Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) ha desarrollado un proceso para extraer las tierras raras de imanes permanentes desechados de discos duros usados y otras fuentes electrónicas que los utilizan en su composición. El proceso patentado es capaz de recuperar el 97% de las tierras raras en forma de óxido, con una pureza del 99,5%.
Las tierras raras son actualmente imprescindibles para los motores eléctricos síncronos de los vehículos eléctricos. Incrustados en su rotor incorporan imanes permanentes formados por estos elementos que proporcionan un flujo magnético cuando se magnetizan con otro campo magnético no perdiendo sus propiedades una vez que cesa la causa que provoca el magnetismo. Gracias a ellos, no se necesitan excitación externa, ni escobillas, para generar el campo magnético en el rotor y hacerlo girar cuando se expone al campo generado externamente en el estátor, lo que los hace más compactos y sencillos.
Tras su generalización industrial en la década de 1990, han incrementado su demanda por parte de la industria de la automoción hasta que en 2018, los fabricantes optaron, en el 93% de los casos, por dotar a sus coches eléctricos con motores de imanes permanentes. Son escasos, caros y difíciles de reciclar y, hoy en día, aunque existen otras alternativas, los dos mayores productores de tierras raras del mundo son China y Estados Unidos.
Las tierras raras son escasas, caras y difíciles de reciclar.
La nueva patente amplia el proceso de demostración de laboratorio que se anunció en octubre del año pasado. ORNL está trabajando con Momentum Technologies para ampliar el volumen de producción con el objetivo de ofrecer un lote comercial que incluya diferentes óxidos de tierras raras. En 2017, la empresa ya desarrolló la tecnología para imprimir imanes en tres dimensiones y con este nuevo desarrollo planea producir el primer imán impreso en 3D fabricado con materiales reciclados.
Proceso químico y físico
Los imanes reciclados se disuelven en ácido nítrico alimentándose la solución de forma continua a través de un módulo que soporta membranas de polímero. Estas contienen fibras huecas porosas con un extractor que crea una barrera selectiva y deja pasar solo elementos de tierras raras. La solución rica en tierras raras recogida en el otro lado se procesa adicionalmente para recuperar el 97% de las tierras raras en forma de óxido con una pureza superior al 99,5%. Aunque el 70% de la composición del imán es hierro, que no es una tierra rara, este se puede eliminar prácticamente por completo para recuperar solamente los materiales que interesan.
Para garantizar la recuperación tierras raras desde todos la mayoría de los equipos electrónicos, los investigadores sometieron al proceso diferentes imanes de composición variable, desde fuentes que incluyen discos duros, máquinas de resonancia magnética, teléfonos móviles e incluso motores de vehículos híbridos.
Viabilidad económica
El objetivo del proyecto es recuperar cientos de kilogramos de óxidos de tierras raras cada mes y validar, verificar y certificar que pueden ser utilizados por los fabricantes para hacer imanes equivalentes a los hechos con materiales vírgenes. Hasta ahora, ningún proceso comercial era capaz de reciclar elementos puros de tierras raras procedentes de imanes de equipos electrónicos. Según los estudios, se espera que en 2019 se sustituyan 2.200 millones de ordenadores personales, tabletas y teléfonos móviles en todo el mundo.
En 2019 se sustituyan 2.200 millones de ordenadores personales, tabletas y teléfonos móviles.
Hasta la fecha, el proyecto de reciclaje ha dado como resultado una patente y dos publicaciones que documentan la recuperación de tres elementos de tierras raras: neodimio, praseodimio y disprosio, como una mezcla de óxidos. La segunda fase comenzó en julio de 2018 con el objetivo de separar el disprosio del neodimio y el praseodimio. Una mezcla de los tres óxidos tiene un precio en el mercado de 50 dólares por kilogramo. Así, si el disprosio pudiera separarse de la mezcla, su óxido podría venderse por cinco veces más.
La extracción de la mayoría de los elementos deseables significa que se crea menos desperdicio que necesitará un tratamiento para su eliminación posterior. "Hemos desarrollado un proceso energéticamente eficiente, rentable y ecológico para recuperar materiales críticos de alto valor", afirma Ramesh Bhave, director de la investigación.
Además de la obtención de tierras raras, en la segunda fase del proceso se estudiará la viabilidad de utilizar el proceso de ORNL para separar otros elementos fundamentales y de gran demanda para la fabricación de baterías de iones de litio.
