Los elementos de tierras raras (ETR) se usan ampliamente en el sector de las energías renovables y dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles, televisores y ordenadores hasta casi todas las piezas de un vehículo. La demanda de estos elementos aumenta cada año; sin embargo, su suministro es geopolíticamente limitado y se extraen mediante prácticas mineras insostenibles para el medio ambiente.
Investigadores de la Escuela McKelvey de Ingeniería de la Universidad Washington de San Luis han creado una solución de prueba de concepto: extraer los REE de las cenizas volantes de carbón, un residuo fino de la combustión del carbón.
El equipo ha desarrollado un nuevo proceso de extracción con fluido supercrítico, usado habitualmente para descafeinar el café, con el fin de recuperar estos REE tan necesarios a partir de un material que, de otro modo, se habría desechado en un vertedero. Un fluido supercrítico es una sustancia a una temperatura y presión por encima de su punto crítico con propiedades entre un líquido y un gas.
Queríamos utilizar un proceso más ecológico para extraer los REEs que los procesos tradicionalmente más dañinos. Como el carbón ya se ha utilizado, este proceso es en última instancia una vía hacia la reducción y remediación de los residuos.
Young-Shin Jun, profesor de ingeniería energética, medioambiental y química de la Escuela de Ingeniería McKelvey.
La nueva investigación demostró que los fluidos supercríticos comunes y accesibles, como el CO2, el nitrógeno y el aire, podían extraer los REEs y separar las impurezas con gran eficacia. Mediante experimentos con cenizas volantes de carbón, los investigadores también descubrieron que el dióxido de carbono supercrítico disminuía las concentraciones de impurezas en el producto final de REE. En última instancia, sus productos finales contienen hasta un 6,47% de REEs, mientras que la fuente de cenizas volantes de carbón contenía inicialmente sólo un 0,0234% de REEs.
El novedoso proceso de extracción consta de dos pasos. En primer lugar, los iones metálicos de las cenizas volantes de carbón, incluidos los REEs y las impurezas, se lixivian de las cenizas volantes de carbón y reaccionan con ácido nítrico para formar nitratos metálicos. En segundo lugar, los nitratos metálicos reaccionan con el fosfato de tributilo (TBP). Con dióxido de carbono supercrítico, nitrógeno o aire, los elementos de tierras raras formaban complejos que podían extraerse de las cenizas volantes de carbón.
Tras la extracción, el proceso de stripping en varias etapas de los investigadores recogía los REEs y disminuía la concentración de impurezas. El ácido nítrico y el TBP utilizados en el proceso pueden reciclarse por completo varias veces sin sacrificar su eficacia, lo que minimiza los problemas de eliminación.
Además, el nuevo método elimina la necesidad de tostar las materias primas a temperaturas extremadamente altas, superiores a 500 grados Celsius. También elimina la necesidad de extraer los REEs con ácidos fuertes y una gran cantidad de disolventes orgánicos tóxicos, que también se convierten en un residuo en los procesos de extracción tradicionales.
El fluido supercrítico se considera un disolvente más ecológico, es menos invasivo para el medio ambiente y nos permite extraer REE directamente de residuos sólidos sin lixiviar ni tostar las materias primas, por lo que se necesita menos energía para nuestro nuevo proceso, que también produce menos residuos. Buscamos un proceso más respetuoso con el medio ambiente para reciclar y recuperar elementos críticos a partir de materiales que antes se consideraban residuos.
Young-Shin Jun
Vía wustl.edu
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