La evaporación flash recupera tierras raras de residuos industriales

13 de febrero de 2022 13:54 Roberto Klatt

Flash Joule Heating (evaporación flash) extrae metales de tierras raras de los desechos industriales, que se requieren como materia prima para las tecnologías modernas.

Houston (Estados Unidos). Las tecnologías modernas, como los semiconductores, los generadores y los automóviles eléctricos, requieren metales de tierras raras como el itrio, el neodimio, el terbio o el disprosio como materias primas. Estos son escasos y caros. Aunque los científicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) descubrieron recientemente un gran depósito en Sudáfrica, la mayoría de los metales de tierras raras todavía provienen de China. Por tanto, es crucial para la seguridad del suministro que también se utilicen recursos que hasta ahora apenas se han utilizado.

Uno de estos recursos sin explotar es la ceniza de las centrales eléctricas de carbón. Anualmente se producen alrededor de 750 millones de toneladas. Como explica Bing Deng de la Universidad Rice, esta ceniza contiene alrededor de 500 partes por millón (ppm) de metales de tierras raras.

Elementos particularmente escasos en las cenizas de las centrales eléctricas de carbón

Por lo tanto, los desechos contienen significativamente menos metales de tierras raras que la mayoría de los minerales. Sin embargo, los elementos particularmente escasos iterbio, neodimio, terbio, europio y disprosio se encuentran con mayor frecuencia en las cenizas de carbón que en los depósitos de minerales chinos. Sin embargo, hasta ahora, las tierras raras solo podían extraerse de las cenizas de carbón usando solventes y ácidos fuertes. Esto es costoso y dañino para el medio ambiente y, por lo tanto, casi nunca se usa.

La evaporación instantánea extrae materias primas de las cenizas de carbón

Los científicos de Deng han presentado ahora una solución en la revista Science Advances con la que las tierras raras se pueden extraer más fácilmente de las cenizas de carbón. Con el calentamiento Flash Joule (evaporación instantánea), la ceniza de carbón se enriquece con hollín. Luego, una fuerte oleada de electricidad los calienta hasta 3.000 grados centígrados. Anteriormente, Deng utilizó este método para separar los metales como desechos electrónicos.

Como parte de su estudio, los investigadores probaron el proceso con dos cenizas de carbón común cuyo contenido de tierras raras era de 418 y 516 miligramos por kilogramo. Anteriormente, también realizaron ensayos con lodos de bauxita de la extracción de aluminio, que contiene hasta 1000 ppm de metales de tierras raras. Para poder comparar la eficiencia del proceso, los investigadores también realizaron pruebas con la extracción ácida habitual. Utilizaron ácido clorhídrico y nítrico.

Rendimiento duplicado de la vaporización flash

La cantidad de metales de tierras raras extraíbles fue entre un 170 y un 230 por ciento mayor con el calentamiento instantáneo Joule que con la extracción ácida. Como explican los científicos, esto se debe a que el calentamiento alto y corto disuelve los metales mejor que los procesos químicos. «El calentamiento Flash Joule rompe el vidrio que encapsula estos elementos y convierte los fosfatos de tierras raras en óxidos metálicos que son mucho más solubles», dice James Tour.

Además, las tierras raras obtenidas a través del calentamiento Flash Joule contienen menos impurezas. Por lo tanto, el proceso es significativamente más eficiente en general y es adecuado para extraer valiosos metales de tierras raras de materiales de desecho como lodos de bauxita y cenizas de carbón.

Uso en la industria posible

«La calefacción Flash Joule es muy eficiente energéticamente y solo requiere alrededor de 600 kilovatios hora por tonelada, lo que corresponde a costos de alrededor de doce dólares estadounidenses por tonelada», explican los investigadores. Esto es significativamente más barato que los métodos de extracción comunes. Por lo tanto, son posibles márgenes de beneficio que son unas diez veces mayores que en la extracción con ácido.

Además, el método se puede escalar e integrar fácilmente en procesos automatizados. «La aplicación comercial de calentamiento instantáneo de julios a varias toneladas por día podría allanar el camino para la recuperación de tierras raras a gran escala de los desechos», dijo Deng.

Avances científicos, doi: 10.1126/sciadv.abm3132