Des chercheurs montrent comment de simples aimants peuvent aider à résoudre un problème complexe
Les champs magnétiques permettent de récupérer des métaux précieux à partir de déchets
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Des téléphones portables aux éoliennes en passant par les systèmes de défense antimissile, les technologies modernes dépendent de minéraux essentiels tels que les terres rares. La demande augmentant, les chercheurs explorent des méthodes plus efficaces et plus adaptables pour récupérer et réutiliser ces matériaux. Une nouvelle étude suggère que les aimants rendent le processus plus efficace.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs d'Ole Miss et du Pacific Northwest National Laboratory a démontré que les aimants pourraient jouer un rôle dans la récupération des éléments terrestres rares, qui sont essentiels à la production de technologies modernes.
Graphic by Cole Russell/University Marketing and Communications
Les déchets des centrales électriques au charbon, des exploitations minières et des puits de pétrole et de gaz contiennent des traces de terres rares, telles que le dysprosium et le lanthane, qui sont utilisées dans les véhicules électriques, les batteries rechargeables et les technologies de défense.
Les méthodes industrielles actuelles d'extraction de ces éléments à partir de matières premières nationales dépendent de processus complexes qui nécessitent beaucoup d'énergie, de temps et d'argent, et produisent des déchets chimiques importants.
Ivani Jayalath, doctorant à l'université du Mississippi, a collaboré avec une équipe de chercheurs dans le cadre de l'initiative Non-Equilibrium Transport Driven Separations au Pacific Northwest National Laboratory afin de mettre au point de nouvelles méthodes de récupération des minéraux critiques. Leurs résultats, publiés dans Separation and Purification Technology, montrent que les aimants rationalisent ce processus tout en réduisant la consommation d'énergie et de produits chimiques ainsi que la production de déchets.
"Il existe une demande urgente d'éléments de terres rares en raison des récentes avancées technologiques et des perturbations de la chaîne d'approvisionnement", explique Giovanna Ricchiuti, chercheuse postdoctorale au laboratoire national et première auteure de l'étude. "Cela représente un défi car la plupart de ces éléments ont des propriétés chimiques et physiques très similaires. En raison de ces similitudes, il est très difficile de trouver un moyen efficace de les séparer.
"Nous exploitons de petites différences dans la susceptibilité magnétique, ou le moment magnétique de ces ions. Sur la base de ces petites différences, nous utilisons des gradients de champ magnétique pour entraîner un transport sélectif et une séparation.
Malgré les similitudes entre les éléments, ils réagissent différemment aux gradients de champ magnétique, ce qui permet aux chercheurs d'utiliser un simple aimant permanent pour séparer les éléments ciblés des autres composants dans les matières premières liquides, a déclaré Jayalath, un doctorant en chimie d'Ole Miss. Contrairement aux méthodes traditionnelles, le processus est également plus rapide et produit moins de déchets chimiques, a-t-elle ajouté.
"Les méthodes de séparation traditionnelles utilisent de grandes quantités de solvants organiques", explique Mme Jayalath. "Cela augmente les coûts d'élimination des déchets et peut avoir des effets néfastes sur l'environnement.
"L'utilisation d'aimants offre un moyen simple et potentiellement plus durable de faciliter les processus de séparation. Dans notre étude, les champs magnétiques ont contribué au transport sélectif des ions et à leur concentration dans la solution.
Le laboratoire national a développé un système d'imagerie qui utilise des lasers pour détecter le mouvement des ions en temps réel, a déclaré Ricchiuti. Ce système permet aux chercheurs d'observer les zones d'enrichissement - zones où les ions sont concentrés en réponse à l'aimant - et les zones d'appauvrissement, ou zones où les ions sont repoussés par l'aimant.
Le champ magnétique crée des "vagues de concentration d'ions" dynamiques et des zones d'enrichissement ou d'appauvrissement en raison de l'interaction de la dérive magnétique, de la diffusion et des champs électriques auto-générés", a-t-elle déclaré.
Lorsque les chercheurs ont combiné un agent précipitant et un champ magnétique, ils ont observé une cristallisation accrue des éléments de terres rares dissous, ce qui a facilité leur extraction.
Bien qu'il s'agisse d'une première étude, l'équipe a déclaré que la mise en œuvre d'une approche basée sur les aimants est une étape potentiellement prometteuse pour l'amélioration des processus d'extraction actuels.
"Le monde est à la recherche d'une énergie robuste et durable et de chaînes d'approvisionnement pour les minéraux essentiels", a déclaré M. Jayalath. "Nous avons besoin de ces éléments pour les voitures électriques, les batteries et d'autres technologies. Ils sont donc essentiels pour l'avenir.
"C'est pourquoi nous devons nous concentrer sur la manière d'extraire et de recycler efficacement ces éléments.
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