Un studiu recent descrie o descoperire științifică în domeniul extracției de pământuri rare (rare-earth elements), care sunt esențiale pentru tehnologiile moderne – de la motoarele electrice și turbinele eoliene până la electronicele de consum. Aceste elemente chimice sunt critice pentru tranziția către tehnologiile „verzi” și pentru securitatea tehnologică a țărilor industrializate, dar extracția lor este dificilă, costisitoare și problematică din punct de vedere ecologic, în parte din cauza distribuției lor dispersate în minerale și a proceselor chimice intensive necesare pentru separare.
Cercetătorii de la Northeastern University (SUA) raportează o metodă semnificativ îmbunătățită de extragere a pământurilor rare din reziduuri miniere, în special din deșeurile produse în urma exploatării cărbunelui, numite „coal tailings”. Aceste reziduuri – un amestec fin de roci, apă și particule de cărbune – se acumulează în cantități mari în bazine de decantare pentru a preveni contaminarea mediului și conțin urme de elemente rare care, în mod tradițional, au fost dificil de recuperat în mod eficient.
Studiul introduce un proces de extracție în două etape:
- Pretratament alcalin asistat de microunde – materialele reziduale sunt tratate într-o soluție alcalină în timp ce sunt încălzite cu microunde, ceea ce modifică structura minerală a reziduurilor. Această transformare chimico-fizică face ca materialul să devină mai poros și să elibereze mai ușor elementele valoroase, care în mod obișnuit sunt blocate în interiorul mineralelor de argilă.
- Digestie cu acid nitric – etapa ulterioară utilizează acid pentru a separa efectiv pământurile rare din matricea minerală pre-slăbită.
Rezultatele indică faptul că această combinație – pretratament alcalin plus încălzire cu microunde – crește eficiența extracției de până la de trei ori comparativ cu metodele folosite anterior. Această eficiență sporită sugerează potențialul de a dublă (sau mai mult) capacitatea de recuperare a pământurilor rare din deșeurile industriale, transformând ceea ce era considerat doar un „reziduu” minier într-o resursă semnificativă.
În contextul cantităților enorme de reziduuri de cărbune stocate la scară mondială, acest lucru ar putea deschide un flux substanțial de elemente critice fără a necesita minerit convențional extins.
Un exemplu concret al unui element vizat este neodimiul, un element rar utilizat la fabricarea magneților de înaltă performanță pentru vehicule electrice, hard disk-uri și turbine eoliene, evidențiind relevanța practică a studiului.
Deși rezultatele sunt promițătoare din punct de vedere al eficienței, cercetătorii subliniază și limitările importante: procesul demonstrat la scară de laborator poate fi dificil de transpus la nivel industrial, iar implementarea pe scară largă va necesita dezvoltări suplimentare în tehnologie și inginerie pentru a se dovedi viabilă economic și operațional.
Promisiunea tehnologică trebuie confruntată cu posibilitatea scalabilității. Procesele asistate de microunde, eficiente în volume reduse, devin mai complexe atunci când sunt aplicate la tone sau milioane de tone de material. Uniformitatea încălzirii, controlul reacțiilor și consumul energetic sunt variabile care pot influența decisiv fezabilitatea industrială.
În plus, utilizarea acidului nitric implică o infrastructură chimică specializată și sisteme riguroase de tratare a efluenților. O tehnologie care dublează extracția, dar dublează și costurile operaționale sau riscurile de mediu, își pierde rapid avantajul competitiv.
Context științific și importanța cercetării
Pământurile rare nu sunt „rare” în sensul pur geologic, dar sunt distribuite în concentrații mici și asociate cu alte minerale, ceea ce face extracția și separarea lor industrială complexe și costisitoare. Procesul tipic implică mineritul, concentrarea, extracția chimică și separarea, iar datorită complexității acestor etape, o mare parte din capacitatea globală de procesare este concentrată în China, care domină lanțul de aprovizionare.
În acest context, inovațiile care permit recuperarea pământurilor rare din materiale secundare – precum deșeurile miniere sau alte fluxuri reziduale – sunt extrem de valoroase. Ele nu doar că pot reduce presiunea asupra mineritului convențional, dar și pot diminua costurile energetice, riscurile geopolitice și impactul asupra mediului asociat cu extracția tradițională. Metoda descrisă în noul studiu se adaugă altor direcții de cercetare orientate spre valorificarea deșeurilor ca surse alternative de minerale critice.
Sursa: Science Alert