Tecniche più ecologiche potrebbero aiutare a trovare minerali rari per i telefoni

Trovare ed estrarre abbastanza minerali di terre rare per alimentare il crescente numero di telefoni cellulari è una sfida difficile che può devastare l’ambiente, ma nuove tecniche potrebbero aiutare.

I ricercatori affermano di aver rimosso i preziosi elementi delle terre rare (REE) dai rifiuti con rendimenti sufficientemente elevati da risolvere i problemi dei produttori, aumentando al tempo stesso i loro profitti. Gli scienziati hanno detto in a documento recente che il loro processo è più rispettoso dell'ambiente perché utilizza meno energia rispetto ad altri metodi e trasforma in un rivolo il flusso di acido spesso utilizzato per recuperare gli elementi.

"UN smartphone può contenere fino a otto REE diversi”, chimico della Rice University Giacomo Tour, l'autore dello studio, ha dichiarato a Digital Trends in un'intervista. "I colori dello schermo rosso, blu e verde sono migliorati dai REE, così come il meccanismo di vibrazione e gli altoparlanti."

Minerali che mantengono il tuo telefono in funzione

Il laboratorio di Tour ha utilizzato uno speciale processo di riscaldamento che produce grafene da qualsiasi fonte di carbonio solido per recuperare i metalli delle terre rare. IL minerali hanno proprietà magnetiche ed elettroniche fondamentali per l'elettronica moderna e le tecnologie verdi.

Mentre l’estrazione industriale dalle ceneri volanti di carbone, dai residui di bauxite e dai rifiuti elettronici di solito coinvolge acidi forti: a processo lungo e non ecologico: il laboratorio Rice riscalda le ceneri volanti e altri materiali a circa 5.432 gradi Fahrenheit in un secondo. Il processo trasforma i rifiuti in “specie REE attivate” altamente solubili.

Tour ha affermato che il trattamento delle ceneri volanti mediante riscaldamento flash Joule “rompe il vetro che racchiude questi elementi e converte i fosfati REE in ossidi metallici che si dissolvono molto più facilmente.” I processi industriali utilizzano una concentrazione di 15 molari di acido nitrico per estrarre il materiali; il processo Rice utilizza una concentrazione molto più blanda di acido cloridrico pari a 0,1 molare che produce comunque più prodotto.

I ricercatori hanno scoperto che il riscaldamento rapido delle ceneri volanti di carbone (CFA) ha più che raddoppiato la resa della maggior parte degli elementi delle terre rare utilizzando acido molto debole rispetto alla lisciviazione di CFA non trattato in acidi forti.

"La strategia è generale per vari rifiuti", ha detto Bing Deng, uno dei ricercatori. “Abbiamo dimostrato che i rendimenti di recupero delle terre rare erano migliorati dalle ceneri volanti di carbone, dai residui di bauxite e dai rifiuti elettronici mediante lo stesso processo di attivazione”.

Problemi ambientali

Deloitte Global prevede quegli smartphone, i dispositivi elettronici di consumo più famosi al mondo che dovrebbero avere un base installata di 4,5 miliardi nel 2022 — genererà 146 milioni di tonnellate di emissioni di CO2 o equivalenti in questo anno da solo.

“Il rapido turnover di nuovi telefoni ogni anno è un problema poiché consumiamo la tecnologia a un ritmo elevato, che ha anche un impatto ambientale”, Alessandro Gisi, professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente presso il New Mexico Institute of Mining & Technology, ha dichiarato a Digital Trends in un'intervista.

Mentre il riciclaggio contribuirebbe a ridurre le emissioni, l’estrazione mineraria è ancora più economica e necessaria per tenere il passo con la crescente domanda di dispositivi tecnologici, ha affermato Gysi. Ogni anno, i loro componenti diventano più piccoli e leggeri, hanno una maggiore durata della batteria e vengono riprogettati per aumentare la qualità dei display, ha aggiunto.

“I nostri telefoni cellulari sono sovralimentati con REE e altri metalli come rame e oro; quindi essere in grado di riutilizzare alcune parti per estrarre REE sarebbe vantaggioso, ma non siamo ancora arrivati ​​a quel punto”.

Gysi ha affermato che l’estrazione di REE da depositi minerali naturali può essere difficile, perché queste diverse REE si trovano insieme in vari tipi di minerali. Per estrarre i minerali è necessaria la separazione meccanica o fisica oltre alla separazione chimica.

“Questo processo può coinvolgere anche sostanze chimiche che devono essere trattate con attenzione attraverso il recupero dei rifiuti minerari”, ha affermato Gysi. “Con le normative minerarie ed estrattive in Nord America, potrebbe essere vantaggioso farlo a livello locale e in modo responsabile, ma è probabile che sia più costoso e necessiti di incentivi per farlo”.

Il laboratorio di Gysi sta lavorando a nuove tecniche di estrazione REE. I ricercatori hanno studiato come le REE vengono separate chimicamente nei sistemi naturali nei fluidi idrotermali supercritici nella crosta terrestre.

"Si tratta essenzialmente di soluzioni per acqua ad alta temperatura e pressione", ha affermato Gysi. “Studiamo come diversi acidi/basi e ligandi come cloruro, fluoruro e idrossile possono legarsi alle REE, migliorarne la solubilità e persino aiutare a frazionarle. Ciò consentirà di prevedere la solubilità e il comportamento di frazionamento di questi metalli e potrebbe anche essere potenzialmente utilizzato per sviluppare nuove tecnologie”.

Nuovi metodi per trovare minerali

I computer potrebbero anche incrementare gli sforzi per trovare minerali rari. I ricercatori hanno proposto un sistema di intelligenza artificiale (AI) in grado di studiare un database di minerali di terre rare, riconoscere modelli e quindi consentirgli di individuare nuove potenziali corrispondenze.

Prima dell'avvento dell'intelligenza artificiale o dell'apprendimento automatico (ML), la scoperta di nuovi materiali si basava su tentativi ed errori, da parte degli scienziati dei materiali Prashant Singh, dell'Ames Laboratory della Iowa State University e autore del nuovo studio, ha dichiarato a Digital Trends in un'intervista.

“Il processo per portare un materiale appena scoperto dal laboratorio al mercato può richiedere 20-30 anni, ma l’AI/ML può accelerare significativamente questo processo simulando le proprietà dei materiali sui computer prima di mettere piede in un laboratorio," Ha detto Singh. “Ciò rende l’intelligenza artificiale/ML utile per scoprire composti tecnologicamente utili”.

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