，实现99%以上的回收率;

废弃钐钴磁体提钐(Sm) ：高性能航天磁体废料中提取稀土元素钐是公认的技术难点。CICERO成功设计并验证了以简单市售化学试剂为主的钐选择性分离方案，满足规模化部署需求;

废弃钕铁硼磁体提钕(Nd)和镨(Pr) ：在钕铁硼废磁体浸出液中同时实现钕和镨的高产率、高纯度回收，助推废弃高端磁体的闭环利用。

2.3 全自主开放架构：从实验室应用迈向规模化推广

CICERO的创新层级也不限于单一的实验室场景。其设计采用模块化、可配置的智能体架构，底层自动化设备采用标准工业接口和商业成熟的液体处理机器人、样品处理器及分析仪器，顶层的AI规划决策层则由PNNL自主研发的SciLink(受美国能源部科学办公室资助)提供智驱动力。这使得CICERO可以与多类型企业不同自动化程度的工厂进行无缝集成，直接完成配方参数的工业转换，极大缩短了从实验室研究到企业落地的技术迁移时长。

驱动关键矿物“二次开采”与新流程设计的范式革命

CICERO系统的出现，为矿业和冶金工业开辟了智能化解决方案设计的新时代。

3.1 关键场景落地：短周期、高收益的闭环利用

在废弃稀土磁体、电子废弃物及低品位二次资源回收等场景中，市场急需低成本、高通量的技术筛选和流程验证方案。CICERO将推动废料从传统模式转为定向、快速、自适应的分选“新资源”——企业无需进行耗时数月甚至数年的内部研发，直接委托智能体在数天内即可获得可执行且适配实际生产、性价比最优的分离方案，大幅缩短新工艺技术从研发到转化的空窗期。

3.2 实验室创新速度的量级提升

在材料分离的基础研发领域，CICERO大幅提升了科学家设计催化材料和萃取配方时的“实验——分析——修正”迭代速度。未来，材料科学家将更多地从繁琐的重复试验中解放出来，聚焦基础理论和颠覆性原创突破。

3.3 显著降低工程落地门槛

CICERO立足工业场景，以常见的化学试剂和通用化学品配方进行设计。这种模式有利于实现实验室配方与工厂产线的无缝衔接，降低新分离工艺的产业化风险，加速先进材料从概念到产业化的过渡进程。

3.4 增强关键矿产供应链安全，推动深部低品位矿产资源高效开发

对于深部、复杂、低品位的金属矿石资源，传统分选方案经济性差，难以独立开发。CICERO的自主决策能力可以评估矿石中不同有价金属综合利用价值并自动推荐定制化的分离方案，为低品位矿山的高附加值利用提供了全新的智能化、低成本技术手段，直接支撑国家战略性关键矿产资源的安全自给。

AI赋能下的矿业智能分离新时代

从“数月攻坚”到“数天精准”，CICERO系统标志着材料科学领域迈入了由AI智能体驱动的智能协作分离新阶段。该系统不仅是AI在冶金分离领域闭环自主运行的成功验证，更揭示了未来开发新材料的范式变革方向——“人机协同、设计-实验-分析-优化全闭环自主决策”。

这一突破有望在深部矿产资源、低品位矿石及城市矿产开发等多个维度降低资源获取成本，提升关键金属资源的供应效率和安全性。尤其在当前全球关键矿产竞争日趋激烈的大背景下，像CICERO这样将决策智能与物理自动化系统深度结合的创新案例，正在为全球矿业和冶金科技的未来提供可复制的“先行样板”。当AI能够自主设计并执行复杂的选矿流程时，人类对自然矿产的利用效率将可能迎来颠覆性的飞跃，也为未来太空采矿等极端环境下的无人化冶金作业提供了极具价值的关键技术储备。