Óxidos de gadolinio de tierras raras, praseodimio, cerio, samario, lantano y neodimio. Crédito:USDA ARS
Los investigadores han encontrado una posible nueva fuente de elementos de tierras raras (desechos de rocas de fosfato) y una forma ecológica de eliminarlos. según un estudio publicado en el Revista de termodinámica química .
El enfoque podría beneficiar a la tecnología de energía limpia, según investigadores de la Universidad Rutgers-New Brunswick y otros miembros del Instituto de Materiales Críticos, un esfuerzo del Departamento de Energía de los EE. UU. destinado a reforzar las cadenas de suministro de los EE. UU. para materiales importantes para la energía limpia.
Los elementos de tierras raras como el neodimio y el disprosio son esenciales para tecnologías como la energía solar y eólica y los vehículos avanzados. junto con la electrónica moderna como los teléfonos inteligentes. Pero la escasez de producción de elementos de tierras raras en los Estados Unidos pone en riesgo nuestra seguridad energética. China produce aproximadamente el 90 por ciento de todos esos elementos.
Recuperarlos del yeso fosforado (desechos de la producción de ácido fosfórico) es una posible solución. Cada año, se calcula que se extraen 250 millones de toneladas de roca fosfórica para producir ácido fosfórico para fertilizantes. Estados Unidos extrajo aproximadamente 28 millones de toneladas métricas en 2017. Los elementos de tierras raras generalmente representan menos del 0.1 por ciento en la roca fosfórica. Pero en todo el mundo sobre 100, 000 toneladas de estos elementos al año terminan en residuos de yeso fosforado. Eso es casi tanto como los aproximadamente 126, 000 toneladas de óxidos de tierras raras producidas en todo el mundo cada año.
Yeso fosforado, que es acuosa al principio y forma una costra al secarse. Crédito:Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.
Los métodos convencionales para extraer elementos de tierras raras de minerales generan millones de toneladas de contaminantes tóxicos y ácidos. Pero en lugar de utilizar productos químicos agresivos para extraer los elementos, otro método podría utilizar ácidos orgánicos producidos por bacterias, dijeron Paul J. Antonick y Zhichao Hu, coautores principales del estudio. Son miembros del equipo de termodinámica dirigido por el autor principal Richard E. Riman, profesor distinguido en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Escuela de Ingeniería de Rutgers.
El equipo de investigación exploró el uso de ácidos minerales y orgánicos, incluyendo una mezcla de bioácidos, para extraer seis elementos de tierras raras (itrio, cerio, neodimio samario, europio e iterbio) a partir de yeso fosforado sintético. Los científicos dirigidos por David Reed en el Laboratorio Nacional de Idaho produjeron la mezcla de bioácidos, que consiste principalmente en ácido glucónico, que se encuentra naturalmente en las frutas y la miel, al hacer crecer la bacteria Gluconobacter oxydans en la glucosa. Los resultados sugieren que el bioácido hizo un mejor trabajo extrayendo elementos de tierras raras que el ácido glucónico puro al mismo pH (2,1), o grado de acidez. Los ácidos minerales (sulfúrico y fosfórico) no pudieron extraer ningún elemento de tierras raras en ese escenario. Cuando los cuatro ácidos se probaron a la misma concentración, sólo el ácido sulfúrico fue más eficaz que el bioácido.
El siguiente paso sería probar el bioácido en yeso fosforado industrial y otros desechos generados durante la producción de ácido fosfórico que también contienen elementos de tierras raras. Para su estudio inicial, los investigadores evaluaron el yeso fosforado fabricado en el laboratorio, para que pudieran controlar fácilmente su composición. Las muestras industriales son más complejas.
