Tecniche più ecologiche potrebbero aiutare a trovare minerali rari per i telefoni

Trovare ed estrarre abbastanza minerali di terre rare per alimentare il numero crescente di telefoni cellulari è una sfida difficile che può devastare l’ambiente, ma nuove tecniche potrebbero aiutare.

I ricercatori affermano di aver rimosso i preziosi elementi delle terre rare (REE) dai rifiuti con rese sufficientemente elevate da risolvere i problemi per i produttori aumentando al contempo i loro profitti. Gli scienziati hanno affermato in un recente articolo che il loro processo è più rispettoso dell’ambiente perché utilizza meno energia rispetto ad altri metodi e trasforma il flusso di acido spesso utilizzato per recuperare gli elementi in un rivolo.

“Uno smartphone può contenere fino a otto REE diversi”, ha detto in un’intervista a Digital Trends il chimico della Rice University James Tour , l’autore dello studio. “I colori dello schermo rosso, blu e verde sono migliorati dagli REE, così come il meccanismo vibrante e gli altoparlanti.”

Minerali che fanno funzionare il tuo telefono

Il laboratorio di Tour ha utilizzato uno speciale processo di riscaldamento che produce grafene da qualsiasi fonte di carbonio solido per recuperare i metalli delle terre rare. I minerali hanno proprietà magnetiche ed elettroniche fondamentali per l’elettronica moderna e le tecnologie verdi.

Mentre l’estrazione industriale dalle ceneri volanti del carbone, dai residui di bauxite e dai rifiuti elettronici di solito comporta acido forte – un processo non ecologico che richiede tempo – il laboratorio Rice riscalda le ceneri volanti e altri materiali a circa 5.432 gradi Fahrenheit in un secondo. Il processo trasforma i rifiuti in “specie REE attivate” altamente solubili.

Tour ha affermato che il trattamento delle ceneri volanti con il riscaldamento lampo Joule “rompe il vetro che racchiude questi elementi e converte i fosfati REE in ossidi metallici che si dissolvono molto più facilmente”. I processi industriali utilizzano una concentrazione di 15 molari di acido nitrico per estrarre i materiali; il processo Riso utilizza una concentrazione di acido cloridrico molto più mite di 0,1 molari che produce ancora più prodotto.

I ricercatori hanno scoperto che la cenere volante di carbone (CFA) con riscaldamento rapido ha più che raddoppiato la resa della maggior parte degli elementi delle terre rare utilizzando un acido molto delicato rispetto alla lisciviazione di CFA non trattato in acidi forti.

“La strategia è generale per vari rifiuti”, ha affermato Bing Deng, uno dei ricercatori. “Abbiamo dimostrato che i rendimenti di recupero REE sono stati migliorati da ceneri volanti di carbone, residui di bauxite e rifiuti elettronici mediante lo stesso processo di attivazione”.

Problemi ambientali

Deloitte Global prevede che gli smartphone, i dispositivi di elettronica di consumo più popolari al mondo che dovrebbero avere una base installata di 4,5 miliardi nel 2022, genereranno 146 milioni di tonnellate di CO2 o emissioni equivalenti solo quest’anno.

“Il rapido ricambio di nuovi telefoni ogni anno è un problema poiché consumiamo tecnologia a un ritmo veloce, che ha anche un impatto ambientale”, Alexander Gysi , professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente presso il New Mexico Institute of Mining & Technology , ha detto a Digital Trends in un’intervista.

Sebbene il riciclaggio aiuterebbe a ridurre le emissioni, l’estrazione mineraria è ancora più economica e necessaria per tenere il passo con la crescente domanda di dispositivi tecnologici, ha affermato Gysi. Ogni anno, i loro componenti diventano più piccoli e leggeri, hanno una maggiore durata della batteria e vengono remixati per aumentare la qualità dei display, ha aggiunto.

“I nostri telefoni cellulari sono sovralimentati con REE e altri metalli come rame e oro; quindi essere in grado di riutilizzare alcune parti per estrarre REE sarebbe vantaggioso, ma non ci siamo ancora”.

Gysi ha affermato che l’estrazione di REE dai giacimenti minerali naturali può essere difficile, perché questi diversi REE si trovano insieme in vari tipi di minerali. Per estrarre i minerali è necessaria la separazione meccanica o fisica, nonché la separazione chimica.

“Questo processo può coinvolgere anche sostanze chimiche che devono essere trattate con attenzione tramite il recupero dei rifiuti minerari”, ha affermato Gysi. “Con le normative sull’estrazione e l’estrazione in Nord America, potrebbe essere vantaggioso farlo a livello locale e in modo responsabile, ma è probabile che sia più costoso e ha bisogno di incentivi per farlo”.

Il laboratorio di Gysi sta lavorando a nuove tecniche di estrazione REE. I ricercatori hanno studiato il modo in cui i REE vengono separati chimicamente nei sistemi naturali nei fluidi idrotermali supercritici nella crosta terrestre.

“Queste sono essenzialmente soluzioni di acqua ad alta temperatura e pressione”, ha detto Gysi. “Studiamo come diversi acidi/basi e ligandi come cloruro, fluoruro e idrossile possono legarsi all’REE, migliorarne la solubilità e persino aiutarli a frazionarli. Ciò consentirà di prevedere la solubilità e il comportamento di frazionamento di questi metalli e potrebbe anche essere potenzialmente utilizzato per sviluppare nuove tecnologie”.

Nuovi metodi per trovare minerali

I computer potrebbero anche aumentare gli sforzi per trovare minerali rari. I ricercatori hanno proposto un sistema di intelligenza artificiale (AI) in grado di studiare un database di minerali di terre rare, riconoscere i modelli e quindi consentirgli di individuare nuove potenziali corrispondenze.

Prima dell’avvento dell’IA o dell’apprendimento automatico (ML), la scoperta di nuovi materiali si basava su tentativi ed errori, ha detto a Digital Trends lo scienziato dei materiali Prashant Singh , dell’Ames Laboratory dell’Iowa State University e autore del nuovo studio. colloquio.

“Il processo per portare un materiale appena scoperto dal laboratorio al mercato può richiedere 20-30 anni, ma AI/ML può accelerare notevolmente questo processo simulando le proprietà del materiale sui computer prima di mettere piede in un laboratorio”, ha affermato Singh. “Questo rende l’IA/ML utile per scoprire composti tecnologicamente utili.”