Novas tecnologias eficientes e baratas que estão sendo desenvolvidas na Purdue University podem permitir a extração de elementos de terras raras, componentes críticos de muitos produtos eletrônicos e verdes, de resíduos de cinzas de carvão.

Esta inovação pode permitir que os EUA entrem no mercado de produção de elementos de terras raras de US $ 4 bilhões, enquanto reciclam as cinzas de carvão de maneira ambientalmente correta. O valor dos produtos que requerem metais de terras raras é avaliado em mais de US $ 4 trilhões por ano. Elementos de terras raras (REE) consistem em grande parte em Lantanídeos (Lns), uma série de 15 elementos metálicos.

"Os REEs têm muitas aplicações importantes em coisas como ímãs permanentes na geração de energia e carros elétricos, baterias, catalisadores de refino de petróleo, fósforos em televisores em cores, e muitos eletrônicos, incluindo telefones celulares. A demanda por REEs deve crescer dramaticamente nas próximas décadas, "disse Linda Wang, inventor da tecnologia e Maxine Spencer Nichols Professor de Engenharia Química de Purdue.

"REEs usados ​​nos EUA são importados principalmente da China, que controla mais de 90 por cento do fornecimento, com amplas implicações na economia dos EUA e na segurança nacional.

"Por exemplo, depois que a China reduziu as cotas de exportação em 2010, os custos de ímãs de terras raras para uma turbina eólica aumentaram de US $ 80, 000 a $ 500, 000. Depois que a China relaxou as restrições à exportação 18 meses depois, os preços voltaram a patamares mais baixos do que em 2010, "Ela disse." É altamente desejável desenvolver a capacidade de produzir REEs nos EUA e se tornar independente de fornecedores estrangeiros. "

Separar elementos de terras raras é extremamente difícil porque os elementos têm a mesma carga iônica e são semelhantes em tamanho, Disse Wang.

"Elementos de terras raras ocorrem em minérios em concentrações muito pequenas, alguns milhares de partes por milhão. Processos extensivos de mineração, esmerilhamento, Extração, e a purificação são necessárias para transformar os minérios em metais de terras raras de altíssima pureza (aproximadamente 99,9 por cento no mínimo) necessários para aplicações comerciais, "ela disse." Normalmente, velhas tecnologias da década de 1950 são usadas para separação e purificação. Eles geralmente exigem 1, 800 diferentes estágios de extração em série e em paralelo para purificação. Esses processos podem ser perigosos, caro e ineficiente. "Wang disse que os métodos convencionais de separação também têm graves repercussões ambientais.

"As tecnologias de separação atuais produzem grandes quantidades de resíduos químicos, que não pode ser reciclado economicamente, "disse ela." Um dos 10 locais mais poluídos do mundo é um lago artificial na China, onde os efluentes residuais das extrações de REE são armazenados. "

Wang desenvolveu novas técnicas de separação por cromatografia que podem separar elementos de terras raras primeiro de outras impurezas e depois uns dos outros usando apenas algumas unidades de cromatografia. Os processos envolvem eluição assistida por ligante ou métodos de cromatografia de deslocamento usando métodos robustos, baixo custo, sorvente inorgânico titânia ou sorventes poliméricos. Ligantes nas fases móveis

"Esses novos processos podem separar efetivamente REEs com purezas e rendimentos superiores a 95 por cento, "Disse Wang." Usar sorventes de titânia é o que torna esta inovação única. Eles são robustos e baratos, tornando os processos eficientes e acessíveis. Somos o primeiro grupo no mundo a desenvolver essa tecnologia. Adicionalmente, os subprodutos do nosso processo incluem sílica gel, óxido de aluminio, e outros óxidos de metal de valor comercial, tornando o processo geral lucrativo e econômico. "

Wang disse que os EUA acumularam 1,5 bilhão de toneladas de cinzas de carvão, que poderia ser usado para produzir REEs por décadas.

"A cinza de carvão é rica em elementos de terras raras, tão rico quanto alguns dos depósitos de minério. Os Estados Unidos produzem cerca de 129 milhões de toneladas de cinzas de carvão todos os anos. Menos da metade é reciclada em produtos de baixo valor, "disse ela." Em um exemplo, um dique de armazenamento de cinzas de carvão rompeu e as cinzas poluíram rios próximos. Demorou sete anos e US $ 1,1 bilhão para limpar. "

Wang diz que a nova tecnologia pode fornecer maneiras de utilizar cinzas de carvão que não apenas satisfaçam as necessidades da REE nos EUA, mas é benéfico para o meio ambiente e pode criar empregos de alta tecnologia.

"Demonstramos a viabilidade dessa tecnologia em escala de laboratório e acreditamos que será muito mais simples, mais eficiente, e opção de menor custo de capital para produção de REE, "Disse Wang." Podemos projetar e ampliar o processo de produção; ainda há trabalho a ser concluído para demonstrar essas novas tecnologias em escalas maiores. Tivemos sucesso em muitas separações cromatográficas desafiadoras, incluindo a purificação de isótopos médicos, açúcares, aminoácidos, drogas quirais, insulina, polímeros, e muitos outros. Assim, estamos confiantes de que podemos produzir REEs de alta pureza a partir de cinzas de carvão. "