Técnicas mais verdes podem ajudar a encontrar minerais raros para telefones

Encontrar e extrair minerais de terras raras suficientes para alimentar o crescente número de telefones celulares é um desafio difícil que pode causar estragos no meio ambiente – mas novas técnicas podem ajudar.

Pesquisadores dizem que removeram valiosos elementos de terras raras (REE) de resíduos com rendimentos altos o suficiente para resolver problemas para os fabricantes e aumentar seus lucros. Os cientistas disseram em um artigo recente que seu processo é mais gentil com o meio ambiente porque usa menos energia do que outros métodos e transforma o fluxo de ácido frequentemente usado para recuperar os elementos em um fio.

“Um smartphone pode ter até oito REEs diferentes”, disse o químico da Universidade Rice, James Tour , autor do estudo, ao Digital Trends em uma entrevista. “As cores da tela vermelha, azul e verde são aprimoradas pelos REEs, assim como o mecanismo de vibração e os alto-falantes.”

Minerais que mantêm seu telefone funcionando

O laboratório de Tour usou um processo de aquecimento especial que produz grafeno a partir de qualquer fonte sólida de carbono para recuperar metais de terras raras. Os minerais têm propriedades magnéticas e eletrônicas críticas para a eletrônica moderna e tecnologias verdes.

Embora a extração industrial de cinzas volantes de carvão, resíduos de bauxita e resíduos eletrônicos geralmente envolva ácido forte – um processo demorado e não verde – o laboratório Rice aquece cinzas volantes e outros materiais a cerca de 5.432 graus Fahrenheit em um segundo. O processo transforma os resíduos em “espécies de REE ativadas” altamente solúveis.

Tour disse que o tratamento de cinzas volantes por aquecimento flash Joule “quebra o vidro que envolve esses elementos e converte fosfatos de REE em óxidos metálicos que se dissolvem muito mais facilmente”. Os processos industriais usam uma concentração de 15 molar de ácido nítrico para extrair os materiais; o processo do arroz usa uma concentração muito mais suave de 0,1 molar de ácido clorídrico que ainda produz mais produto.

Os pesquisadores descobriram que o aquecimento instantâneo de cinzas volantes de carvão (CFA) mais que dobrou o rendimento da maioria dos elementos de terras raras usando ácido muito suave do que lixiviando CFA não tratado em ácidos fortes.

“A estratégia é geral para vários resíduos”, disse Bing Deng, um dos pesquisadores. “Provamos que os rendimentos de recuperação de REE foram melhorados a partir de cinzas volantes de carvão, resíduos de bauxita e resíduos eletrônicos pelo mesmo processo de ativação.”

Problemas ambientais

A Deloitte Global prevê que os smartphones – os dispositivos eletrônicos de consumo mais populares do mundo, que devem ter uma base instalada de 4,5 bilhões em 2022 – gerarão 146 milhões de toneladas de CO2 ou emissões equivalentes somente este ano.

“A rápida rotatividade de novos telefones a cada ano é um problema, pois consumimos tecnologia em ritmo acelerado, o que também tem impactos ambientais”, Alexander Gysi , professor do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais do Instituto de Mineração e Tecnologia do Novo México. , disse ao Digital Trends em uma entrevista.

Embora a reciclagem ajude a reduzir as emissões, a mineração ainda é mais barata e necessária para atender à crescente demanda por dispositivos tecnológicos, disse Gysi. A cada ano, seus componentes se tornam menores e mais leves, têm maior duração da bateria e são remixados para aumentar a qualidade das telas, acrescentou.

“Nossos telefones celulares são sobrecarregados com o REE e outros metais como cobre e ouro; portanto, poder reutilizar algumas das partes para extrair REE seria benéfico, mas ainda não chegamos lá.”

Gysi disse que extrair REE de depósitos minerais naturais pode ser difícil, porque esses diferentes REEs ocorrem juntos em vários tipos de minerais. Extrair os minerais requer separação mecânica ou física, bem como separação química.

“Esse processo também pode envolver produtos químicos que precisam ser tratados com cuidado por meio da recuperação de resíduos da mina”, disse Gysi. “Com os regulamentos de mineração e extração na América do Norte, pode ser benéfico fazê-lo localmente e de maneira responsável, mas provavelmente será mais caro e precisa de incentivos para fazê-lo.”

O laboratório de Gysi está trabalhando em novas técnicas de extração de REE. Os pesquisadores investigaram como os REEs são separados quimicamente em sistemas naturais em fluidos hidrotermais supercríticos na crosta terrestre.

“Estas são essencialmente soluções de água de alta temperatura e pressão”, disse Gysi. “Estudamos como diferentes ácidos/bases e ligantes como cloreto, flúor e hidroxila podem se ligar ao REE, aumentar sua solubilidade e até ajudar a fracioná-los. Isso permitirá prever o comportamento de solubilidade e fracionamento desses metais e também poderá ser usado para desenvolver novas tecnologias.”

Novos métodos para encontrar minerais

Os computadores também podem impulsionar os esforços para encontrar minerais raros. Pesquisadores propuseram um sistema de inteligência artificial (IA) que poderia estudar um banco de dados de minerais de terras raras, reconhecer padrões e, em seguida, permitir que detectasse novas correspondências em potencial.

Antes do advento da IA ​​ou aprendizado de máquina (ML), a descoberta de novos materiais era baseada em tentativa e erro, disse ao Digital Trends o cientista de materiais Prashant Singh , do Laboratório Ames da Iowa State University e autor do novo estudo. entrevista.

“O processo de levar um material recém-descoberto do laboratório para o mercado pode levar de 20 a 30 anos, mas a IA/ML pode acelerar significativamente esse processo simulando as propriedades do material em computadores antes de entrar em um laboratório”, disse Singh. “Isso torna o AI/ML útil para descobrir compostos tecnologicamente úteis.”