reciclaje raro

Aquí hay partes electrónicas de computadoras viejas. Reciclar los metales de tierras raras de estas piezas podría ayudar a satisfacer la demanda de estos materiales de gran valor.

Adam Smigielski/iStock/Getty Images Plus

Por Erin Wayman

4 mayo 2023 a las 6:30 am

Nuestras vidas modernas dependen de metales conocidos como tierras raras. Desafortunadamente, estos elementos son tan ampliamente utilizados y populares que es posible que algún día pronto no tengamos suficientes para satisfacer las necesidades de la sociedad.

Debido a sus propiedades especiales, estos 17 metales se han vuelto cruciales para pantallas de computadora, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos de alto rendimiento. Las lámparas fluorescentes compactas las utilizan. Lo mismo ocurre con las máquinas de imágenes médicas, los láseres, los imanes de alta potencia, las fibras ópticas y los pigmentos. Están incluso en las baterías recargables de los coches eléctricos. Estos elementos también son una puerta de entrada a un futuro con bajas o cero emisiones de carbono que no dañe el clima.

En 2021, el mundo extrajo 280 000 toneladas métricas de tierras raras. Eso es aproximadamente 32 veces más que a mediados de la década de 1950. Para 2040, los expertos estiman que necesitaremos hasta siete veces más de lo que usamos hoy.

No existen buenos sustitutos para la mayoría de los trabajos que realizan las tierras raras. Así que satisfacer nuestro apetito por estos metales no será fácil. No se encuentran en depósitos ricos. Por lo tanto, los mineros deben excavar grandes cantidades de mineral para obtenerlos. Luego, las empresas deben usar una combinación de procesos físicos y químicos para concentrar los metales y separarlos.

Esos procesos usan mucha energía. También son sucios y usan químicos tóxicos. Otra preocupación: China es casi el único lugar donde se extraen y procesan estos metales. En este momento, por ejemplo, todo Estados Unidos tiene solo una mina activa de tierras raras.

Todo esto explica por qué los investigadores buscan reciclar estos metales. El reciclaje "va a jugar un papel muy importante y central", dice Ikenna Nlebedim. Es científico de materiales en el Instituto de Materiales Críticos del Departamento de Energía. (Está dirigido por el Laboratorio Nacional Ames en Iowa).

Dentro de 10 años, dice Nlebedim, el reciclaje podría satisfacer hasta una cuarta parte de la necesidad de tierras raras. De ser cierto, dice, sería "enorme".

En los Estados Unidos y Europa, es estándar reciclar del 15 al 70 por ciento de los metales de alto uso, como el acero. Sin embargo, hoy en día, solo alrededor del 1 por ciento de las tierras raras en productos viejos se reciclan, señala Simon Jowitt. Geólogo, trabaja en la Universidad de Nevada, Las Vegas.

"El cableado de cobre se puede reciclar en más cableado de cobre. El acero se puede reciclar en más acero", dice. Pero muchos productos de tierras raras "no son muy reciclables".

¿Por qué? A menudo se han mezclado con otros metales. Separarlos de nuevo puede ser muy difícil. De alguna manera, reciclar tierras raras de artículos desechados es tan desafiante como extraerlos del mineral y procesarlos.

El reciclaje de tierras raras tiende a utilizar productos químicos peligrosos, como el ácido clorhídrico. También utiliza mucho calor y, por lo tanto, mucha energía. Y ese esfuerzo solo puede recuperar una pequeña cantidad de metal. El disco duro de una computadora, por ejemplo, puede contener solo unos pocos gramos (menos de una onza) de metales de tierras raras. Algunos productos pueden tener solo una milésima parte.

Pero los científicos están tratando de desarrollar mejores enfoques de reciclaje para reducir la necesidad de extraer más de estos metales.

Un enfoque recluta microbios. La bacteria Gluconobacter produce naturalmente ácidos orgánicos. Estos ácidos pueden extraer tierras raras, como el lantano y el cerio, de los catalizadores usados ​​o de los fósforos brillantes que hacen brillar las luces fluorescentes. Los ácidos bacterianos son menos dañinos para el medio ambiente que otros ácidos de lixiviación de metales, dice Yoshiko Fujita. Es biogeoquímica en el Laboratorio Nacional de Idaho en Idaho Falls.

En los experimentos, esos ácidos bacterianos recuperan solo entre un cuarto y la mitad de las tierras raras de los catalizadores y fósforos. Eso no es tan bueno como el ácido clorhídrico, que en algunos casos puede extraer hasta el 99 por ciento. Pero el enfoque de base biológica aún podría valer la pena, informan Fujita y su equipo.

Otras bacterias también pueden ayudar a extraer tierras raras. Hace unos años, los investigadores descubrieron que algunos microbios producen una proteína que puede agarrarse a las tierras raras. Esta proteína puede separar las tierras raras entre sí, como el neodimio del disprosio que se usa en muchos imanes. Tal sistema podría evitar la necesidad de muchos solventes tóxicos. Y los residuos que quedan de este proceso se biodegradan.

Otra nueva técnica utiliza sales de cobre, no ácidos, para extraer tierras raras de imanes desechados. Los imanes de neodimio-hierro-boro (NIB) son el mayor usuario de tierras raras. Las tierras raras constituyen casi un tercio de estos imanes por peso. Dentro de siete años, reciclar el neodimio de los imanes NIB en las unidades de disco duro de EE. UU. podría satisfacer alrededor del 5 por ciento de la demanda mundial de este metal (fuera de China).

Nlebedim dirigió un equipo que desarrolló una técnica que utiliza sales de cobre para lixiviar tierras raras de imanes en componentes electrónicos triturados. El proceso también se ha utilizado en los restos de la fabricación de imanes. Allí, podría recuperar del 90 al 98 por ciento de las tierras raras. Los metales extraídos son lo suficientemente puros para fabricar nuevos imanes, según ha demostrado el equipo de Nlebedim. Su proceso también podría ser mejor para el clima. En comparación con una de las principales formas en que se extraen y procesan las tierras raras en China, el método de sal de cobre tiene menos de la mitad de su huella de carbono.

Una empresa de Iowa llamada TdVib acaba de construir una planta piloto para usar este proceso de sal de cobre. Su objetivo es producir dos toneladas de óxidos de tierras raras por mes. Reciclará las tierras raras de los discos duros antiguos de los centros de datos.

Noveon Magnetics es una empresa en San Marcos, Texas. Ya está fabricando imanes NIB reciclados. Después de desmagnetizar y limpiar los imanes desechados, muele el metal hasta convertirlo en polvo. Ese polvo se usa para hacer nuevos imanes. Aquí, no hay necesidad de extraer y separar primero las tierras raras. El producto final puede ser un imán reciclado en más del 99 por ciento.

En comparación con la forma habitual de hacer imanes NIB, este método reduce el uso de energía en aproximadamente un 90 por ciento, informaron los investigadores en un artículo de 2016. Noveon también estima que solo libera alrededor de la mitad de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero.

Muchas comunidades tienen programas para recolectar metal, papel o vidrio para reciclar. No existe nada parecido para recolectar productos desechados que contienen tierras raras, dice Fujita, del Laboratorio Nacional de Idaho. Antes de que pueda comenzar el reciclaje de tierras raras, tendrá que llegar a las partes que contienen los metales valiosos.

Apple ha lanzado esfuerzos para reciclar algunos de sus productos electrónicos. Su robot Daisy puede desmantelar iPhones. Y el año pasado, Apple anunció un par de robots, Taz y Dave, que ayudan en el reciclaje de tierras raras. Taz puede reunir módulos que contienen imanes que normalmente se pierden durante la trituración de productos electrónicos. Dave puede recuperar imanes de otra parte de los iPhones.

Aún así, sería mucho más fácil si las empresas simplemente diseñaran productos de una manera que facilitara el reciclaje, dice Fujita.

Pero no importa cuán bueno sea el reciclaje, Jowitt no ve la necesidad de impulsar los esfuerzos mineros. El hambre de la sociedad por las tierras raras es demasiado grande y está creciendo. Sin embargo, está de acuerdo en que es necesario reciclar. "Es mejor que intentemos extraer lo que podamos", dice, "en lugar de tirarlo al vertedero".

bacterias: (adj.bacteriano ) Organismos unicelulares. Estos habitan en casi todas partes de la Tierra, desde el fondo del mar hasta el interior de otros organismos vivos (como plantas y animales). Las bacterias son uno de los tres dominios de la vida en la Tierra.

biodegradable : Adjetivo de algo que es capaz de descomponerse en materiales más simples, basado en la actividad de los microbios. Esto generalmente ocurre en presencia de agua, luz solar u otras condiciones que ayudan a nutrir a esos organismos.

biogeoquímico : Alguien que estudia los procesos que ciclan (o eventualmente depositan) elementos puros o compuestos químicos (incluidos los minerales) entre las especies vivas y los aspectos no vivos (como las rocas, el suelo o el agua) de un ecosistema. Este campo de estudio se conoce como biogeoquímica.

dióxido de carbono : (o CO2) Un gas incoloro e inodoro producido por todos los animales cuando el oxígeno que inhalan reacciona con los alimentos ricos en carbono que han comido. El dióxido de carbono también se libera cuando se quema materia orgánica (incluidos los combustibles fósiles como el petróleo o el gas). El dióxido de carbono actúa como un gas de efecto invernadero, atrapando el calor en la atmósfera terrestre. Las plantas convierten el dióxido de carbono en oxígeno durante la fotosíntesis, el proceso que utilizan para fabricar su propio alimento.

huella de carbono : Un término popular para medir el potencial de calentamiento global de varios productos o procesos. Su huella de carbono se traduce en la cantidad de algunos gases de efecto invernadero, generalmente dióxido de carbono, que algo libera por unidad de tiempo o por cantidad de producto.

Catalizador : (v. catalizar) Sustancia que ayuda a que una reacción química avance más rápido. Los ejemplos incluyen enzimas y elementos como el platino y el iridio.

clima: Las condiciones climáticas que normalmente existen en un área, en general, o durante un largo período.

colega : Alguien que trabaja con otro; un compañero de trabajo o un miembro del equipo.

centro de datos : una instalación que contiene hardware informático, como servidores, enrutadores, conmutadores y cortafuegos. También albergará equipos para respaldar ese hardware, incluido el aire acondicionado y las fuentes de alimentación de respaldo. Tal centro varía en tamaño desde parte de una habitación hasta uno o más edificios dedicados. Estos centros pueden albergar lo que se necesita para hacer una "nube" que haga posible la computación en la nube.

desarrollar: Emerger o hacer que surja, ya sea de forma natural o mediante la intervención humana, como por ejemplo mediante la fabricación.

electrónica: Dispositivos que funcionan con electricidad pero cuyas propiedades están controladas por semiconductores u otros circuitos que canalizan o controlan el movimiento de cargas eléctricas.

elemento : Un bloque de construcción de una estructura más grande. (en química) Cada una de más de cien sustancias para las cuales la unidad más pequeña de cada una es un solo átomo. Los ejemplos incluyen hidrógeno, oxígeno, carbono, litio y uranio.

excavar : (n. excavación) Excavar algo del suelo o de la roca (como huesos de dinosaurio); quitar la parte interior de algo para hacer un agujero (cavidad) dentro de él.

extracto : (v.) Separar una sustancia química (o componente de algo) de una mezcla compleja. (sustantivo) Una sustancia, a menudo en forma concentrada, que se ha extraído de algún material de origen. Los extractos a menudo se toman de plantas (como la menta verde o la lavanda), flores y capullos (como rosas y clavos), frutas (como limones y naranjas) o semillas y nueces (como almendras y pistachos). Dichos extractos, que a veces se usan para cocinar, a menudo tienen olores o sabores muy fuertes.

fibra óptica: El uso de fibras de vidrio delgadas y flexibles (conocidas como fibras ópticas) u otros sólidos transparentes para transmitir señales de luz, principalmente para telecomunicaciones.

fluorescente : (v. fluorescencia) Adjetivo de algo que es capaz de absorber y reemitir luz. Esa luz reemitida se conoce como fluorescencia.

gases de efecto invernadero : Un gas que contribuye al efecto invernadero al absorber calor. El dióxido de carbono es un ejemplo de un gas de efecto invernadero.

filtrar: (en geología y química) El proceso por el cual el agua (a menudo en forma de lluvia) elimina los minerales solubles u otras sustancias químicas de un sólido, como una roca, o de la arena, el suelo, los huesos, la basura o las cenizas.

imán: Un material que generalmente contiene hierro y cuyos átomos están dispuestos de manera que atraen ciertos metales.

científico de materiales : Un investigador que estudia cómo la estructura atómica y molecular de un material se relaciona con sus propiedades generales. Los científicos de materiales pueden diseñar nuevos materiales o analizar los existentes. Sus análisis de las propiedades generales de un material (como la densidad, la resistencia y el punto de fusión) pueden ayudar a los ingenieros y otros investigadores a seleccionar los materiales que mejor se adapten a una nueva aplicación.

metal: Algo que conduce bien la electricidad, tiende a ser brillante (reflectante) y es maleable (lo que significa que se puede remodelar con calor y sin demasiada fuerza o presión).

microbio : Abreviatura de microorganismo. Un ser vivo que es demasiado pequeño para verlo a simple vista, incluidas las bacterias, algunos hongos y muchos otros organismos, como las amebas. La mayoría consisten en una sola celda.

microscópico : Un adjetivo para las cosas demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista. Se necesita un microscopio para ver objetos tan pequeños como bacterias u otros organismos unicelulares.

módulo : Conjunto de piezas estandarizadas o unidades independientes utilizadas para ensamblar una estructura más compleja. El módulo podría usarse para crear una casa o muebles "prefabricados", o incluso una nave espacial.

neodimio : Un elemento químico que aparece como un metal plateado blando cuando es puro. Se encuentra en algunos minerales y se puede utilizar para rastrear el origen de los granos minerales transportados a largas distancias por el agua o el viento. Su símbolo científico es Nd.

óptica: Que tiene que ver con la visión o lo que se puede ver.

mineral: Una roca o mineral formado naturalmente que contiene un metal que se puede extraer para algún nuevo uso.

orgánico : (en química) Un adjetivo que indica que algo contiene carbono; también un término que se relaciona con las sustancias químicas básicas que componen los organismos vivos. (en agricultura) Productos agrícolas cultivados sin el uso de productos químicos no naturales y potencialmente tóxicos, como pesticidas.

óxido : Un compuesto hecho combinando uno o más elementos con oxígeno. El óxido es un óxido; también lo es el agua.

fósforo : Una sustancia química sintética que brilla cuando es excitada por electrones. Por lo general, se usa (a menudo en combinación con otros) para recubrir LED, lámparas fluorescentes o tubos de rayos catódicos para producir el color de luz deseado.

físico : (adj.) Un término para las cosas que existen en el mundo real, a diferencia de los recuerdos o la imaginación. También puede referirse a las propiedades de los materiales que se deben a su tamaño e interacciones no químicas (como cuando un bloque golpea con fuerza a otro).

pigmento : Un material, como los colorantes naturales de la piel, que alteran la luz reflejada por un objeto o transmitida a través de él. El color general de un pigmento generalmente depende de qué longitudes de onda de luz visible absorbe y cuáles refleja. Por ejemplo, un pigmento rojo tiende a reflejar muy bien las longitudes de onda rojas de la luz y normalmente absorbe otros colores. Pigmento también es el término para los productos químicos que los fabricantes usan para teñir la pintura.

proteína : Un compuesto hecho de una o más cadenas largas de aminoácidos. Las proteínas son una parte esencial de todos los organismos vivos. Forman la base de células vivas, músculos y tejidos; también hacen el trabajo dentro de las células. Los anticuerpos, la hemoglobina y las enzimas son ejemplos de proteínas. Los medicamentos con frecuencia funcionan adhiriéndose a las proteínas.

radioactivo : Un adjetivo que describe elementos inestables, como ciertas formas (isótopos) de uranio y plutonio. Se dice que tales elementos son inestables porque su núcleo arroja energía que es transportada por fotones y/oa menudo una o más partículas subatómicas. Esta emisión de energía es por un proceso conocido como desintegración radiactiva.

tierras extrañas: (en ciencias de la Tierra) Estos son un grupo de elementos metálicos que tienden a ser blandos, flexibles y químicamente reactivos.

reciclar: Encontrar nuevos usos para algo, o partes de algo, que de otro modo podrían desecharse o tratarse como desechos.

sal : Un compuesto hecho combinando un ácido con una base (en una reacción que también crea agua). El océano contiene muchas sales diferentes, denominadas colectivamente "sal marina". La sal de mesa común está hecha de sodio y cloro.

solvente: Un material (generalmente un líquido) que se utiliza para disolver algún otro material en una solución.

sistema : Una red de partes que juntas trabajan para lograr alguna función. Por ejemplo, la sangre, los vasos y el corazón son los componentes principales del sistema circulatorio del cuerpo humano. Del mismo modo, los trenes, las plataformas, las vías, las señales viales y los pasos elevados se encuentran entre los componentes potenciales del sistema ferroviario de una nación. El sistema puede incluso aplicarse a los procesos o ideas que forman parte de algún método o conjunto ordenado de procedimientos para realizar una tarea.

tóxico : Venenoso o capaz de dañar o matar células, tejidos u organismos completos. La medida del riesgo que plantea tal veneno es su toxicidad.

diario:​ Y. Fujita, SK McCall y D. Ginosar. Reciclaje de tierras raras: Perspectivas y avances recientes. Boletín SRA. vol. 47, marzo de 2022, pág. 283. doi: 10.1557/s43577-022-00301-w.

diario:​ SM Jowitt. Economía mineral de los elementos de tierras raras. Boletín SRA. vol. 47, marzo de 2022, pág. 276. doi: 10.1557/s43577-022-00289-3.

diario:​ NAChowdhury et al. Reciclaje sostenible de elementos de tierras raras a partir de virutas magnéticas de NdFeB: perspectivas tecnoeconómicas y ambientales. ACS Química e Ingeniería Sostenible. Publicado en línea el 17 de noviembre de 2021. doi.org: 10.1021/acssuschemeng.1c05965.

diario:​ H. Jin et al. Biolixiviación de elementos de tierras raras a partir de materiales de desecho industriales utilizando desechos agrícolas. ACS Química e Ingeniería Sostenible. Publicado en línea el 20 de agosto de 2019. doi: 10.1021/acssuschemeng.9b02584.

diario:​ H. Jin et al. Evaluación comparativa del ciclo de vida de los imanes de NdFeB: producción virgen versus reciclaje de imán a imán. Procedimiento CIRP. Publicado en línea el 27 de julio de 2016. doi: 10.1016/j.procir.2016.03.013.

diario:​ M. Zakotnik et al. Análisis del uso de energía en el reciclaje de imanes de Nd-Fe-B. Tecnología e Innovación Ambiental. vol. 5, abril de 2016, pág. 117. doi: 10.1016/j.eti.2016.01.002.

Erin Wayman es editora gerente de la revista Science News. Tiene una maestría en antropología biológica de la Universidad de California, Davis y una maestría en escritura científica de la Universidad Johns Hopkins.

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