O laboratório Rice do químico James Tour informa que conseguiu extrair com sucesso valiosos elementos de terras raras (REE) de resíduos com rendimentos altos o suficiente para resolver problemas para os fabricantes e aumentar seus lucros. O laboratório introduziu o processo de aquecimento flash Joule – usado há vários anos para a produção de grafeno a partir de qualquer fonte sólida de carbono. Neste caso, o processo de aquecimento foi aplicado a três fontes de elementos de terras raras - cinzas volantes de carvão, resíduo de bauxita e lixo eletrônico - para recuperar metais de terras raras, que possuem propriedades magnéticas e eletrônicas para tecnologias verdes e da área eletrônica mais avançada.

Os pesquisadores dizem que seu processo é mais amigável com o meio ambiente, usando muito menos energia e transformando o fluxo de ácido frequentemente usado para recuperar os elementos em um fio. O estudo aparece na Science Advances. Elementos de terras raras não são realmente raros. Um deles, o cério, é mais abundante que o cobre, e todos são mais abundantes que o ouro. Mas esses 15 elementos lantanídeos, juntamente com o ítrio e o escândio, são amplamente distribuídos e difíceis de extrair de materiais minerados. “Os EUA costumavam minerar elementos de terras raras, mas também se obtém muitos elementos radioativos”, disse Tour. “Não se pode reinjetar a água e ela precisa ser descartada, o que é caro e problemático. No dia em que os EUA acabaram com toda a mineração de terras raras, as fontes estrangeiras aumentaram seu preço dez vezes”.

Portanto, há muito incentivo para reciclar o que já foi extraído, disse ele. Muito disso é empilhado ou enterrado em cinzas volantes, o subproduto das usinas a carvão. “Temos montanhas disso”, disse ele. “Os resíduos da queima do carvão são óxidos de silício, alumínio, ferro e cálcio que formam vidro ao redor dos oligoelementos, tornando-os muito difíceis de extrair.” O resíduo de bauxita, às vezes chamado de lama vermelha, é o subproduto tóxico da produção de alumínio, enquanto o lixo eletrônico é de dispositivos desatualizados, como computadores e smartphones. Enquanto a extração industrial desses resíduos geralmente envolve a lixiviação com ácido forte, um processo demorado e não verde, o laboratório Rice aquece cinzas volantes e outros materiais (combinados com negro de fumo para aumentar a condutividade) a cerca de 3.000 graus Celsius (5.432 graus Fahrenheit) em um segundo. O processo transforma os resíduos em “espécies de REE ativadas” altamente solúveis.

O pesquisador 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 Rice usa uma concentração muito mais suave de 0,1 molar de ácido clorídrico que ainda produz mais produto. Em experimentos liderados pelo pesquisador de pós-doutorado e principal autor, Bing Deng, os pesquisadores descobriram que o aquecimento flash Joule de cinzas volantes de carvão (CFA) mais que dobrou o rendimento da maioria dos elementos de terras raras usando ácido muito suave em comparação com a lixiviação de CFA não tratado em ácidos fortes. “A estratégia é geral para vários resíduos”, disse Bing. “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.”

A generalidade do processo o torna especialmente promissor, disse Bing, já que milhões de toneladas de resíduos de bauxita e lixo eletrônico também são produzidos todos os anos.

Pesquisadores do Rice extraem elementos de resíduos