Nuestra sociedad de consumo conectada genera una gran cantidad de residuos electrónicos, alrededor de 50 millones de toneladas por año en todo el mundo. Incluso, en la actualidad, son los residuos los que muestran un mayor crecimiento de un año a otro. El valor de las materias primas incluidas en estos residuos se estima en 50-60 mil millones de euros, dependiendo de los precios de los materiales. Los canales de legislación y reciclaje de estos residuos están organizados en muchos países, gracias a los sistemas ampliados de responsabilidad del productor, pero actualmente solo el 20% se recicla en un proceso certificado. Además, de los sesenta elementos químicos presentes en los residuos electrónicos, solo una minoría se recicla, diez en número_:oro, plata, platino, cobalto, estaño, cobre, planchar, aluminio y plomo). Todo lo demás termina _ en muy buen estado_ desperdiciado en los vertederos.

El ideal, desde el punto de vista de la economía circular, sería por un lado prolongar al máximo la vida útil de estos dispositivos electrónicos, en particular prolongando el primer uso, y por otro lado para facilitar y favorecer la reutilización o reparación. El hecho es que estos vertederos representan verdaderas "minas urbanas":depósitos potenciales para quienes saben cómo explotarlos.

¿Cómo nos ocupamos de los residuos electrónicos?

Reciclar desechos electrónicos significa separar materiales, moléculas o elementos químicos, para que puedan venderse como materia prima para la fabricación de nuevos productos. Primero tienes que desmontar los dispositivos y componentes, ordenarlos, molerlos, y finalmente separar los materiales, la mayoría de las veces por incineración y luego por procesos químicos basados ​​en solución.

Obtener más productos químicos de la mina urbana es más fácil de decir que de hacer. Los residuos electrónicos son de naturaleza muy variada y, a menudo, se mezclan con otros tipos de residuos. Por tanto, la composición de los residuos a tratar varía de una pala de ceniza de incinerador de residuos o de un lote de residuos a otro. Esto contrasta con la explotación de una mina "tradicional" donde la composición del mineral es mucho más simple y constante, al menos en comparación.

El químico se enfrenta a un problema de separación extremadamente complejo. Esto explica en parte por qué la industria del reciclaje se está enfocando actualmente en los metales más concentrados o económicamente atractivos para recuperar. de ahí la lista anterior.

Nueva estrategia:desmantelar, clasificar, triturar, disolver

La clasificación tiene como objetivo minimizar la complejidad química de la mezcla a tratar, así como su variabilidad. Se puede realizar a todas las escalas:la del dispositivo (tipo, Generacion), de sus módulos (circuitos impresos, baterías sobres externos, marcos etc.), de sus componentes electrónicos elementales (cables, resistencias, capacidades, papas fritas, tablas desnudas, etc.), o incluso al nivel del polvo resultante de la molienda, que se puede realizar en todas las escalas descritas.

El desmontaje completo de dispositivos es, en teoría, el enfoque más eficaz. Pero, debido a la multiplicidad y complejidad de los equipos, Es difícil automatizar este paso:el desmontaje todavía se realiza principalmente de forma manual, lo que significa que su costo es a menudo demasiado alto para permitir la clasificación hasta el nivel de los componentes elementales.

Como consecuencia, el enfoque más común entre los recicladores (MTB, Paprec, Véolia), antes de cualquier tratamiento químico, es el rectificado a escala del dispositivo o sus módulos, seguido de pasos de separación de las partículas por métodos físicos utilizando las diferencias en densidades o propiedades magnéticas. Dependiendo de la pureza de los polvos obtenidos, Luego se utilizan tratamientos térmicos o químicos para refinar la composición de los productos finales.

En este último caso, El proceso más utilizado de separación en solución de elementos químicos es la denominada extracción líquido-líquido. Por lo general, consiste primero en disolver los metales o sus óxidos en un ácido (por ejemplo, ácido nítrico), luego haciendo una emulsión, es decir, el equivalente a una vinagreta francesa. La solución ácida ("vinagre") se mezcla vigorosamente con un disolvente orgánico (como queroseno, "aceite") en una columna de extracción y una o más moléculas ("mostaza") que tienen la propiedad de promover la transferencia de ciertos metales ("sabores") del ácido al disolvente. Como este paso de separación rara vez es perfecto, se repite en serie para alcanzar los niveles de pureza deseados. Varias docenas, incluso varios cientos, a veces son necesarias extracciones sucesivas para lograr la pureza deseada.

Optimizar los costos y la eficiencia de tales procesos requiere el estudio de la influencia de un gran número de parámetros (por ejemplo, las concentraciones de especies químicas, acidez, temperatura, etc.) para definir la combinación que representa el mejor compromiso.

Nuevos procesos para incrementar la tasa de reciclaje

En el laboratorio ESCASO, estamos trabajando en nuevos procesos que finalmente permitirán "incrementar el número de elementos químicos reciclados y aumentar sus tasas de reciclaje:por un lado con procesos mecánicos (automatización de desmontaje y clasificación), por otro lado con procesos de extracción química en solución.

Por ejemplo, como hemos visto, la composición química de los residuos electrónicos es muy variable. El desarrollo de un proceso de extracción, para una composición química específica, Puede llevar fácilmente de cinco a diez años de investigación y optimización y la adaptación de un proceso existente a una nueva composición (por ejemplo, un nuevo metal) requiere de varios meses a varios años. Esto apenas es compatible con los volúmenes de residuos, los recursos y el tiempo disponible para reciclar los residuos.

Tubería microscópica para optimizar la extracción de elementos

Reducir el tiempo y el costo de desarrollar nuevos procesos de extracción, hemos miniaturizado e integrado en un solo dispositivo microfluídicos automatizados todos los equipos necesarios para un estudio de procesos. En un dispositivo de microfluidos, la tubería es más pequeña que un milímetro (en nuestro caso 100 µm de espesor, el grosor de dos pelos o menos). Esto permite utilizar cantidades muy pequeñas de material:unos pocos microlitros de disolventes y ácidos en lugar de mililitros, y algunos miligramos de compuestos químicos en lugar de gramos. Con la integración de métodos de análisis (rayos X, infrarrojos y sensores), podemos estudiar las diferentes combinaciones de parámetros de forma continua, de forma automática y rápida. Esto nos permite hacer un estudio en unos pocos días, lo que normalmente puede llevar varios meses.

Ventaja adicional de los microfluidos en comparación con un dispositivo convencional:comprendemos mejor los fenómenos de transferencia de elementos químicos en la interfaz entre el agua y el aceite. En efecto, controlamos tanto la superficie de intercambio entre agua y aceite gracias al uso de membranas porosas, así como el tiempo de contacto entre las dos fases, que se introducen en los canales de microfluidos mediante bombas de jeringa controladas por computadora. A continuación, se pueden calcular con precisión los flujos de material.

Recuperación de tierras raras:materiales preciosos y poco reciclados

Este enfoque nos permitió recientemente estudiar la extracción de metales estratégicos que se encuentran en los teléfonos móviles. Estos metales, esencial en las tecnologías modernas, se producen principalmente en China y en la actualidad se reciclan poco, menos del 5%. Esto es tanto más lamentable cuanto que su producción es muy cara y puede plantear problemas sociales y medioambientales.

Nuestros resultados muestran que la combinación de dos moléculas extractoras específicas permite extraer tierras raras con una eficiencia casi 100 veces mayor que la eficiencia de las extracciones con las moléculas utilizadas por separado. Además, Hemos demostrado una extracción eficiente a concentraciones de ácido de 10 a 100 veces menores que las utilizadas en la industria, que genera menos contaminación. También hemos identificado combinaciones de parámetros que hacen posible separar las tierras raras de manera mucho más eficiente entre sí, lo cual es convencionalmente muy difícil de lograr en unos pocos pasos. Ahora estamos estudiando la transposición de estos resultados, obtenido a muy pequeña escala, al de la herramienta de producción industrial.

Finalmente, nuestro enfoque de microfluidos es modular, lo que significa que cada uno de los módulos puede encontrar su utilidad en otros casos, por ejemplo, el módulo de extracción líquido-líquido puede ser útil para el estudio de procesos de extracción de moléculas orgánicas (aceites esenciales); o el módulo de espectroscopia infrarroja para el seguimiento online de procesos agroalimentarios o farmacéuticos. Le permite determinar la cantidad de agua no ligada; es el agua que rodea las moléculas que se disuelven en ella, pero que no interactúen con ellos, un parámetro clave a seguir en muchas formulaciones de estas industrias.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.