Un nuevo estudio describe un enfoque novedoso para purificar metales de tierras raras, componentes cruciales de la tecnología que requieren procedimientos de minería que dañan el medio ambiente. Al confiar en los campos magnéticos del metal durante el proceso de cristalización, los investigadores pudieron separar de manera eficiente y selectiva mezclas de metales de tierras raras.

Setenta y cinco de los 118 elementos de la tabla periódica se llevan en los bolsillos y carteras de más de 100 millones de usuarios de iPhone en EE. UU. Todos los días. Algunos de estos elementos son abundantes, como silicio en chips de computadora o aluminio para carcasas, pero ciertos metales que se requieren para pantallas nítidas y sonidos claros son difíciles de obtener. Diecisiete elementos conocidos como metales de tierras raras son componentes cruciales de muchas tecnologías, pero no se encuentran en depósitos concentrados. y, porque están más dispersos, requieren procedimientos tóxicos y dañinos para el medio ambiente para extraer.

Con el objetivo de desarrollar mejores formas de reciclar estos metales, Una nueva investigación del laboratorio de Eric Schelter describe un nuevo enfoque para separar mezclas de metales de tierras raras con la ayuda de un campo magnético. El enfoque, publicado en Edición internacional Angewandte Chemie , vio una duplicación en el rendimiento de separación y es un punto de partida hacia una economía de metales de tierras raras más limpia y circular.

El enfoque estándar para separar mezclas de elementos es realizar una reacción química que hace que uno de los elementos cambie de fase, como pasar de líquido a sólido, lo que permite separar elementos mediante métodos físicos como la filtración. Este tipo de enfoque se utiliza para separar metales de tierras raras; las mezclas se colocan en una solución de un ácido, y un compuesto orgánico y los iones metálicos individuales se mueven lentamente de la fase ácida a la fase orgánica a velocidades variables según las propiedades químicas del metal.

Lo difícil es que muchas propiedades químicas, como la solubilidad o cómo reaccionan con otros elementos, son muy similares entre los metales de tierras raras. Esta falta de una fuerte diferencia química significa que la separación de los metales de las tierras raras es un proceso que consume tiempo y energía y que también genera una cantidad sustancial de desechos ácidos. "Funciona bien cuando lo haces 10, 000 veces, pero cada paso individual es poco eficiente, "dice Schelter.

Donde los metales de tierras raras individuales difieren es en su paramagnetismo, o cuán atraídos se sienten por los campos magnéticos. Los investigadores han estado interesados ​​en encontrar formas de utilizar el paramagnetismo para aislar diferentes elementos de tierras raras, pero los esfuerzos anteriores no habían encontrado formas de acoplar el paramagnetismo con una reacción química o cambio de fase.

El descubrimiento clave fue que la combinación de un campo magnético con una disminución de la temperatura provocó que los iones metálicos cristalizaran a diferentes velocidades. La cristalización de elementos mediante la disminución de la temperatura es un enfoque comúnmente utilizado en el laboratorio, pero la magnitud de su impacto fue inesperada. "Usamos temperaturas más bajas para cristalizar muchos de nuestros materiales, "explica el investigador postdoctoral Robert Higgins, quien dirigió el estudio. "Era una de las cosas que podía usar potencialmente, pero al principio no me di cuenta de lo importante que iba a ser eso ".

Usando este enfoque, los investigadores pueden separar de manera eficiente y selectiva las tierras raras pesadas como el terbio y el iterbio de los metales más ligeros como el lantano y el neodimio. El resultado más sorprendente fue tomar una mezcla 50/50 de lantano y disprosio y recuperar 99,7% de disprosio en un solo paso, un "refuerzo del 100%" en comparación con el mismo método pero sin usar un imán.

Dado que los mecanismos químicos de los enfoques de separación existentes no se comprenden bien, Los investigadores esperan que su enfoque sistemático pueda llevar las tecnologías de separación de metales de "mágicas" a algo más controlable, competitivo, y rentable. "Si pudiera diseñar racionalmente formas de mejorar la separación de metales, eso sería una gran ventaja, ", dice Schelter." Nuestra posición es abordar aplicaciones específicas relacionadas con las separaciones químicas mediante un enfoque que se puede aplicar a los nuevos sistemas de separación para complementar la tecnología existente ".

Higgins ahora está buscando formas de mejorar la eficiencia de la reacción mientras estudia cómo los campos magnéticos interactúan con estas soluciones químicas. Él ve este estudio y otros hallazgos químicos fundamentales como un primer paso importante para hacer que el reciclaje de metales de tierras raras sea más eficiente y sostenible. "Cuanto más rápido podamos encontrar nuevas formas de realizar separaciones de manera más eficiente, Cuanto más rápido podamos mejorar algunos de los problemas geopolíticos y climáticos asociados con la minería y el reciclaje de tierras raras, "dice Higgins.