Investigadores de la Universidad Case Western Reserve, la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad de Clemson desarrollaron un proceso que puede ayudar a recuperar elementos de tierras raras del fosfoyeso, un subproducto de la producción de fertilizantes.
En opinión de los científicos, existe una necesidad urgente de un proceso de este tipo, ya que la técnica habitual para extraer los REE (Rare Earth Elements, por sus siglas en inglés) de los minerales compuestos suele requerir mucha energía y produce importantes emisiones de carbono, mientras que una gran parte de las tierras raras se pierde en los residuos de otros procesos industriales.
“Hoy en día, se estima que hay 200.000 toneladas de elementos de tierras raras atrapadas en los residuos de fosfoyesos sin procesar sólo en Florida”, dijo Lauren Greenlee, que dirige el esfuerzo de Penn State con el co-investigador principal Rui Shi, en una declaración a los medios.
Greenlee explicó que el fosfoyeso se canaliza en zanjas y estanques para su almacenamiento indefinido.
“Esta fuente de elementos de tierras raras está actualmente sin explotar debido a los desafíos asociados con las especies radiactivas y la dificultad de separar los elementos individuales”, dijo el experto. “La visión de este proyecto es descubrir nuevos mecanismos de separación, materiales y procesos para recuperar recursos valiosos, incluyendo elementos de tierras raras, fertilizantes y agua limpia, a partir de los flujos de residuos de la industria de fertilizantes, allanando el camino para un suministro doméstico sostenible de elementos de tierras raras y un sector agrícola sostenible.”
El fosfoyeso se forma cuando la roca fosfórica se transforma en fertilizante y contiene pequeñas cantidades de elementos radiactivos naturales, como el uranio y el torio. Debido a esta radiactividad, el subproducto se almacena indefinidamente, y un almacenamiento inadecuado puede contaminar el suelo, el agua y la atmósfera.
Para cosechar los elementos de las tierras raras atrapados en el fosfoyeso, los investigadores proponen un proceso de varias etapas en el que se utilizan péptidos de ingeniería capaces de identificar y separar con precisión los elementos de las tierras raras a través de una membrana especializada.
“Los elementos individuales de las tierras raras tienen tamaños similares y cargas formales idénticas, por lo que los mecanismos tradicionales de separación por membrana son insuficientes”, afirma Greenlee. “Un objetivo técnico clave de esta investigación es descubrir los mecanismos que sustentan la selectividad de los iones péptidos y aprovechar esos mecanismos para diseñar una nueva clase de membranas altamente selectivas”.
El equipo de Case Western Reserve se encarga de desarrollar las moléculas que se adhieren a elementos específicos de las tierras raras. Su diseño se guiará por el trabajo de modelización computacional que se está realizando en Clemson.
Una vez desarrollados los péptidos, Greenlee investigará cómo funcionan en soluciones acuosas, mientras que Shi utilizará herramientas de análisis de sistemas, incluidos el análisis tecnoeconómico y la evaluación del ciclo de vida, para evaluar el impacto medioambiental y la viabilidad económica del sistema propuesto de recuperación de elementos de tierras raras en distintas condiciones de diseño y funcionamiento.
“Queremos alejarnos de los impactos ambientales actuales para ser más sostenibles, y podemos hacerlo trasladando la investigación fundamental y los resultados a escala de laboratorio a los impactos ambientales y económicos a nivel de sistema”, dijo Shi. “Luego, podemos integrar los resultados de sostenibilidad de nuevo en el diseño para guiar los objetivos de investigación futuros mientras avanzamos en la recuperación de elementos de tierras raras y el procesamiento de fosfoyesos”.
Shi señaló que el proyecto propuesto complementará otra investigación de Penn State que se centra en el uso de moléculas de proteínas de origen natural para extraer elementos de tierras raras agrupados de otras fuentes de residuos industriales.
“Para nuestro proyecto, la hipótesis es que las moléculas de agua asociadas a los péptidos que se unen a los elementos de tierras raras se reorganizan, y podemos controlar con precisión esa reorganización para que sea más eficiente en función del elemento individual de tierras raras”, explicó Greenlee, señalando que su equipo examinará las interacciones a nivel atómico mediante el uso de espectroscopia de absorción de rayos X para validar cómo las moléculas intercambian átomos mientras se unen. “Con la modelización y la experimentación, seguiremos iterando para asegurarnos de que entendemos cómo funcionan las moléculas juntas”.
Noticia tomada de: MINING / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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