Estrazione di terre rare dai rifiuti elettronici

Le terre rare non sono così rare come suggerisce il loro nome. Tuttavia, sono indispensabili per l'economia moderna. Dopo tutto, questi 17 metalli sono materie prime essenziali per la digitalizzazione e la svolta energetica: Si trovano negli smartphone, nei computer, negli schermi e nelle batterie: senza di essi, nessun motore elettrico funzionerebbe e nessuna turbina eolica girerebbe. Poiché l'Europa dipende quasi interamente dalle importazioni dalla Cina, queste materie prime sono considerate "critiche".

Le terre rare sono critiche anche per la loro estrazione. Si trovano sempre mescolate nei minerali naturali, ma poiché questi elementi sono chimicamente molto simili, sono difficili da separare. I processi di separazione tradizionali sono quindi ad alta intensità chimica ed energetica e richiedono diverse fasi di estrazione. Ciò rende l'estrazione e la purificazione dei metalli costosa, lunga ed estremamente dannosa per l'ambiente.

"Tuttavia, le terre rare sono ancora poco riciclate in Europa", afferma Victor Mougel, professore presso il Laboratorio di Chimica Inorganica dell'ETH di Zurigo. Un team di ricercatori guidato da Mougel vuole cambiare questa situazione. "C'è un urgente bisogno di metodi sostenibili e non complicati per separare e recuperare queste materie prime strategiche da diverse fonti", chiede il chimico.

In un recente articolo pubblicato sulla rivista pagina esternaComunicazioni sulla natura In uno studio pubblicato dal Politecnico di Zurigo, il team presenta un metodo sorprendentemente semplice con cui il metallo delle terre rare europio può essere separato in modo efficiente da miscele complesse di altre terre rare e riciclato.

Ispirati dalla natura

Marie Perrin, dottoranda del gruppo di Mougel e prima autrice dello studio, spiega: "I processi di separazione esistenti si basano su centinaia di passaggi di estrazione cosiddetti liquido-liquido e sono inefficienti, per cui il riciclaggio dell'europio è stato finora impraticabile". "Questo ci permette di recuperare l'europio in pochi semplici passaggi e in quantità almeno 50 volte superiori rispetto ai metodi di separazione precedenti", spiega Perrin.

La chiave di questa tecnica risiede in piccole molecole inorganiche con quattro atomi di zolfo disposti attorno a un atomo di tungsteno o molibdeno: Tetrathiometallati. I ricercatori si sono ispirati al mondo delle proteine. I tetrathiometallati si trovano spesso come siti di legame per i metalli negli enzimi naturali e sono utilizzati come sostanze attive contro il cancro e i disturbi del metabolismo del rame.

Per la prima volta, i tetrathiometalati vengono utilizzati anche come ligandi per la separazione dei metalli delle terre rare. Le sue proprietà redox uniche entrano in gioco in questo caso, riducendo l'europio al suo insolito stato divalente e semplificando così la separazione dagli altri metalli trivalenti delle terre rare.

"Il principio è così efficiente e robusto che possiamo applicarlo direttamente alle lampade fluorescenti usate senza le consuete fasi di pretrattamento", afferma Mougel.

Riciclare l'europio

I rifiuti elettronici sono una fonte importante ma sottoutilizzata di metalli delle terre rare. "Se si sfruttasse questa fonte, i rifiuti di lampade che attualmente la Svizzera invia all'estero per essere smaltiti in discarica potrebbero essere riciclati qui in Svizzera", spiega Mougel. In questo modo, i rifiuti delle lampade potrebbero servire come miniere urbane di europio e rendere la Svizzera meno dipendente dalle importazioni.

In passato, l'europio veniva utilizzato principalmente come fosforo nelle lampade fluorescenti e negli schermi piatti, il che ha portato a prezzi di mercato elevati. Con il progressivo abbandono delle lampade fluorescenti, la domanda è diminuita e i precedenti metodi di riciclaggio dell'europio non sono più economicamente sostenibili. Sono comunque auspicabili strategie di separazione più efficienti, che potrebbero aiutare a utilizzare le grandi quantità di rifiuti di lampade fluorescenti a basso costo, il cui contenuto di metalli di terre rare è circa 17 volte superiore a quello dei minerali naturali.

Ridurre la domanda

Questo rende ancora più urgente recuperare i metalli rari alla fine del ciclo di vita di un prodotto e mantenerli in circolazione - ma il tasso di recupero degli elementi delle terre rare nell'UE è ancora inferiore all'uno per cento.

In linea di principio, qualsiasi processo di separazione delle terre rare può essere utilizzato sia per l'estrazione dai minerali che per il recupero dai rifiuti. Con il loro metodo, tuttavia, i ricercatori si concentrano deliberatamente sul riciclaggio delle materie prime, in quanto questo ha molto più senso dal punto di vista ecologico ed economico. "Il nostro approccio al riciclaggio è significativamente più ecologico di tutti i metodi convenzionali per l'estrazione dei metalli delle terre rare dai minerali", afferma Mougel.

I ricercatori hanno brevettato la loro tecnologia e stanno per fondare una start-up chiamata Reecover per commercializzarla in futuro. Attualmente stanno lavorando per adattare il processo di separazione ad altri metalli delle terre rare, come il neodimio e il disprosio, che si trovano nei magneti. Se il processo avrà successo, Marie Perrin intende avviare la start-up dopo il dottorato e stabilire il riciclaggio delle terre rare nella pratica.