Estrai terre rare al di fuori della Cina e... in modo pulito!
La produzione mondiale di terre rare è un mercato annuo di 4 miliardi di euro. Questo mercato continua a crescere man mano che vengono sviluppati nuovi prodotti elettronici, motori per aerei, navi militari, automobili elettriche, magneti e altri prodotti essenziali che richiedono terre rare per funzionare. Il valore dei prodotti realizzati con terre rare, e principalmente neodimio, è stimato in oltre 4.000 miliardi di euro all'anno.
La sfida attuale è che solo un paese, la Cina, detiene il mercato per l'estrazione e la purificazione di questa risorsa essenziale, mentre altri paesi nel mondo, compresi gli Stati Uniti, sono ricchi di questi metalli. L'impatto ambientale dannoso dell'attuale separazione e purificazione delle terre rare a base acida impedisce alla maggior parte delle aziende di tutto il mondo di entrare nel mercato.
Le nuove tecnologie rispettose dell'ambiente promettono di essere un punto di svolta in quest'area e consentono agli Stati Uniti e ad altri paesi di creare una fonte locale più stabile e affidabile. È stato dimostrato che i processi di estrazione e purificazione brevettati dalla Purdue University, utilizzando la cromatografia assistita da ligando, rimuovono e purificano questi metalli dalle ceneri di carbone, dai magneti riciclati e dal minerale grezzo in modo sicuro, efficace e praticamente senza alcun impatto dannoso sull'ambiente.
Metodo di cromatografia assistita da ligando rispettoso dell'ambiente
Il grafico illustra un metodo ecologico di cromatografia assistita da ligando per aiutare a produrre metalli purificati delle terre rare, inclusi neodimio e samario-cobalto, dai rifiuti magnetici per garantire una forte fornitura di materiali essenziali per l'elettronica. Credito: Illustrazione fornita da Linda Wang
"Questa è una sfida della catena di approvvigionamento che ha ampie implicazioni per l'economia e la sicurezza nazionale degli Stati Uniti. Abbiamo un prodotto estremamente necessario e una fonte dominante per quel prodotto. Questo nuovo processo brevettato promette di consentire l'indipendenza degli Stati Uniti dal quasi- monopolio della Cina", ha affermato Dan Hasler, fondatore di Hasler Ventures. "Questa tecnologia è stata studiata e sviluppata presso la Purdue University per oltre un decennio e ha dimostrato di essere versatile e robusta".
Hasler Ventures ha ottenuto i diritti per commercializzare la proprietà intellettuale di questa tecnologia dalla Purdue Research Foundation.
La tecnologia - sviluppata e brevettata nel laboratorio di Nien-Hwa Linda Wang, Maxine Spencer Nichols Professore di Ingegneria Chimica alla Purdue - ha dimostrato con successo di separare i metalli delle terre rare senza gli effetti ambientali devastanti dei metodi convenzionali a base di acido, con un alto rendimento e purezza.
Parte di questa tecnologia è stata pubblicata il 31 marzo 2020 nella pubblicazione Green Chemistry della Royal Society of Chemistry. La fonte di finanziamento per questa ricerca include il Dipartimento della Difesa.
"Circa il 60% dei metalli delle terre rare viene utilizzato nei magneti necessari nella vita quotidiana di quasi tutti. Questi metalli sono utilizzati nell'elettronica, negli aeroplani, nelle auto ibride e persino nelle turbine eoliche", ha affermato Wang. "Attualmente abbiamo una fonte straniera dominante per questi metalli e se l'offerta fosse limitata per qualsiasi motivo sarebbe devastante per la vita delle persone. Non è che la risorsa non sia disponibile negli Stati Uniti. , ma che abbiamo bisogno di una migliore, modo più pulito per elaborare questi metalli delle terre rare".
Secondo Wang, dopo che la Cina ha ridotto le quote di esportazione di metalli delle terre rare nel 2010, il costo dei magneti in terre rare per una turbina eolica è aumentato da $ 80.000 a $ 500.000. Dopo che la Cina ha allentato le restrizioni all'esportazione 18 mesi dopo, i prezzi sono tornati a livelli inferiori rispetto al 2010.
"I metodi convenzionali per la produzione di elementi di terre rare di elevata purezza si basano su metodi di estrazione liquido-liquido a due fasi, che richiedono migliaia di unità di miscelazione-colonna in serie o in parallelo e generano grandi quantità di rifiuti tossici", ha affermato Wang. "Utilizziamo un sistema di cromatografia a spostamento assistito da ligando a due zone con un nuovo metodo di separazione delle zone che produce metalli di elevata purezza (>99%) con rese elevate (>99%)."
Il metodo assistito da ligando di Wang offre l'opportunità di purificare in modo efficace e ambientale i metalli delle terre rare da tutte le fonti di riciclaggio, come i magneti usati e le fonti minerali, e aiuta a trasformare la lavorazione della terra rara in un processo circolare e sostenibile.
“Continuiamo a lavorare diligentemente in laboratorio per imparare come adattare il sistema assistito da ligando alle molte variazioni che vediamo nei materiali di partenza e non vediamo l'ora di collaborare con potenziali partner e valutare la loro idoneità all'uso dei materiali di base, siano essi riciclati magneti e batterie, ceneri di carbone o minerali estratti nel paese.
Joe Pekny, professore di ingegneria chimica alla Purdue, ha affermato che l'innovazione di Wang consente agli Stati Uniti di rientrare nel mercato dei metalli delle terre rare in modo significativo e sostenibile.
"La cosa eccitante è che gli Stati Uniti hanno i metalli delle terre rare necessari per soddisfare le crescenti richieste del mercato statunitense e di altri mercati in tutto il mondo, e sta riducendo la nostra dipendenza da fonti straniere", ha detto Pekny. "Il metodo di Linda sostituisce un processo molto inefficiente e lo sostituisce con un processo di estrazione sicuro e rispettoso dell'ambiente".
Riferimento: Cromatografia a spostamento assistito da ligando a due zone per produrre praseodimio, neodimio e disprosio di elevata purezza ad alto rendimento e alta produttività da miscele grezze derivate da rifiuti magnetici di Yi Ding, David Harvey e Nien-Hwa Linda Wang, 31 marzo, 2020, Chimica Verde.
Fonte: Scitechdaily.com