Método servirá para agilizar a reciclagem, além de garantir, em alguns casos, 99% de reaproveitamento, contribuindo com a Economia Circular
A demanda por terras raras, substâncias químicas usadas na indústria para a produção de diversos itens, está aumentando na indústria eletrônicos. As matérias-primas são escassas, mas as oportunidades anteriores de reciclagem são consideradas ineficientes. Esse cenário pode ser mudado com uma combinação de campo magnético e cristalização.
Para se ter uma ideia, em nossos bolsos, temos 75 dos 118 elementos da tabela periódica – na forma de smartphones, tablets ou laptops. Alguns deles estão disponíveis em quantidades suficientes, como silício em chips de computador ou alumínio em caixas de dispositivos. No entanto, alguns metais necessários para exibições nítidas e sons claros são raros. No centro dos gargalos, estão 17 elementos conhecidos como metais de terras raras. Eles são necessários para inúmeras tecnologias, entretanto, existem poucos depósitos e o processo de degradação utiliza métodos prejudiciais ao meio ambiente.
É justamente por isso que pesquisadores da Universidade da Pensilvânia desenvolveram um novo processo de reciclagem. O objetivo deles era separar misturas de metais de terras raras com mais eficiência usando um campo magnético. Ao fazer isso, eles exigem muito menos quantidades de produtos químicos prejudiciais ao meio ambiente do que com os métodos estabelecidos.
Propriedades magnéticas facilitam a separação
A abordagem padrão para a separação de misturas de terras raras é dissolver resíduos ou minérios em ácidos fortes. Posteriormente, realizam-se reações químicas, nas quais se trata da mudança de fase. Líquidos aquosos contendo os sais são revestidos com solventes orgânicos. Então, os íons metálicos individuais passam da fase aquosa-ácida para a fase orgânica – em taxas diferentes, dependendo das propriedades do metal.
É difícil que os elementos das terras raras difiram em suas propriedades. Isso torna os processos de separação baseados em reações químicas demorados, incluindo grandes quantidades de resíduos químicos. “Esses processos de separação funcionam bem se você executar todas as operações 10.000 vezes, mas etapas individuais são ineficazes”, diz Eric Schelter, da Universidade da Pensilvânia.
Entretanto, eles encontraram um truque: os metais de terras raras diferem no número e no emparelhamento de seus elétrons. Isso lhes dá diferentes propriedades magnéticas. O paramagnetismo, como é chamado, descreve a força com que os elementos são atraídos para um campo magnético.
Cristalização e campo magnético são combinados
As tentativas anteriores de combinar paramagnetismo com uma reação química ou uma transição de fase falharam, então, eles tiveram a ideia de ligar o campo magnético e abaixar a temperatura da solução. De fato, a combinação de dois parâmetros físicos fez com que os sais metálicos se cristalizassem em taxas diferentes. Depois disso, eles poderiam ser separados com relativa facilidade por filtração. “Costumamos usar temperaturas mais baixas para cristalizar materiais”, explica Robert Higgins. Ele também trabalha na Universidade da Pensilvânia e liderou o estudo. A importância desse parâmetro, na verdade, tinha sido subestimada anteriormente.
Com sua abordagem, Higgins e Schelter examinaram diferentes misturas de teste com terras raras. Eles foram capazes de separar, de maneira eficiente e seletiva, terras raras pesadas, como térbio e itérbio, de metais mais leves, como lantânio e neodímio. Eles obtiveram, por exemplo, disprósio com 99,7% de pureza em uma amostra contendo proporções iguais de lantânio e disprósio em uma única etapa. Para alcançar esse resultado, seria necessário realizar separações individuais em uma abordagem convencional.
Melhora na reciclagem de metais de terras raras
Na próxima etapa, os pesquisadores desejam melhorar, ainda mais, a eficiência de seus processos. Eles estudam como os campos magnéticos interagem com soluções químicas. Higgins vê o estudo como um primeiro passo importante para otimizar a reciclagem de metais de terras raras na indústria. “Quanto mais rápido encontrarmos novas maneiras de tornar as separações mais eficientes, mais rapidamente podemos melhorar algumas das questões geopolíticas e climáticas associadas à mineração e reciclagem de terras raras”, diz o cientista. A necessidade é grande. Atualmente, as terras raras são originárias, principalmente, dos seguintes países:
– China: produção anual 2018: 15.000 toneladas;
– Austrália: 15.000 toneladas;
– EUA: 5.000 toneladas;
– Rússia: 2.800 toneladas.
Uma parte desse material é utilizado para ímãs permanentes, mas o setor de telefonia móvel precisa de quantidades crescentes de disprósio, neodímio, praseodímio, térbio e outros metais. Cerca de um terço da população mundial possui um smartphone – e o número está aumentando. Em algumas décadas, os depósitos poderiam acabar lentamente. Isso torna ainda mais importante o processamento eficiente de resíduos eletrônicos.
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