Investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho de EE. UU. han tomado una tecnología de tratamiento de agua y la han adaptado para separar selectivamente elementos de tierras raras y metales de transición.
Este proceso químico, recientemente descrito en un Nature Communications artículo, reduce tanto la energía como el consumo de productos relacionados con el elemento de tierras raras recuperación.
El nuevo método implica el uso de dimetil éter, un compuesto gaseoso que sirvió como uno de los primeros refrigerantes comerciales. El compuesto impulsa la cristalización fraccionada, un proceso que divide las sustancias químicas en función de su solubilidad, para separar las tierras raras y los metales de transición de los desechos magnéticos.
“Este proceso comienza con un imán que ya no es útil, que se corta y se muele en virutas”, dijo Caleb Stetson, líder experimental del proyecto, en un comunicado de prensa. “Luego, las virutas de imán se ponen en una solución con lixiviantes, un líquido que se usa para extraer metales del material de forma selectiva. Una vez que los metales deseados se lixivian del material al líquido, podemos aplicar un proceso de tratamiento.”
El proceso impulsado por dimetil éter utiliza mucha menos energía y presión que los métodos tradicionales, que normalmente se llevan a cabo a temperaturas muy altas. La cristalización fraccionada, por otro lado, se puede llevar a cabo a temperatura ambiente y requiere solo presiones ligeramente elevadas de alrededor de cinco atmósferas. En comparación, la presión en una lata de refresco sin abrir 12 de una onza es de 3,5 atmósferas. Estas menores necesidades de energía y presión también ahorran dinero.
Poco desperdicio
Según los científicos que participan en el proyecto, las tecnologías de la competencia también utilizan reactivos químicos añadidos para impulsar la precipitación y otras separaciones, que inevitablemente se convierten en productos de desecho adicionales con consecuencias económicas y medioambientales. Este no es el caso de la cristalización fraccionada basada en dimetil éter.
En su artículo, los investigadores señalan que seleccionaron el dimetil éter por su facilidad de recuperación, superando una deficiencia de intentos anteriores de usar solventes para impulsar separaciones de materiales críticos. Al bajar la presión y luego volver a comprimir el gas al final del experimento, el equipo puede recuperar el solvente y reutilizarlo en ciclos futuros.
El proceso también tiene otras ventajas. “Puede ser difícil ajustar las temperaturas para la cristalización por evaporación, pero este proceso de cristalización fraccionada elimina todos esos desafíos”, dijo Stetson. “Para que el proceso separe distintas fracciones de una solución que contiene metal, solo necesitamos ajustar la temperatura en 10 grados”.
Al desarrollar este proceso basado en solventes para la recuperación de metales sin desperdicio, el equipo trabajó en estrecha colaboración con algunos de los procesos electroquímicos de recuperación de metales de tierras raras que ya estaban en funcionamiento en el laboratorio. Esto incluye el esfuerzo E-RECOV, que utiliza una celda electroquímica para recuperar de manera eficiente los metales de los dispositivos electrónicos desechados.
En opinión de los científicos, se espera que la reducción de la intensidad energética y el perfil de residuos de la recuperación de materiales críticos no solo tenga beneficios ambientales, sino que también inspire a los países desarrollados a llevar a cabo estos procesos localmente en lugar de en alta mar.
