Un método más sostenible para extraer tierras raras de los residuos electrónicos

Investigadores de la ETH de Zúrich han desarrollado un proceso inspirado en la naturaleza que recupera de forma eficiente el europio de las lámparas fluorescentes.

Los metales de tierras raras no son tan raros como su nombre indica. No obstante, 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, ordenadores, pantallas y baterías: sin ellos, ningún motor eléctrico funcionaría ni ninguna turbina eólica giraría. Como Europa depende casi totalmente de las importaciones de China, estas materias primas se consideran críticas.

Sin embargo, los metales de tierras raras también son críticos por su extracción. Siempre se encuentran en forma de compuestos en los minerales naturales, pero como estos elementos son químicamente muy similares, son difíciles de separar. Por ello, los procesos tradicionales de separación requieren un gran consumo químico y energético, así como varias etapas de extracción. Esto hace que la extracción y purificación de estos metales sea cara, consuma muchos recursos y tiempo y sea extremadamente perjudicial para el medio ambiente.

«Los metales de tierras raras apenas se reciclan en Europa», afirma Victor Mougel, catedrático del Laboratorio de Química Inorgánica de la ETH de Zúrich, en Suiza. Un equipo de investigadores dirigido por Mougel quiere cambiar esta situación. «Urgen 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 Nature Communications, el equipo presenta un método sorprendentemente sencillo para separar y recuperar eficazmente uno de estos metales, el europio, de mezclas complejas que incluyen otros metales de tierras raras.

Inspirado en la naturaleza

Marie Perrin, estudiante de doctorado del grupo de Mougel y primera autora del estudio, explica: «Los métodos de separación existentes se basan en cientos de pasos de extracción líquido-líquido y son ineficaces: el reciclado del europio ha sido hasta ahora poco práctico». En su estudio, los investigadores muestran cómo un simple reactivo inorgánico puede mejorar significativamente la separación. «Esto nos permite obtener europio en unos pocos pasos sencillos y en cantidades al menos 50 veces superiores a las de los métodos de separación anteriores», afirma Perrin.

La clave de esta técnica se encuentra en unas pequeñas moléculas inorgánicas con cuatro átomos de azufre alrededor del wolframio o el 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 sustancias activas contra el cáncer y los trastornos del metabolismo del cobre.

Por primera vez, los tetratiometalatos se utilizan también como ligandos para la separación de metales de tierras raras. Sus propiedades redox únicas entran aquí en juego, reduciendo el europio a su inusual estado divalente y simplificando así la separación de los otros metales trivalentes de tierras raras.

«El principio es tan eficaz y sólido que podemos aplicarlo directamente a las lámparas fluorescentes usadas sin los habituales pasos de pretratamiento», afirma Mougel.

Mantener el europio en circulación

Los residuos electrónicos son una fuente importante, pero aún infrautilizada, de metales de tierras raras. «Si se aprovechara esta fuente, los residuos de lámparas que Suiza envía actualmente al extranjero para su eliminación en un vertedero podrían reciclarse aquí en Suiza», afirma Mougels. De este modo, los residuos de lámparas podrían servir de mina urbana de europio y hacer a Suiza menos dependiente de las importaciones.

En el pasado, el europio se utilizaba sobre todo como fósforo en lámparas fluorescentes y pantallas planas, lo que provocaba elevados precios de mercado. Con el abandono progresivo de las lámparas fluorescentes, la demanda ha disminuido, por lo que los anteriores métodos de reciclado del europio han dejado de ser económicamente viables. No obstante, sería deseable disponer de estrategias de separación más eficaces, que podrían ayudar a utilizar las enormes cantidades de residuos baratos de lámparas fluorescentes, cuyo contenido en metales de tierras raras es unas 17 veces superior al de los minerales naturales.

Reducir la demanda

Por eso es tan urgente recuperar los metales raros al final de la vida útil de un producto y mantenerlos en circulación, pero la tasa de recuperación de elementos de tierras raras en la UE sigue siendo inferior al 1%.

En principio, cualquier proceso de separación de metales de tierras raras puede utilizarse tanto para extraerlos del mineral como para recuperarlos de los residuos. Con su método, sin embargo, los investigadores se centran deliberadamente en el reciclado de las materias primas, ya que tiene mucho más sentido desde el punto de vista ecológico 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 Mougel.

Los investigadores han patentado su tecnología y están creando una empresa llamada REEcover para comercializarla en el futuro. Actualmente trabajan en la adaptación del proceso de separación a otros metales de tierras raras, como el neodimio y el disprosio, que se encuentran en los imanes. Si tiene éxito, Marie Perrin quiere ampliar la empresa después de su doctorado y poner en práctica el reciclaje de metales de tierras raras.