Un nuevo método mejora la extracción de desechos industriales de elementos de tierras raras, 17 minerales críticos para tecnologías como teléfonos inteligentes y baterías de automóviles eléctricos.

Una nueva investigación dirigida por científicos de Penn State y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) demuestra cómo una proteína aislada de bacterias puede proporcionar una forma más ecológica de extraer estos metales y separarlos de otros metales y entre sí.

El método podría eventualmente ampliarse para ayudar a desarrollar un suministro doméstico de metales de tierras raras a partir de desechos industriales y electrónicos que deben reciclarse.

«Para satisfacer la creciente demanda de elementos de tierras raras para su uso en tecnologías emergentes de energía limpia, debemos abordar varios desafíos en la cadena de suministro», dijo en un comunicado Joseph Cotruvo Jr., profesor de Química en la Universidad de Penn y couator del estudio. «Esto incluye mejorar la eficiencia y aliviar la carga ambiental de los procesos de extracción y separación de estos metales. En este estudio, demostramos un nuevo método prometedor que utiliza una proteína natural que podría ampliarse para extraer y separar elementos de tierras raras de fuentes no convencionales, incluidos los desechos industriales».

Estas fuentes se consideran de «baja calidad», porque las tierras raras se mezclan con muchos otros metales y la cantidad de tierras raras presentes es demasiado baja para que los procesos tradicionales funcionen bien. Además, los métodos actuales de extracción y separación se basan en productos químicos agresivos, requieren mucha mano de obra, a veces implican cientos de pasos, producen un gran volumen de desechos y tienen un alto costo.

El nuevo método aprovecha una proteína bacteriana llamada lanmodulina, previamente descubierta por el equipo de investigación, que es casi mil millones de veces mejor para unirse a elementos de tierras raras que a otros metales. Un artículo que describe el proceso aparece en la revista ACS Central Science.

La proteína se inmoviliza primero en perlas diminutas dentro de una columna, un tubo vertical comúnmente utilizado en procesos industriales, al que se agrega el material de origen líquido. Luego, la proteína se une a los elementos de tierras raras en la muestra, lo que permite que solo las tierras raras se retengan en la columna y el líquido restante se drene. Luego, al cambiar las condiciones, por ejemplo, cambiando la acidez o agregando ingredientes adicionales, los metales se desprenden de la proteína y se pueden drenar y recolectar. Al cambiar cuidadosamente las condiciones en secuencia, los elementos individuales de tierras raras podrían separarse.

«Primero demostramos que el método es excepcionalmente bueno para separar los elementos de tierras raras de otros metales, lo cual es esencial cuando se trata de fuentes de baja ley que son una mezcolanza de metales para empezar», dijo Cotruvo. «Incluso en una solución muy compleja en la que menos del 0,1% de los metales son tierras raras, una cantidad excesivamente baja, extrajimos con éxito y luego separamos una agrupación de tierras raras más ligeras de una agrupación de tierras raras más pesadas en un solo paso. La separación es un paso simplificador esencial porque las tierras raras deben separarse en elementos individuales para incorporarlas a las tecnologías».

El equipo de investigación separó el itrio (Y) del neodimio (Nd), ambos abundantes en los depósitos primarios de tierras raras y los subproductos del carbón, con una pureza superior al 99%. También separaron el neodimio del disprosio (Dy), una combinación crucial que es común en los desechos electrónicos, con una pureza superior al 99,9% en solo uno o dos ciclos, según la composición inicial del metal.

«La alta pureza del neodimio y disprosio recuperados es comparable a otros métodos de separación y se logró en tantos o menos pasos sin usar solventes orgánicos agresivos», dijo Ziye Dong, investigador postdoctoral en LLNL y primer autor del estudio. «Debido a que la proteína se puede utilizar durante muchos ciclos, ofrece una alternativa ecológica atractiva a los métodos que se utilizan actualmente».

Los investigadores no creen que su método sustituya necesariamente al actual proceso de extracción líquido-líquido que se usa comúnmente para la producción de alto volumen de elementos de tierras raras más ligeros a partir de fuentes de alto grado. En cambio, permitirá el uso eficiente de fuentes de bajo grado y especialmente para la extracción y separación de las tierras raras pesadas más raras y, en general, mucho más valiosas.

Otros métodos recientes son capaces de extraer elementos de tierras raras de fuentes de bajo grado, pero por lo general se detienen en un producto ‘total’ que tiene todas las tierras raras agrupadas, que tiene relativamente poco valor.

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