Os elementos de terras raras (ETR) entram numa enorme variedade de tecnologias atuais, desde turbinas eólicas até telemóveis. Apesar de, no geral, estes elementos não serem assim tão raros, a sua extração e purificação é complexa.
Uma equipa liderada por investigadores da Northeastern University, nos EUA, apresentou uma nova forma de recuperar ETR a partir de resíduos gerados pela mineração de carvão - um método que pode ser até três vezes mais eficiente do que as abordagens em uso.
Elementos de terras raras e os rejeitos de carvão
O resíduo em causa, conhecido como rejeitos de carvão, é uma mistura de rocha finamente moída, água e partículas de carvão. Existem quantidades enormes a acumular-se em bacias e valas concebidas para evitar que este material contamine o ambiente.
Nos EUA, grande parte destes rejeitos acaba por ser usada para aumentar o volume de materiais de construção ou, simplesmente, é depositada. Estima-se que, em cada 1,5 mil milhões de toneladas deste material em aterro, possam existir mais de 600 quilotoneladas de ETR passíveis de extração - algo que os processos atuais têm tido dificuldade em executar com eficiência.
Um processo em duas etapas: solução alcalina, micro-ondas e ácido nítrico
A nova técnica de extração assenta em dois passos principais: primeiro, os rejeitos de carvão são “cozinhados” numa solução alcalina enquanto são aquecidos por micro-ondas; depois, aplica-se um tratamento com ácido nítrico para separar os ETR do restante material rochoso.
“Os resultados mostram que o pré-tratamento alcalino dos rejeitos de carvão antes da digestão ácida influencia significativamente a eficiência de extração de ETR, com extração mínima na solução alcalina”, escrevem os investigadores no artigo publicado.
O que está a impedir a extração de ETR - e o que muda com o aquecimento por micro-ondas
Para retirar ETR dos rejeitos de carvão, é necessário libertá-los dos minerais argilosos que os envolvem de forma muito compacta. Este “aprisionamento” é uma das razões pelas quais métodos anteriores falharam, levando os cientistas a procurar outras fontes de ETR.
Ao combinar o pré-tratamento alcalino com o aquecimento por micro-ondas, altera-se a estrutura dos minerais que encapsulam estes elementos, transformando os rejeitos de carvão numa forma mais porosa.
“Pelos vistos, o que estamos a fazer é, na realidade, alterar a estrutura sólida deste material”, afirma o biólogo químico Damilola Daramola, da Northeastern University.
Um dos ETR recuperados por este processo é o neodímio, utilizado em ímanes de alta resistência, carros elétricos, unidades de armazenamento de computadores e turbinas eólicas - componentes essenciais na vida moderna e na transição para tecnologias mais verdes.
Desafios: custos, escalabilidade e variabilidade geológica
Apesar do potencial, continuam a existir vários obstáculos. Embora a técnica pareça trazer uma melhoria real em eficiência, o processo mantém-se caro e poderá ser difícil de escalar.
Mesmo havendo grande disponibilidade de rejeitos de carvão para aproveitar - por exemplo, cerca de 2 mil milhões de toneladas excedentárias só no estado norte-americano da Pensilvânia - a composição mineral destas rochas varia consoante a localização. Na prática, o método teria de ser ajustado caso a caso.
Além disso, os rejeitos de carvão contêm outros elementos úteis, como o magnésio, que idealmente deveriam ser extraídos em simultâneo com os ETR. É mais um fator a considerar.
Ainda assim, um aumento tão expressivo da eficiência de extração merece destaque, mesmo com ressalvas: a procura de ETR nunca foi tão elevada e será necessário assegurar muito mais fornecimento nos próximos anos.
“Esta abordagem fornece novas perspetivas sobre os mecanismos de libertação de ETR e sobre o potencial de otimização do pré-tratamento alcalino de resíduos de carvão para uma extração eficiente de ETR”, escrevem os investigadores.
A investigação foi publicada na revista Ciência e Tecnologia Ambientais.
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