Recuperación de elementos de tierras raras de los residuos electrónicos
Un ingeniero químico desarrolla una nanotecnología sostenible para recuperar metales de forma selectiva
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Los fabricantes dependen de los elementos de las tierras raras, como el neodimio, para crear potentes imanes que se utilizan en motores de aparatos electrónicos, como los de los coches híbridos, los generadores de los aviones, los altavoces, los discos duros y los auriculares de botón. Pero los depósitos minerales que contienen neodimio son difíciles de alcanzar y se encuentran en pocos lugares de la Tierra.
Imagen simbólica
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Ante la creciente necesidad de neodimio por parte de varias industrias, la atención se ha centrado en el reciclaje de los elementos que se encuentran en los viejos ordenadores y placas de circuitos impresos, también conocidos como residuos electrónicos, para satisfacer la demanda. Pero separar los valiosos elementos de otros minerales y componentes que se encuentran en los residuos electrónicos resulta todo un reto.
En un artículo publicado recientemente en la revista Chemical Engineering Journal, Amir Sheikhi, profesor adjunto de Ingeniería Química e Ingeniería Biomédica de la Universidad Estatal de Pensilvania, detalla una nueva nanotecnología para separar el neodimio utilizando celulosa vegetal, que se encuentra en el papel, el algodón y la pasta de papel. Patrictia Wamea, un antiguo miembro del laboratorio de Sheikhi que se graduó en mayo con un máster en ciencias, es coautor del artículo y obtuvo el premio anual al mejor artículo del Departamento de Ingeniería Química de Penn State en otoño de 2021 por sus contribuciones.
En el proceso, los nanocristales de celulosa peluda, nanopartículas derivadas de las fibrillas de celulosa, se unen selectivamente a los iones de neodimio, separándolos de otros iones, como el hierro, el calcio y el sodio, según Sheikhi. Las nanopartículas son conocidas como "peludas" debido a las cadenas de celulosa unidas a sus dos extremos, que realizan funciones químicas críticas.
Para ello, los investigadores cargaron negativamente las capas peludas de las nanopartículas con el fin de atraer y unirse a los iones de neodimio cargados positivamente, lo que dio lugar a la agregación de las partículas en trozos más grandes que luego pueden ser reciclados y reutilizados con eficacia.
"El proceso es eficaz por su capacidad de eliminación, su selectividad y su rapidez", dijo Sheikhi. "Puede separar el neodimio en cuestión de segundos eliminando selectivamente el elemento de algunas de las impurezas probadas".
Los actuales procesos de reciclaje de elementos de tierras raras son perjudiciales para el medio ambiente, según Sheikhi. Suelen utilizar condiciones muy ácidas para extraer los elementos en reacciones químicas. El proceso de Sheikhi es respetuoso con el medio ambiente porque utiliza celulosa, que es un recurso renovable de bajo coste. El proceso de extracción tradicional es peligroso y costoso, con un impacto medioambiental perjudicial por la minería a cielo abierto.
"Utilizar la celulosa como agente principal es una solución sostenible, rentable y limpia", dijo Sheikhi. "Utilizando este proceso, Estados Unidos podrá competir con otros gigantes como China para recuperar materiales de tierras raras y producirlos de forma independiente".
China es el principal exportador de neodimio, según Sheikhi, y exporta más del 70% del suministro mundial del material.
Además de los residuos electrónicos, los elementos de tierras raras como el neodimio pueden extraerse de las aguas residuales industriales, las colas de las minas y los imanes permanentes que ya no se utilizan. En el futuro, Sheikhi dijo que espera que el proceso de adsorción basado en la celulosa pueda aplicarse también a esas fuentes.
"Esta contribución al reciclaje de tierras raras tendrá un impacto estratégico y económicamente viable en varias industrias", dijo Sheikhi. "Cuanto más neodimio reciclemos, más podremos fabricar vehículos eléctricos e híbridos y turbinas eólicas, lo que supondrá una menor presión sobre el medio ambiente".
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