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Mineração de metais de terras raras a partir de resíduos eletrônicos

A candidata a doutorado da ETH Marie Perrin apresenta a nova abordagem de reciclagem. Na mão esquerda, ela segura a matéria-prima na forma de uma lâmpada fluorescente e, na direita, o reagente amarelo que pode separar metais de terras raras.

Pesquisadores estão desenvolvendo um processo inspirado pela natureza que recupera eficientemente európio de lâmpadas fluorescentes antigas. A abordagem pode levar à tão esperada reciclagem de metais de terras raras.

Metais de terras raras não são tão raros quanto o nome sugere. No entanto, eles são indispensáveis ​​para a economia moderna. Afinal, esses 17 metais são matérias-primas essenciais para a digitalização e a transição energética. Eles são encontrados em smartphones, computadores, telas e baterias – sem eles, nenhum motor elétrico funcionaria e nenhuma turbina eólica giraria. Como a Europa depende quase inteiramente de importações da China, essas matérias-primas são consideradas críticas.

No entanto, metais de terras raras também são críticos por causa de sua extração. Eles sempre ocorrem em forma composta em minérios naturais – mas como esses elementos são quimicamente muito semelhantes, eles são difíceis de separar. Os processos de separação tradicionais são, portanto, muito químicos e intensivos em energia e exigem várias etapas de extração. Isso torna a extração e a purificação desses metais caras, demoradas e de recursos, e extremamente prejudiciais ao meio ambiente.

“Metais de terras raras quase nunca são reciclados na Europa”, diz Victor Mougel, professor do Laboratório de Química Inorgânica da ETH Zurich. Uma equipe de pesquisadores liderada por Mougel quer mudar isso. “Há uma necessidade urgente de métodos sustentáveis ​​e descomplicados para separar e recuperar essas matérias-primas estratégicas de várias fontes”, diz o químico.

Em um estudo publicado recentemente na revista Nature Communications, a equipe apresenta um método surpreendentemente simples para separar e recuperar com eficiência o metal de terras raras európio de misturas complexas, incluindo outros metais de terras raras.

Inspirado pela natureza

Marie Perrin, uma candidata a doutorado no grupo de Mougel e primeira autora do estudo, explica: “Os métodos de separação existentes são baseados em centenas de etapas de extração líquido-líquido e são ineficientes – a reciclagem de európio tem sido impraticável até agora.” Em seu estudo, eles mostram como um reagente inorgânico simples pode melhorar significativamente a separação. “Isso nos permite obter európio em algumas etapas simples – e em quantidades que são pelo menos 50 vezes maiores do que com métodos de separação anteriores”, diz Perrin.

A chave para essa técnica pode ser encontrada em pequenas moléculas inorgânicas com quatro átomos de enxofre ao redor de tungstênio ou molibdênio: tetratiometalatos. Os pesquisadores foram inspirados pelo mundo das proteínas. Tetratiometalatos são encontrados como um sítio de ligação para metais em enzimas naturais e são usados ​​como substâncias ativas contra câncer e distúrbios do metabolismo do cobre.

Pela primeira vez, tetratiometalatos agora também estão sendo usados ​​como ligantes para a separação de metais de terras raras. Suas propriedades redox únicas entram em jogo aqui, reduzindo o európio ao seu estado divalente incomum e, assim, simplificando a separação de outros metais de terras raras trivalentes.

“O princípio é tão eficiente e robusto que podemos aplicá-lo diretamente a lâmpadas fluorescentes usadas sem as etapas usuais de pré-tratamento”, diz Mougel.

Manter o európio em circulação

O lixo eletrônico é uma fonte importante, mas ainda subutilizada, de metais de terras raras. “Se essa fonte fosse explorada, os resíduos de lâmpadas que a Suíça atualmente envia para o exterior para serem descartados em um aterro sanitário poderiam ser reciclados aqui na Suíça”, diz Mougels. Dessa forma, os resíduos de lâmpadas poderiam servir como uma mina urbana para európio e tornar a Suíça menos dependente de importações.

“Nossa abordagem de reciclagem é significativamente mais ecológica do que todos os métodos convencionais de extração de metais de terras raras de minérios.”

No passado, o európio era usado principalmente como fósforo em lâmpadas fluorescentes e telas planas, o que levava a altos preços de mercado. Como as lâmpadas fluorescentes estão sendo gradualmente eliminadas, a demanda caiu, de modo que os métodos anteriores de reciclagem para európio não são mais economicamente viáveis. Estratégias de separação mais eficientes são, no entanto, desejáveis ​​e podem ajudar a utilizar as vastas quantidades de resíduos de lâmpadas fluorescentes baratas, cujo teor de metais de terras raras é cerca de 17 vezes maior do que em minérios naturais.

Reduzir a demanda

Isso torna ainda mais urgente recuperar metais raros no fim da vida útil de um produto e mantê-los em circulação – mas a taxa de recuperação de elementos de terras raras na UE ainda está abaixo de um por cento.

Em princípio, qualquer processo de separação para metais de terras raras pode ser usado tanto para extração de minério quanto para recuperação de resíduos. Com seu método, no entanto, os pesquisadores estão focando deliberadamente na reciclagem de matérias-primas, pois isso faz muito mais sentido ecológico e econômico. “Nossa abordagem de reciclagem é significativamente mais ecológica do que todos os métodos convencionais para extração de metais de terras raras de minérios”, diz Mougel.

Os pesquisadores patentearam sua tecnologia e estão no processo de fundar uma start-up chamada REEcover para comercializá-la no futuro. Eles estão atualmente trabalhando na adaptação do processo de separação para outros metais de terras raras, como neodímio e disprósio, que são encontrados em ímãs. Se isso for bem-sucedido, Marie Perrin quer construir a start-up após seu doutorado e estabelecer a reciclagem de metais de terras raras na prática.

Referência

Perrin MA, Dutheil P, Wörle M & Mougel V. Recuperação de európio de lixo eletrônico usando ligantes tetratiotungstato redox ativos. Nat Commun 15, 4577 (2024). doi: 10.1038/s41467’024 -48733-z

Michael Keller

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