El futuro de la minería sostenible de elementos de tierras raras
fuente: Minería AZO¿Qué son los elementos de tierras raras y dónde se encuentran?Los elementos de tierras raras (REE) comprenden 17 elementos metálicos, compuestos por 15 lantánidos en la tabla periódica:LantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioeuropioGadolinioTerbiodisprosioHolmioErbioTulioIterbioutecioEscandioItrioLa mayoría de ellos no son tan raros como sugiere el nombre del grupo, pero fueron nombrados en los siglos XVIII y XIX, en comparación con otros elementos "terrestres" más comunes, como la cal y la magnesia.El cerio es el REE más común y más abundante que el cobre o el plomo.Sin embargo, en términos geológicos, los REE rara vez se encuentran en depósitos concentrados, ya que las vetas de carbón, por ejemplo, hacen que su extracción sea económicamente difícil.En cambio, se encuentran en cuatro tipos principales de rocas poco comunes; carbonatitas, que son rocas ígneas inusuales derivadas de magmas ricos en carbonatos, entornos ígneos alcalinos, depósitos de arcilla de absorción de iones y depósitos de placeres portadores de monacita-xenotima.China extrae el 95% de los elementos de tierras raras para satisfacer la demanda de estilos de vida de alta tecnología y energía renovableDesde finales de la década de 1990, China ha dominado la producción de REE, utilizando sus propios depósitos de arcilla de absorción de iones, conocidos como "Arcillas del Sur de China".Es económico para China hacerlo porque los depósitos de arcilla son fáciles de extraer mediante el uso de ácidos débiles.Los elementos de tierras raras se utilizan para todo tipo de equipos de alta tecnología, incluidos ordenadores, reproductores de DVD, teléfonos móviles, iluminación, fibra óptica, cámaras y altavoces, e incluso equipos militares, como motores a reacción, sistemas de guía de misiles, satélites y sistemas anti- -defensa antimisiles.Un objetivo del Acuerdo Climático de París de 2015 es limitar el calentamiento global a menos de 2 ˚C, preferiblemente 1,5 ˚C, niveles preindustriales. Esto ha aumentado la demanda de energías renovables y de coches eléctricos, que también requieren REE para funcionar.En 2010, China anunció que reduciría las exportaciones de REE para satisfacer su propio aumento de la demanda, pero también mantendría su posición dominante en el suministro de equipos de alta tecnología al resto del mundo.China también se encuentra en una posición económica sólida para controlar el suministro de REE necesarios para las energías renovables, como paneles solares, turbinas eólicas y mareomotrices, así como vehículos eléctricos.Proyecto de captura de elementos de tierras raras con fertilizantes de fosfoyesoEl fosfoyeso es un subproducto de los fertilizantes y contiene elementos radiactivos naturales como el uranio y el torio. Por este motivo, se almacena indefinidamente, con riesgos asociados de contaminación del suelo, el aire y el agua.Por lo tanto, investigadores de la Universidad Penn State han ideado un enfoque de varias etapas utilizando péptidos diseñados, cadenas cortas de aminoácidos que pueden identificar y separar con precisión los REE utilizando una membrana especialmente desarrollada.Como los métodos de separación tradicionales son insuficientes, el proyecto pretende idear nuevas técnicas, materiales y procesos de separación.El diseño está dirigido por modelos computacionales, desarrollados por Rachel Getman, investigadora principal y profesora asociada de ingeniería química y biomolecular en Clemson, con las investigadoras Christine Duval y Julie Renner, que desarrollan las moléculas que se unirán a REE específicos.Greenlee observará cómo se comportan en el agua y evaluará el impacto ambiental y los diferentes potenciales económicos en situaciones variables de diseño y operación.La profesora de ingeniería química Lauren Greenlee afirma que: “hoy en día, se estima que 200.000 toneladas de elementos de tierras raras están atrapadas en desechos de fosfoyeso sin procesar sólo en Florida”.El equipo identifica que la recuperación tradicional está asociada a barreras ambientales y económicas, por lo que actualmente se recuperan a partir de materiales compuestos, que requieren la quema de combustibles fósiles y requieren mucha mano de obra.El nuevo proyecto se centrará en recuperarlos de forma sostenible y podrá implementarse a mayor escala para obtener beneficios medioambientales y económicos.Si el proyecto tiene éxito, también podría reducir la dependencia de Estados Unidos de China para el suministro de tierras raras.Financiamiento del proyecto de la Fundación Nacional de CienciasEl proyecto REE de Penn State está financiado por una subvención de cuatro años de $571,658, por un total de $1,7 millones, y es una colaboración con la Universidad Case Western Reserve y la Universidad de Clemson.Formas alternativas de recuperar elementos de tierras rarasLa recuperación de RRE generalmente se lleva a cabo mediante operaciones a pequeña escala, comúnmente mediante lixiviación y extracción con solventes.Aunque es un proceso simple, la lixiviación requiere una gran cantidad de reactivos químicos peligrosos, por lo que no es deseable comercialmente.La extracción con disolventes es una técnica eficaz, pero no muy eficiente porque requiere mucha mano de obra y tiempo.Otra forma común de recuperar los REE es a través de la agrominería, también conocida como e-mining, que implica el transporte de desechos electrónicos, como computadoras, teléfonos y televisores viejos, desde varios países a China para la extracción de REE.Según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, en 2019 se generaron más de 53 millones de toneladas de desechos electrónicos, y alrededor de 57 mil millones de dólares fueron materias primas que contienen REE y metales.Aunque a menudo se promociona como un método sostenible de reciclaje de materiales, no está exento de problemas que aún deben superarse.La agrominería requiere mucho espacio de almacenamiento, plantas de reciclaje, residuos de vertederos después de la recuperación de REE e implica costos de transporte, que requieren la quema de combustibles fósiles.El Proyecto de la Universidad Penn State tiene el potencial de superar algunos de los problemas asociados con los métodos tradicionales de recuperación de REE si puede satisfacer sus propios objetivos ambientales y económicos.
