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Los metales de tierras raras son esenciales para la sociedad moderna en la que vivimos como un componente esencial de los teléfonos móviles, computadoras y muchos otros dispositivos cotidianos. Pero el aumento de la demanda y la oferta mundial limitada significan que necesitamos con urgencia encontrar una manera de recuperar de manera efectiva estos metales de los productos descartados.
Actualmente, los metales de tierras raras se extraen o recuperan mediante el reciclaje tradicional de desechos electrónicos. Sin embargo, existen desventajas que incluyen el alto costo, el daño ambiental, la contaminación y una amenaza para la seguridad humana. Aquí es donde está el nuestro la investigación está en curso entra.
Nuestro equipo en asociación con Centro de investigación Tecnalia En España, se ha desarrollado una forma de utilizar productos químicos respetuosos con el medio ambiente para recuperar metales de tierras raras. Se basa en un proceso llamado “electrodeposición”, en el que una corriente eléctrica baja hace que los metales se depositen en una superficie deseada.
Esto es importante porque al implementar nuestro proceso a gran escala, podemos aliviar la presión sobre el suministro global y reducir nuestra dependencia de la minería.
Creciente demanda de metales de tierras raras
Las tierras raras son el nombre colectivo de un grupo de 17 elementos: 15 de la “serie de lantánidos” en la tabla periódica, junto con el escandio y el itrio. Estos elementos tienen propiedades catalíticas, metalúrgicas, nucleares, eléctricas, magnéticas y luminiscentes únicas.
El término “raro” se refiere a su distribución uniforme pero escasa en todo el mundo después de su aparición. descubierto por primera vez a finales del siglo XVIII.
Estos minerales son componentes críticos de dispositivos electrónicos y importante para muchas tecnologías verdes; se encuentran en imanes para aerogeneradores y baterías para vehículos híbridos-eléctricos. De hecho, se necesitan hasta 600 kilogramos de metales de tierras raras. funcionar solo un aerogenerador.
Demanda anual de metales de tierras raras duplicado hasta 125.000 toneladas en 15 años y la demanda se supone que debe lograr 315.000 toneladas en 2030, impulsadas por el uso creciente de tecnologías ecológicas y el desarrollo de la electrónica. Esto crea una enorme presión sobre la producción mundial.
¿No podemos conseguir más metales raros?
Los metales de tierras raras son actualmente excavado a través de la minería, que tiene una serie de desventajas.
Primero, es costoso e ineficiente, ya que la extracción de incluso una cantidad muy pequeña de tierras raras requiere la extracción de grandes áreas.
En segundo lugar, el proceso puede tener un gran impacto en el medio ambiente. La extracción de minerales de tierras raras produce grandes cantidades de materiales tóxicos y radiactivos a través de la coextracción de torio y uranio, metales radiactivos que pueden causar problemas para el medio ambiente y la salud humana.
En tercer lugar, la mayor parte de la extracción de tierras raras se lleva a cabo en China, que las produce. más del 70% suministro global. Esto genera preocupaciones sobre la disponibilidad a largo plazo, especialmente después de China amenazado con restricción suministro en 2019 durante la guerra comercial con EE. UU.
El reciclaje de desechos electrónicos no es la respuesta completa
El reciclaje de desechos electrónicos permite recuperar tierras raras de productos electrónicos como teléfonos móviles, computadoras portátiles y baterías de vehículos eléctricos cuando se terminan.
Se necesitan formas más seguras y eficientes de reciclar los desechos electrónicos y evitar la minería a medida que aumenta la demanda de metales de tierras raras. Crédito: Shutterstock
Por ejemplo, recuperarlos de baterías de vehículos eléctricos implica procesos hidrometalúrgicos tradicionales (tratamiento de medios corrosivos) y pirometalúrgicos (tratamiento térmico). Pero tienen algunas desventajas.
La pirometalurgia consume mucha energía e implica muchos pasos que requieren altas temperaturas de funcionamiento, alrededor de 1000 ℃. También emite contaminantes como dióxido de carbono, dioxinas y furanos a la atmósfera.
Mientras tanto, la hidrometalurgia genera grandes cantidades de desechos corrosivos como sustancias altamente alcalinas o ácidas como el hidróxido de sodio o el ácido sulfúrico.
También se utilizan procesos de recuperación similares para otras tecnologías de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio.
Por qué nuestra investigación es diferente
Dados estos desafíos, decidimos encontrar método sustentable recuperación de metales de tierras raras por electrodeposición.
La galvanoplastia ya se utiliza para recuperar otros metales. En nuestro caso, diseñamos una composición ecológica basada en sistemas de líquido iónico (a base de sal).
Nos enfocamos en recuperar el neodimio, un importante metal de tierras raras debido a sus propiedades magnéticas únicas. demanda excepcionalmente alta en comparación con otros metales de tierras raras. Se utiliza en motores eléctricos de automóviles, teléfonos móviles, turbinas eólicas, discos duros y dispositivos de audio.
Líquidos iónicos son muy estables, lo que significa que es posible recuperar el neodimio sin generar subproductos que puedan afectar la pureza del neodimio.
La novedad de nuestro Investigar por líquidos iónicos para la electrodeposición es la presencia de agua en la mezcla que mejora la cantidad de neodimio final recuperado.
Al contrario de los métodos informados anteriormente, podemos recuperar neodimio metal sin el uso de una atmósfera controlada y a una temperatura de funcionamiento por debajo de 100 ℃. Estos son los temas clave relacionados con la industrialización de dicha tecnología.
En esta etapa, tenemos una prueba del concepto a escala de laboratorio utilizando una solución de un líquido iónico con agua que recupera el neodimio en su forma metálica más cara en unas pocas horas. Actualmente estamos trabajando para escalar este proceso.
Paso temprano importante
Con el tiempo, nuestro método evitará la necesidad de extraer metales de tierras raras y minimizará la producción de desechos tóxicos y dañinos. También promete ayudar a aumentar los beneficios económicos de la basura electrónica.
Es importante destacar que este método podría adaptarse a la recuperación de metales en otras aplicaciones al final de su vida útil, como las baterías de iones de litio como Informe 2019 prevé un crecimiento anual de la producción del 11% en Europa.
Nuestra investigación es un paso inicial importante hacia el establecimiento de una ruta de procesamiento limpia y sostenible. metales de tierras rarasy aliviar la presión sobre estos elementos críticos.
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Conversacion
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