Los fabricantes confían en elementos de tierras raras, como el neodimio, para crear imanes potentes que se utilizan en motores para productos electrónicos, incluidos automóviles híbridos, generadores de aviones, altavoces, discos duros y auriculares internos. Pero los depósitos minerales que contienen neodimio son difíciles de alcanzar y se encuentran en unos pocos lugares de la Tierra.

Con la creciente necesidad de neodimio de varias industrias, la atención se ha centrado en reciclar los elementos que se encuentran en las computadoras viejas y las placas de circuito impreso, también conocidas como desechos electrónicos, para satisfacer la demanda. Pero separar los elementos valiosos de otros minerales y componentes que se encuentran en los desechos electrónicos resulta ser un desafío.

En un artículo reciente en el Chemical Engineering Journal , Amir Sheikhi, profesor asistente de ingeniería química e ingeniería biomédica en Penn State, detalla una nueva nanotecnología para separar el neodimio utilizando celulosa vegetal, que se encuentra en el papel, el algodón y la pulpa. Patrictia Wamea, ex miembro del laboratorio de Sheikhi que se graduó en mayo con una maestría en ciencias, fue coautora del artículo y ganó el premio anual al mejor artículo del Departamento de Ingeniería Química de Penn State en el otoño de 2021 por sus contribuciones.

En el proceso, los nanocristales de celulosa vellosos, nanopartículas derivadas de las fibrillas de celulosa, se unen selectivamente a los iones de neodimio, separándolos de otros iones, como el hierro, el calcio y el sodio, según Sheikhi. Las nanopartículas se conocen como "peludas" debido a las cadenas de celulosa unidas a sus dos extremos, que realizan funciones químicas críticas.

Para hacer esto, los investigadores cargaron negativamente las capas peludas de las nanopartículas para atraer y unirse a los iones de neodimio cargados positivamente, lo que resultó en la agregación de partículas en piezas más grandes que luego se pueden reciclar y reutilizar de manera efectiva.

"El proceso es efectivo en su capacidad de remoción, selectividad y velocidad", dijo Sheikhi. "Puede separar el neodimio en segundos eliminando selectivamente el elemento de algunas de las impurezas probadas".

Los procesos actuales de reciclaje de elementos de tierras raras son perjudiciales para el medio ambiente, según Sheikhi. A menudo usan condiciones altamente ácidas para extraer los elementos en reacciones químicas. El proceso de Sheikhi es respetuoso con el medio ambiente debido al uso de celulosa, que es un recurso renovable económico. El proceso de minería tradicional es peligroso y costoso, con impactos ambientales dañinos debido a la minería a cielo abierto.

"Usar celulosa como agente principal es una solución sostenible, rentable y limpia", dijo Sheikhi. "Usando este proceso, Estados Unidos podrá competir con otros gigantes como China para recuperar materiales de tierras raras y producirlos de forma independiente".

China es el principal exportador de neodimio, según Sheikhi, exportando más del 70% del suministro mundial del material.

Además de los desechos electrónicos, los elementos de tierras raras como el neodimio se pueden extraer de aguas residuales industriales, colas de minería e imanes permanentes que ya no están en uso. En el futuro, Sheikhi dijo que espera que el proceso de adsorción a base de celulosa también se pueda aplicar a esas fuentes.

"Esta contribución al reciclaje de tierras raras tendrá un impacto estratégico y económicamente viable en varias industrias", dijo Sheikhi. "Cuanto más neodimio reciclamos, más podemos fabricar vehículos eléctricos e híbridos y turbinas eólicas, lo que reduce la presión sobre el medio ambiente". + Explora más

Proceso de separación simple para neodimio y disprosio