Una idea inteligente de utilizar nanopartículas magnéticas para capturar materiales valiosos de las salmueras se ha convertido en proyectos piloto a escala industrial que podrían ayudar a convertir a Estados Unidos en un productor de minerales críticos utilizados en la producción de energía y electrónica. Hoy dia, la mayoría de estos minerales se obtienen de fuentes internacionales, muchas de las cuales son regiones de alto conflicto.

La tecnología pendiente de patente, desarrollado en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU., ha sido licenciado exclusivamente por Moselle Technologies, una empresa de nueva creación que está probando la tecnología en varios lugares de EE. UU. e internacionales.

Juntos, PNNL y Moselle han competido con éxito por la financiación del desarrollo tecnológico, incluidos dos premios de investigación y desarrollo cooperativos y un premio de la oficina de fabricación avanzada del DOE 2021, avanzar en el proceso de captura de elementos estratégicamente importantes de las fuentes de agua.

La nanopartícula del núcleo consiste en una forma de óxido de hierro más conocida como magnetita. Esta partícula del núcleo se utiliza para anclar la capa adsorbente que une selectivamente los compuestos de interés. Esa es la clave de la tecnología patentada. Las nanopartículas se pueden introducir en salmueras de plantas geotérmicas, agua producida, efluente de la minería de minerales, y agua de mar, donde se adhieren a compuestos objetivo flotantes libres. Cuando se expone a un imán, El núcleo de hierro de la nanopartícula se comporta como lo hacen las limaduras de hierro en el experimento científico clásico:migran hacia el imán, junto con el material crítico al que están ligados, y se puede filtrar de la salmuera. La tecnología se está adaptando para la captura de litio, un metal ligero y versátil quizás mejor conocido por su papel en la tecnología de baterías.

"Los enfoques actuales para la extracción de litio del agua, por ejemplo, requieren un paso de procesamiento que bombea grandes volúmenes de agua, miles de galones por minuto, a través de un sistema de filtración de intercambio iónico, haciéndolo intensivo en energía y costoso, "dijo Pete McGrail, Compañero de laboratorio de PNNL y experto reconocido en tecnología de recuperación de metales de tierras raras. "Nuestro proceso de nanotecnología nos permite miniaturizar todo y elimina la necesidad de separadores de intercambio iónico masivos requeridos en otros procesos. Es bastante simple. En unos minutos, virtualmente todo el litio ha sido extraído de la solución por colisiones moleculares con nuestro sorbente y luego puede ser removido con un imán donde se recolecta y purifica fácilmente ".

"La gente ha perdido mucho dinero tratando de cosechar litio, ", dijo el director ejecutivo de Moselle Technologies, Jerry Mills." Necesitamos otra forma de hacerlo. Habíamos estado buscando la tecnología de menor costo para producir elementos de tierras raras y elementos estratégicamente importantes como el litio. Para muchos de estos, Estados Unidos tiene poca o ninguna producción. Haremos todo lo posible para resolver ese problema. Creemos que esta tecnología nos ayudará a superar el obstáculo de los costos ".

Abastecimiento de minerales críticos en casa

Litio, níquel, los elementos de cobalto y tierras raras tienen una gran demanda por parte de los fabricantes de semiconductores y turbinas eólicas, así como baterías utilizadas en vehículos eléctricos y en otras tecnologías de energía verde. Pero actualmente la cadena de suministro global de estos elementos se basa en gran medida en procesos de extracción anticuados que consumen mucha energía, consume mucha agua, y crear desechos tóxicos. Las importaciones representan el 100 por ciento del suministro estadounidense de 14 de 35 materiales críticos y más de la mitad de otros 17, según el Departamento de Energía, lo que ha hecho del suministro interno una prioridad absoluta. Esta tecnología PNNL, en el desarrollo de laboratorio durante varios años, ahora está listo para las pruebas de campo.

Lanzamiento de proyectos piloto en la primavera de 2021

Uno de los proyectos piloto planificados combina los recursos de la industria del petróleo y el gas con la tecnología de PNNL.

"Las salmueras de petróleo y gas son un recurso interno de litio sin explotar, "dijo McGrail.

La extracción de petróleo y gas en los EE. UU. Y Canadá bombea agua subterránea a la superficie como parte del proceso de extracción. El litio está presente en gran parte de esta agua, en una amplia gama de ubicaciones. Los científicos de PNNL estiman que si solo se recolectara el 25 por ciento del litio en el agua producido a través de la extracción de petróleo y gas, equivaldría a la producción mundial anual actual. Para explorar esta posibilidad, PNNL, Tecnologías Moselle, Canada Natural Resources Limited y Conoco Phillips Corporation realizarán una prueba prolongada en Richland de PNNL, Lavar., instalaciones. Allí, el equipo pondrá a prueba la tecnología sometiéndola a pruebas de ciclo extendido con el sistema de separador magnético, un paso necesario para la producción industrial a gran escala.

"Al utilizar las nanopartículas magnéticas para adherirse a las partículas de litio en solución, esperamos que el concentrado resultante esté en una forma más pura, reduciendo así el costo de procesamiento adicional, ", dijo Mills." Y esto eliminará más de la mitad del costo ".

Un segundo proyecto, que se anunció en enero después de un proceso de solicitud competitivo, será financiado a través de un premio DOE Advanced Manufacturing Office FY20. En este proyecto, las empresas Enerplus Corporation, Prairie Lithium Corporation, Enertopia Corporation y Dajin Lithium Corporation investigarán la tecnología para una posible aplicación en minas de litio en Nevada y Canadá. El trabajo ha sido aprobado y comenzará en la primavera de 2021.

Más que litio

El limpio, La tecnología no contaminante también podría utilizarse para la recuperación de otros materiales críticos. Un tercer proyecto de investigación cooperativa explorará esa posibilidad.

"Hemos desarrollado materiales absorbentes específicos para muchos elementos, "dice McGrail." En este proyecto, Trabajaremos con la empresa geotérmica Geo40 con sede en Nueva Zelanda, que ha identificado cesio presente en sus salmueras. En este proyecto, el equipo extenderá el trabajo realizado para recuperar litio a nuevos sorbentes que son altamente selectivos para el cesio. Si tiene éxito, al grupo le gustaría construir una planta piloto en Nueva Zelanda.