ceniza de carbón como materia prima
Roberto Klatt
El calentamiento Flash Joule (evaporación flash) extrae metales de tierras raras de los desechos industriales, que se necesitan como materia prima para las tecnologías modernas.
Houston (Estados Unidos). Las tecnologías modernas, como los semiconductores, los generadores y los automóviles eléctricos, requieren metales de tierras raras como el itrio, el neodimio, el terbio o el diprosio como materias primas. Estos son escasos y caros. Aunque los científicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) descubrieron recientemente un gran depósito en Sudáfrica, la mayoría de los metales de tierras raras todavía provienen de China. Por lo tanto, es esencial para la seguridad del suministro que también se utilicen recursos hasta ahora infrautilizados.
Uno de esos recursos sin explotar son las cenizas de las centrales eléctricas de carbón. Cada año se producen alrededor de 750 millones de toneladas. Como explica Bing Deng de la Universidad Rice, esta ceniza contiene alrededor de 500 partes por millón (ppm) de metales de tierras raras.
Elementos particularmente escasos en las cenizas de plantas de carbón
Por lo tanto, los desechos contienen significativamente menos tierras raras que la mayoría de los minerales. Sin embargo, los elementos particularmente escasos iterbio, neodimio, terbio, europio y disprosio se encuentran con mayor frecuencia en las cenizas de carbón que en los depósitos minerales chinos. Sin embargo, hasta ahora, las tierras raras solo podían extraerse de las cenizas de carbón utilizando solventes y ácidos fuertes. Esto es costoso y dañino para el medio ambiente y, por lo tanto, casi nunca se usa.
La evaporación instantánea extrae materias primas de las cenizas de carbón
Los científicos de Deng han presentado ahora en la revista Science Advances una solución mediante la cual las tierras raras se pueden extraer más fácilmente de las cenizas de carbón. Con el calentamiento Flash Joule (evaporación instantánea), las cenizas de carbón se enriquecen con hollín. Luego, una fuerte oleada de electricidad los calienta hasta 3.000 grados centígrados. Anteriormente, Deng utilizó este método para separar los metales como desechos electrónicos.
Como parte de su estudio, los investigadores probaron el proceso con dos cenizas de carbón común cuyo contenido de tierras raras era de 418 y 516 miligramos por kilogramo. Anteriormente, también realizaron pruebas en lodos de bauxita de la extracción de aluminio, que contienen hasta 1000 ppm de metales de tierras raras. Para comparar la eficiencia del proceso, los investigadores también realizaron pruebas con la extracción ácida habitual. Utilizaron ácido clorhídrico y nítrico.
Rendimiento duplicado por vaporización instantánea
La cantidad de metales de tierras raras extraíbles fue entre un 170 y un 230 % mayor con el calentamiento instantáneo Joule que con la extracción ácida. Como explican los científicos, esto se debe al hecho de que un calentamiento breve y elevado disuelve los metales mejor que los procesos químicos. «El calentamiento Flash Joule rompe el vidrio que encapsula estos elementos y convierte los fosfatos de tierras raras en óxidos metálicos que son mucho más solubles», dice James Tour.
Además, las tierras raras obtenidas por calentamiento Flash Joule contienen menos impurezas. Por lo tanto, el proceso es significativamente más eficiente en general y es adecuado para extraer metales preciosos de tierras raras de materiales de desecho como lodos de bauxita y cenizas de carbón.
Posible uso en la industria.
«La calefacción Flash Joule es muy eficiente energéticamente y solo requiere alrededor de 600 kilovatios hora por tonelada, lo que equivale a costos de alrededor de US $ 12 por tonelada», explican los investigadores. Esto es significativamente más barato que los métodos de extracción comunes. Por lo tanto, existen posibles márgenes de beneficio que son aproximadamente diez veces mayores que con la extracción ácida.
Además, el método se puede escalar e integrar fácilmente en procesos automatizados. «La aplicación comercial de calentamiento instantáneo de varias toneladas por día podría allanar el camino para la recuperación a gran escala de tierras raras de los desechos», dijo Deng.
Avances científicos, doi: 10.1126 / sciadv.abm3132
