Las nuevas tecnologías eficientes y económicas que se están desarrollando en la Universidad de Purdue podrían permitir la extracción de elementos de tierras raras, componentes críticos de muchos productos electrónicos y ecológicos, de las cenizas de carbón residual.
Esta innovación podría permitir a los EE. UU. Ingresar al mercado de producción de elementos de tierras raras de $ 4 mil millones mientras recicla las cenizas de carbón de una manera amigable con el medio ambiente. El valor de los productos que requieren metales de tierras raras está valorado en más de $ 4 billones por año. Los elementos de tierras raras (REE) consisten principalmente en lantánidos (Lns), una serie de 15 elementos metálicos.
"Los REE tienen muchas aplicaciones importantes en cosas como los imanes permanentes en la generación de energía y los automóviles eléctricos, baterías catalizadores de refinación de petróleo, fósforos en televisores en color, y muchos aparatos electrónicos, incluidos los teléfonos móviles. Se prevé que la demanda de REE crezca drásticamente durante las próximas décadas, "dijo Linda Wang, inventor de la tecnología y profesor de Ingeniería Química Maxine Spencer Nichols de Purdue.
"Los REE utilizados en EE. UU. Se importan principalmente de China, que controla más del 90 por ciento de la oferta, con amplias implicaciones en la economía y la seguridad nacional de EE. UU.
"Por ejemplo, después de que China redujera las cuotas de exportación en 2010, los costos de los imanes de tierras raras para una turbina eólica aumentaron de $ 80, 000 a $ 500, 000. Después de que China relajó las restricciones a la exportación 18 meses después, los precios volvieron a niveles más bajos que en 2010, ", dijo." Es muy deseable desarrollar la capacidad de producir REE en los Estados Unidos y volverse independiente de los proveedores extranjeros ".
Separar elementos de tierras raras es extremadamente difícil porque los elementos tienen la misma carga iónica y son de tamaño similar. Dijo Wang.
"Los elementos de tierras raras se encuentran en los minerales en concentraciones muy pequeñas, algunos miles de partes por millón. Amplios procesos de minería, molienda, extracción, y la purificación son necesarios para transformar los minerales a metales de tierras raras de muy alta pureza (aproximadamente 99,9 por ciento como mínimo) necesarios para aplicaciones comerciales, ", dijo." Por lo general, Se utilizan tecnologías antiguas de la década de 1950 para la separación y purificación. Por lo general, requieren 1, 800 etapas de extracción diferentes en serie y en paralelo para la depuración. Estos procesos pueden ser peligrosos, costosos e ineficientes ". Wang dijo que los métodos de separación convencionales también tienen graves repercusiones ambientales.
"Las tecnologías de separación actuales producen grandes cantidades de desechos químicos, que no se puede reciclar económicamente, ", dijo." Uno de los 10 sitios más contaminados del mundo es un lago artificial en China, donde se almacenan los efluentes residuales de las extracciones de REE ".
Wang ha desarrollado nuevas técnicas de separación por cromatografía que podrían separar los elementos de tierras raras primero de otras impurezas y luego entre sí utilizando solo unas pocas unidades de cromatografía. Los procesos implican métodos de cromatografía de desplazamiento o elución asistida por ligando que utilizan métodos robustos, bajo costo, sorbente inorgánico de titania o sorbentes poliméricos. Ligandos en las fases móviles
"Estos nuevos procesos pueden separar de manera efectiva los REE con purezas y rendimientos superiores al 95 por ciento, "Dijo Wang." El uso de sorbentes de titania es lo que hace que esta innovación sea única. Son robustos y económicos, haciendo que los procesos sean eficientes y asequibles. Somos el primer grupo en el mundo que desarrolló esta tecnología. Adicionalmente, los subproductos de nuestro proceso incluyen gel de sílice, oxido de aluminio, y otros óxidos metálicos de valor comercial, haciendo que el proceso general sea rentable y económico ".
Wang dijo que Estados Unidos ha acumulado 1.500 millones de toneladas de cenizas de carbón. que podría utilizarse para producir REE durante décadas.
"La ceniza de carbón es rica en elementos de tierras raras, tan rico como algunos de los depósitos de mineral. Estados Unidos produce alrededor de 129 millones de toneladas de ceniza de carbón cada año. Menos de la mitad se recicla en productos de bajo valor, ", dijo." En un ejemplo, un dique de almacenamiento de cenizas de carbón se rompió y las cenizas contaminaron los ríos cercanos. Se necesitaron siete años y $ 1.1 mil millones para limpiar ".
Wang dice que la nueva tecnología podría proporcionar formas de utilizar cenizas de carbón que no solo satisfagan las necesidades de REE en los EE. UU., pero es beneficioso para el medio ambiente y podría crear puestos de trabajo de alta tecnología.
"Hemos demostrado la viabilidad de esta tecnología a escala de laboratorio y creemos que será mucho más simple, más eficiente, y una opción de menor costo de capital para la producción de REE, ", Dijo Wang." Podemos diseñar y ampliar el proceso de producción; Todavía queda trabajo por completar para demostrar estas nuevas tecnologías a mayor escala. Hemos tenido éxito en muchas separaciones cromatográficas desafiantes, incluida la purificación de isótopos médicos, azúcares aminoácidos, drogas quirales, insulina, polímeros, y muchos otros. Por lo tanto, estamos seguros de que podemos producir REE de alta pureza a partir de cenizas de carbón ".
