Os investigadores mostram como simples ímanes podem ajudar a resolver um problema complexo
Os campos magnéticos ajudam a recuperar metais valiosos dos resíduos
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Desde telemóveis a turbinas eólicas e sistemas de defesa antimíssil, as tecnologias modernas dependem de minerais essenciais como os elementos de terras raras. Com o aumento da procura, os investigadores estão a explorar métodos mais eficientes e adaptáveis para recuperar e reutilizar estes materiais. Um novo estudo sugere que os ímanes tornam o processo mais eficiente.
Um novo estudo realizado por investigadores de Ole Miss e do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico demonstrou que os ímanes podem desempenhar um papel na recuperação de elementos de terras raras, que são fundamentais para a produção de tecnologia moderna.
Graphic by Cole Russell/University Marketing and Communications
Os resíduos das centrais eléctricas a carvão, das operações mineiras e dos poços de petróleo e gás contêm vestígios de elementos de terras raras, como o disprósio e o lantânio, que são utilizados em veículos eléctricos, baterias recarregáveis e tecnologias de defesa.
Os actuais métodos industriais de extração destes elementos a partir de matérias-primas domésticas dependem de processos complexos que consomem energia, custos e tempo e produzem resíduos químicos significativos.
Ivani Jayalath, estudante de doutoramento da Universidade do Mississippi, colaborou com uma equipa de investigadores da iniciativa Non-Equilibrium Transport Driven Separations do Pacific Northwest National Laboratory para desenvolver novos métodos de recuperação de minerais críticos. Os seus resultados, publicados na revista Separation and Purification Technology, mostram que os ímanes simplificam este processo, reduzindo o consumo de energia e de produtos químicos, bem como a produção de resíduos.
"Há uma procura urgente de elementos de terras raras devido aos recentes avanços tecnológicos e às perturbações na cadeia de abastecimento", afirmou Giovanna Ricchiuti, investigadora de pós-doutoramento no laboratório nacional e primeira autora do estudo. "Isto representa um desafio, uma vez que a maioria destes elementos tem propriedades químicas e físicas muito semelhantes. Devido às suas semelhanças, é muito difícil encontrar uma forma eficiente de os separar.
"Exploramos pequenas diferenças na suscetibilidade magnética, ou o momento magnético destes iões. Com base nestas pequenas diferenças, utilizamos gradientes de campo magnético para conduzir o transporte seletivo e a separação".
Apesar das semelhanças entre os elementos, estes respondem de forma diferente aos gradientes do campo magnético, permitindo aos investigadores utilizar um simples íman permanente para separar os elementos visados de outros componentes em matérias-primas líquidas, disse Jayalath, um estudante de doutoramento em química da Ole Miss. Ao contrário dos métodos tradicionais, o processo também é mais rápido e produz menos resíduos químicos, disse ela.
"Os métodos tradicionais de separação utilizam grandes quantidades de solventes orgânicos", disse Jayalath. "Isso aumenta os custos de eliminação de resíduos e pode causar efeitos ambientais nocivos.
"A utilização de ímanes oferece uma forma simples e potencialmente mais sustentável de auxiliar os processos de separação. No nosso estudo, os campos magnéticos ajudaram a conduzir o transporte seletivo de iões e a concentração a partir da solução".
O laboratório nacional desenvolveu um sistema de imagem que utiliza lasers para detetar o movimento dos iões em tempo real, disse Ricchiuti. Este sistema permite aos investigadores observar zonas de enriquecimento - áreas onde os iões se concentram em resposta ao íman - e zonas de esgotamento, ou áreas onde os iões são repelidos do íman.
"O campo magnético cria 'ondas de concentração de iões' dinâmicas e zonas de enriquecimento ou depleção devido à interação entre a deriva magnética, a difusão e os campos eléctricos autogerados", disse.
Quando os investigadores combinaram um agente precipitante com um campo magnético, observaram uma maior cristalização dos elementos de terras raras dissolvidos, tornando-os mais fáceis de extrair.
Embora se trate de um estudo inicial, a equipa afirmou que a implementação de uma abordagem baseada em ímanes é um passo potencialmente promissor para melhorar os actuais processos de extração.
"O mundo está à procura de energia robusta e sustentável e de cadeias de abastecimento para minerais críticos", disse Jayalath. "Precisamos destes elementos para carros eléctricos, baterias e outras tecnologias. Portanto, eles são essenciais para o futuro.
"É por isso que temos de nos concentrar na forma de extrair e reciclar estes elementos de forma eficiente."
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