Los investigadores muestran cómo unos simples imanes pueden ayudar a resolver un problema complejo
Los campos magnéticos ayudan a recuperar metales valiosos de los residuos
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Desde teléfonos móviles hasta turbinas eólicas y sistemas de defensa antimisiles, las tecnologías modernas dependen de minerales críticos como los elementos de tierras raras. A medida que crece la demanda, los investigadores exploran métodos más eficientes y adaptables para recuperar y reutilizar estos materiales. Un nuevo estudio sugiere que los imanes hacen el proceso más eficiente.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de Ole Miss y del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico demuestra que los imanes podrían desempeñar un papel en la recuperación de elementos de tierras raras, fundamentales para la producción de tecnología moderna.
Graphic by Cole Russell/University Marketing and Communications
Los residuos de las centrales eléctricas de carbón, las explotaciones mineras y los pozos de petróleo y gas contienen trazas de elementos de tierras raras, como el disprosio y el lantano, que se utilizan en vehículos eléctricos, baterías recargables y tecnologías de defensa.
Los métodos industriales actuales para extraer estos elementos de materias primas nacionales dependen de procesos complejos que consumen mucha energía, dinero y tiempo, y producen importantes residuos químicos.
Ivani Jayalath, estudiante de doctorado de la Universidad de Mississippi, colaboró con un equipo de investigadores de la iniciativa Non-Equilibrium Transport Driven Separations del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico para desarrollar nuevos métodos de recuperación de minerales críticos. Sus resultados, publicados en Separation and Purification Technology, demuestran que los imanes agilizan este proceso al tiempo que reducen el consumo de energía y productos químicos, así como la generación de residuos.
"Existe una demanda urgente de elementos de tierras raras debido a los recientes avances tecnológicos y a las interrupciones de la cadena de suministro", explica Giovanna Ricchiuti, investigadora postdoctoral del laboratorio nacional y primera autora del estudio. "Esto supone un reto, ya que la mayoría de estos elementos tienen propiedades químicas y físicas muy similares. Debido a sus similitudes, es muy difícil encontrar una forma eficaz de separarlos".
"Aprovechamos las pequeñas diferencias en la susceptibilidad magnética, o momento magnético, de estos iones. Basándonos en estas pequeñas diferencias, utilizamos gradientes de campo magnético para impulsar el transporte selectivo y la separación".
A pesar de las similitudes entre los elementos, responden de manera diferente a los gradientes de campo magnético, lo que permite a los investigadores utilizar un simple imán permanente para separar los elementos seleccionados de otros componentes en materias primas líquidas, dijo Jayalath, estudiante de doctorado en química de Ole Miss. A diferencia de los métodos tradicionales, el proceso es más rápido y produce menos residuos químicos.
"Los métodos tradicionales de separación utilizan grandes cantidades de disolventes orgánicos", explica Jayalath. "Esto aumenta los costes de eliminación de residuos y puede causar efectos nocivos para el medio ambiente".
"El uso de imanes ofrece una forma sencilla y potencialmente más sostenible de ayudar a los procesos de separación. En nuestro estudio, los campos magnéticos ayudaron a impulsar el transporte selectivo de iones y su concentración a partir de la solución".
El laboratorio nacional desarrolló un sistema de imágenes que utiliza láseres para detectar el movimiento de los iones en tiempo real, explicó Ricchiuti. Este sistema permite a los investigadores observar zonas de enriquecimiento -áreas donde los iones se concentran en respuesta al imán- y zonas de agotamiento, o áreas donde los iones son repelidos del imán.
"El campo magnético crea 'ondas de concentración de iones' dinámicas y zonas de enriquecimiento o agotamiento debido a la interacción de la deriva magnética, la difusión y los campos eléctricos autogenerados", explica.
Cuando los investigadores combinaron un agente precipitante con un campo magnético, observaron una mayor cristalización de los elementos de tierras raras disueltos, lo que facilitó su extracción.
Aunque se trata de un estudio inicial, el equipo afirma que la aplicación de un enfoque basado en imanes es un paso potencialmente prometedor para mejorar los procesos de extracción actuales.
"El mundo busca cadenas de suministro y energía sólidas y sostenibles para los minerales críticos", afirma Jayalath. "Necesitamos estos elementos para los coches eléctricos, las baterías y otras tecnologías. Por tanto, son esenciales para el futuro.
"Por eso tenemos que centrarnos en cómo extraer y reciclar estos elementos de forma eficiente".
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