Los metales de tierras raras no son tan raros como sugiere su nombre. Sin embargo, son indispensables para la economía moderna. Al fin y al cabo, estos 17 metales son materias primas esenciales para la digitalización y la transición energética. Se encuentran en teléfonos inteligentes, computadoras, pantallas y baterías; sin ellos, ningún motor eléctrico funcionaría ni ninguna turbina eólica. Dado que Europa depende casi por completo de las importaciones de China, estas materias primas se consideran importantes.
Sin embargo, los metales de tierras raras también son importantes debido a su extracción. Siempre se encuentran como compuestos en minerales naturales, pero debido a que los elementos son químicamente similares, son difíciles de separar. Por lo tanto, los procesos de separación convencionales consumen mucha energía y productos químicos y requieren múltiples pasos de extracción. Esto hace que la extracción y purificación de estos metales sea costosa, consuma mucho tiempo y recursos y sea extremadamente perjudicial para el medio ambiente.
“Los metales de tierras raras casi nunca se reciclan en Europa”, afirma Viktor Mogel, profesor del Laboratorio de Química Inorgánica de la ETH Zurich. Un equipo de investigadores dirigido por Mogul quiere cambiar eso. “Existe una necesidad urgente de métodos sostenibles y sencillos para separar y recuperar estas materias primas estratégicas de diversas fuentes”, afirma el químico.
En un estudio publicado recientemente en la revista Comunicaciones de la naturalezael equipo presenta un método sorprendentemente simple para separar y recuperar eficientemente el metal de tierras raras europio de compuestos complejos, incluidos otros metales de tierras raras.
Inspirado en la naturaleza
Marie Perrin, estudiante de doctorado en el grupo de Mogul y primera autora del estudio, explica: “Los métodos de separación actuales se basan en cientos de pasos de extracción líquida y son ineficientes; reciclar el europio no ha sido práctico hasta ahora”. En su estudio muestran cómo un simple reactivo inorgánico puede mejorar significativamente la separación. “Esto nos permite obtener europio en unos pocos pasos simples y en cantidades al menos 50 veces mayores que los métodos de separación anteriores”, dice Perrin.
La clave de esta técnica se puede encontrar en pequeñas moléculas inorgánicas que tienen cuatro átomos de azufre rodeando al tungsteno o al molibdeno: los tetratiometalatos. Los investigadores se inspiraron en el mundo de las proteínas. Los tetratiometalatos se encuentran como sitio de unión de metales en enzimas naturales y se utilizan como agentes activos contra el cáncer y los trastornos del metabolismo del cobre.
Por primera vez se utilizan ahora también tetratiometalatos como ligandos para la separación de metales de tierras raras. Aquí es donde entran en juego sus propiedades redox únicas, que reducen el europio a su estado anómalo inusual y facilitan así su separación de otros metales de tierras raras.
Mantener el europio en circulación
Los desechos electrónicos son una fuente importante, pero aún infrautilizada, de metales de tierras raras. “Si se utiliza esta fuente, los residuos de lámparas que Suiza envía actualmente al extranjero para su eliminación en vertederos se pueden reciclar aquí en Suiza”, afirma Mogels. Así, los residuos de lámparas podrían servir como una mina urbana de europio y hacer que Suiza sea menos dependiente de las importaciones.
En el pasado, el europio se utilizaba principalmente como fósforo en lámparas fluorescentes y pantallas planas, lo que provocaba altos precios en el mercado. A medida que se van eliminando las lámparas fluorescentes, la demanda ha disminuido, por lo que los métodos anteriores de reciclaje de europio ya no son económicamente viables. Sin embargo, son deseables estrategias de separación más eficientes que podrían ayudar a utilizar grandes cantidades de desechos de lámparas fluorescentes baratas, que tienen un contenido de metales de tierras raras aproximadamente 17 veces mayor que el de los minerales naturales.
Reducir la demanda.
Esto hace que sea más importante recuperar metales raros al final de la vida útil de un producto y ponerlos en circulación, pero la tasa de recuperación de elementos de tierras raras en la UE sigue siendo inferior al uno por ciento.
En principio, cualquier proceso de separación de metales de tierras raras puede utilizarse tanto para la extracción del mineral como para la recuperación de los residuos. Sin embargo, con su método los investigadores se centran deliberadamente en el reciclaje de materias primas, ya que esto tiene mucho más sentido medioambiental y económico. “Nuestro método de reciclaje es mucho más respetuoso con el medio ambiente que todos los métodos convencionales de extracción de metales de tierras raras a partir de minerales”, afirma Mogul.
Los investigadores han patentado su tecnología y están en proceso de establecer una startup llamada REEcover para comercializarla en el futuro. Actualmente están trabajando en adaptar el proceso de separación a otros metales de tierras raras como el neodimio y el disprosio, que se encuentran en los imanes. Si tiene éxito, Mary Perrin quiere crear una startup después de su doctorado y establecer un reciclaje práctico de metales de tierras raras.
