I ricercatori mostrano come dei semplici magneti possano aiutare a risolvere un problema complesso
I campi magnetici aiutano a recuperare metalli preziosi dai rifiuti
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Dai telefoni cellulari alle turbine eoliche e ai sistemi di difesa missilistica, le tecnologie moderne dipendono da minerali critici come gli elementi delle terre rare. Con la crescita della domanda, i ricercatori stanno esplorando metodi più efficienti e adattabili per recuperare e riutilizzare questi materiali. Un nuovo studio suggerisce che i magneti rendono il processo più efficiente.
Un nuovo studio condotto da ricercatori di Ole Miss e del Pacific Northwest National Laboratory ha dimostrato che i magneti potrebbero svolgere un ruolo nel recupero degli elementi terrestri rari, fondamentali per la produzione di tecnologie moderne.
Graphic by Cole Russell/University Marketing and Communications
I rifiuti delle centrali elettriche a carbone, delle operazioni minerarie e dei pozzi di petrolio e gas contengono tracce di elementi delle terre rare, come il disprosio e il lantanio, utilizzati nei veicoli elettrici, nelle batterie ricaricabili e nelle tecnologie di difesa.
Gli attuali metodi industriali per estrarre questi elementi da materie prime nazionali dipendono da processi complessi che richiedono energia, costi e tempo e producono notevoli scarti chimici.
Il dottorando dell'Università del Mississippi Ivani Jayalath ha collaborato con un team di ricercatori dell'iniziativa Non-Equilibrium Transport Driven Separations del Pacific Northwest National Laboratory per sviluppare nuovi metodi di recupero dei minerali critici. I risultati, pubblicati su Separation and Purification Technology, dimostrano che i magneti semplificano questo processo, riducendo il consumo di energia e di sostanze chimiche e la produzione di rifiuti.
"C'è una domanda urgente di elementi di terre rare a causa dei recenti progressi tecnologici e delle interruzioni della catena di approvvigionamento", ha dichiarato Giovanna Ricchiuti, ricercatrice post-dottorato presso il laboratorio nazionale e prima autrice dello studio. "Questo rappresenta una sfida, poiché la maggior parte di questi elementi ha proprietà chimiche e fisiche molto simili. A causa delle loro somiglianze, è molto difficile trovare un modo efficiente per separarli".
"Sfruttiamo piccole differenze nella suscettibilità magnetica, o nel momento magnetico di questi ioni. Sulla base di queste piccole differenze, utilizziamo gradienti di campo magnetico per guidare il trasporto selettivo e la separazione".
Nonostante le somiglianze tra gli elementi, essi rispondono in modo diverso ai gradienti di campo magnetico, consentendo ai ricercatori di utilizzare un semplice magnete permanente per separare gli elementi mirati da altri componenti in materie prime liquide, ha dichiarato Jayalath, dottorando in chimica di Ole Miss. A differenza dei metodi tradizionali, il processo è anche più veloce e produce meno rifiuti chimici.
"I metodi di separazione tradizionali utilizzano grandi quantità di solventi organici", ha detto Jayalath. Questo aumenta i costi di smaltimento dei rifiuti e può causare effetti ambientali dannosi".
L'uso dei magneti offre un modo semplice e potenzialmente più sostenibile per assistere i processi di separazione". Nel nostro studio, i campi magnetici hanno contribuito a guidare il trasporto e la concentrazione selettiva degli ioni dalla soluzione".
Il laboratorio nazionale ha sviluppato un sistema di imaging che utilizza i laser per rilevare il movimento degli ioni in tempo reale, ha detto Ricchiuti. Questo sistema permette ai ricercatori di osservare le zone di arricchimento - aree in cui gli ioni si concentrano in risposta al magnete - e le zone di esaurimento, o aree in cui gli ioni vengono respinti dal magnete.
"Il campo magnetico crea 'onde di concentrazione ionica' dinamiche e zone di arricchimento o impoverimento grazie all'interazione tra deriva magnetica, diffusione e campi elettrici autogenerati", ha spiegato la ricercatrice.
Quando i ricercatori hanno combinato un agente precipitante con un campo magnetico, hanno osservato una maggiore cristallizzazione degli elementi di terre rare disciolti, rendendone più facile l'estrazione.
Sebbene si tratti di uno studio iniziale, il team ha affermato che l'implementazione di un approccio basato sui magneti è un passo potenzialmente promettente verso il miglioramento degli attuali processi di estrazione.
"Il mondo è alla ricerca di energia robusta e sostenibile e di catene di approvvigionamento per i minerali critici", ha detto Jayalath. "Abbiamo bisogno di questi elementi per le auto elettriche, le batterie e altre tecnologie. Sono quindi essenziali per il futuro".
"Per questo motivo dobbiamo concentrarci su come estrarre e riciclare questi elementi in modo efficiente".
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