Ένα κοινό ψυκτικό μέσο αλλάζει την ανακύκλωση κρίσιμων μετάλλων

Ένα κοινό ψυκτικό μέσο αλλάζει την ανακύκλωση κρίσιμων μετάλλων

Δεν είναι ασυνήθιστο στον επιστημονικό κόσμο μια διαδικασία να έχει πολλές μοναδικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, οι ερευνητές του Idaho National Laboratory (INL) πήραν μια τεχνολογία επεξεργασίας νερού και την προσάρμοσαν για μια άλλη περιβαλλοντικά σημαντική διαδικασία, τον επιλεκτικό διαχωρισμό στοιχείων σπάνιων γαιών και μετάλλων μετάπτωσης.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Αυτή η χημική διαδικασία, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications, μειώνει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας και των αντιδραστηρίων που απαιτούνται για την ανάκτηση στοιχείων σπάνιων γαιών.

Οι σπάνιες γαίες είναι μια ομάδα από χημικά παρόμοια μεταλλικά στοιχεία που τείνουν να εμφανίζονται σε χαμηλές συγκεντρώσεις στη φύση και μπορεί να είναι δύσκολο να διαχωριστούν μεταξύ τους. Οι σπάνιες γαίες χρησιμοποιούνται σε κινητήρες ηλεκτρικών αυτοκινήτων, σκληρούς δίσκους υπολογιστών, ηλιακούς συλλέκτες και ανεμογεννήτριες. Τα μέταλλα μετάπτωσης είναι μια κατηγορία μετάλλων που είναι εξαιρετικοί αγωγοί της θερμότητας και ηλεκτρισμού, συχνά με υψηλά σημεία τήξης και μοναδικές δομικές ιδιότητες, καθιστώντας τα απαραίτητα για την παραγωγή κοινών κραμάτων, για παράδειγμα χάλυβα και χαλκού, καθώς και καθόδων μπαταριών ιόντων λιθίου.

Επί του παρόντος, τα περισσότερα από τα εξαρτήματα που φέρουν αυτά τα μέταλλα, απλώς απορρίπτονται. Η νέα μέθοδος του INL για την ανάκτηση αυτών των κρίσιμων μετάλλων, περιλαμβάνει τον διμεθυλαιθέρα, μια αέρια ένωση που χρησίμευσε ως ένα από τα πρώτα εμπορικά ψυκτικά μέσα. Ο διμεθυλαιθέρας βοηθά στον εκλεκτικό διαχωρισμό των σπανίων γαιών και των μετάλλων μετάπτωσης - με βάση τη διαλυτότητά τους - από απόβλητα μαγνητών.

«Η διαδικασία ξεκινά με έναν μαγνήτη που δεν είναι πλέον χρήσιμος, ο οποίος τεμαχίζεται και αλέθεται σε ρινίσματα», δήλωσε ο Caleb Stetson, ο επικεφαλής του έργου. «Τα ρινίσματα του μαγνήτη τοποθετούνται στη συνέχεια σε διάλυμα έκπλυσης που χρησιμοποιείται για την επιλεκτική εξαγωγή μετάλλων από το υλικό. Μόλις τα επιθυμητά μέταλλα διαλυθούν, συνεχίζουμε με τη διαδικασία διαχωρισμού».

Η διαδικασία διαχωρισμού, στην οποία συμμετέχει ο διμεθυλαιθέρας, χρησιμοποιεί πολύ λιγότερη ενέργεια και πίεση από τις παραδοσιακές μεθόδους, που συνήθως διεξάγονται σε θερμοκρασίες εκατοντάδων βαθμών Κελσίου. Η συγκεκριμένη διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος και απαιτεί μόνο ελαφρώς αυξημένες πιέσεις (περίπου 5Atm). Συγκριτικά, η πίεση σε ένα κλειστό κουτί αναψυκτικού είναι 3,5Atm. Οι χαμηλότερες ανάγκες ενέργειας και πίεσης, καθιστούν τη διαδικασία φθηνότερη.

Οι ανταγωνιστικές τεχνολογίες χρησιμοποιούν επίσης πρόσθετα χημικά αντιδραστήρια για να επιτευχθεί καταβύθιση και άλλες μορφές διαχωρισμού, τα οποία αναπόφευκτα γίνονται πρόσθετα απόβλητα με οικονομικές και περιβαλλοντικές συνέπειες. Αυτό δε συμβαίνει με την διαδικασία με βάση το διμεθυλαιθέρα.

Ο Aaron Wilson, ο επικεφαλής της έρευνας, επέλεξε τον διμεθυλαιθέρα λόγω της ευκολίας ανάκτησής του. Η δυσκολία ανάκτησης ήταν μειονέκτημα των περισσότερων διαλυτών που είχαν δοκιμαστεί για το διαχωρισμό κρίσιμων υλικών. Ωστόσο, στην περίπτωση του διμεθυλαιθέρα, με την πτώση της πίεσης και στη συνέχεια επανασυμπιέζοντας το αέριο στο τέλος του πειράματος, η ομάδα κατάφερε να ανακτήσει τον διαλύτη και να τον επαναχρησιμοποιήσει σε μελλοντικούς κύκλους.

Η διαδικασία έχει και άλλα πλεονεκτήματα. «Μπορεί να είναι δύσκολο να ρυθμίσετε τις θερμοκρασίες στην κρυστάλλωση διαφορετικών μετάλλων μέσω εξάτμισης, αλλά αυτή η διαδικασία κλασματικής κρυστάλλωσης εξαλείφει όλες αυτές τις προκλήσεις», είπε ο Stetson. «Για να γίνει διαχωρισμός των μετάλλων από ένα κυοφορούν διάλυμα, χρειάζεται μόνο να ρυθμίσουμε τη θερμοκρασία σε εύρος 10 βαθμών».

Κατά την ανάπτυξη αυτής της διαδικασίας που βασίζεται σε διαλύτες για την ανάκτηση μετάλλων με μηδενικά απόβλητα, η ομάδα ασχολήθηκε επίσης με ορισμένες από τις ηλεκτροχημικές διαδικασίες ανάκτησης μετάλλων σπάνιων γαιών που ήδη εφαρμόζονται στο INL. Αυτές περιλαμβάνουντη διαδικασία E-RECOV, η οποία χρησιμοποιεί ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο για την αποτελεσματική ανάκτηση μετάλλων από απορριπτόμενα ηλεκτρονικά. Τέτοιες εργασίες χρηματοδοτούνται από το Ινστιτούτο Κρίσιμων Υλικών του Τμήματος Ενέργειας των ΗΠΑ.

Η μείωση της έντασης ενέργειας και της ποσότητας των αποβλήτων κατά την ανάκτηση κρίσιμων υλικών έχει επίσης σημαντικές επιπτώσεις στην περιβαλλοντική δικαιοσύνη. Τις τελευταίες δεκαετίες, η πρωτογενής εξόρυξη, που περιλαμβάνει την κατασκευή ορυχείων και η ενίσχυση της οικονομικής αξίας του προϊόντος μέσω εξόρυξης στρατηγικής αξίας μεταλλευμάτων, μεταφέρθηκε σε υπανάπτυκτες χώρες όπως το Κονγκό, ενώ η ενεργοβόρα επεξεργασία μεταφέρθηκε στην Ασία.

Μεγάλο μέρος αυτής της εξόρυξης οφείλεται στην αποστροφή του κοινού στις Δυτικές χώρες για τις ρυπογόνες διαδικασίες εξόρυξης ορυκτών που λαμβάνουν χώρα κοντά στους τόπους κατοικίας τους. Η δημιουργία μιας καθαρότερης μεθόδου θα διευκολύνει την ανάκτηση κρίσιμων υλικών στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, χωρίς να εκτίθενται οι εξορυκτικές κοινότητες σε επικίνδυνες συνθήκες λόγω μη υπεύθυνης εξόρυξης.

Επιπλέον, ο Wilson και η ερευνητική του ομάδα εργάζονται για την αντιμετώπιση των αποβλήτων που σχετίζονται με την παραγωγή συνθετικού γύψου μέσω ενός έργου για την National Alliance for Water Innovation. Ο συνθετικός γύψος, η πηγή σχεδόν του 30% της ξηράς τοιχοποιίας στις ΗΠΑ, παράγεται κατά την απομάκρυνση των οξειδίων του θείου από τα καυσαέρια για την πρόληψη της όξινης βροχής. Η ομάδα τους απομονώνει τα απόβλητα από τη διαδικασία παραγωγής, χρησιμοποιώντας διμεθυλαιθέρα. Αυτή η επεξεργασία έχει τη δυνατότητα να οδηγήσει στην παραγωγή χρήσιμων προϊόντων, εξαλείφοντας παράλληλα ένα περιβαλλοντικό πρόβλημα.

Η έρευνα πάνω στην ανάκτηση στοιχείων σπανίων γαιών και μετάλλων μετάπτωσης «δε θα ήταν δυνατή χωρίς τη συνεργασία του INL με το Critical Materials Institute του Ames National Laboratory», είπε ο Stetson. «Η συνεργασία μας επέτρεψε να έχουμε πρόσβαση σε υλικά και να διεξάγουμε ολοκληρωμένη έρευνα σε εργαστηριακή κλίμακα».

Πηγή: sciencedaily.com

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
foolwo rawmathub.gr on Google News
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER