Cómo se pueden reciclar los elementos de tierras raras de los imanes
En el proyecto NEO-CYCLE en Alemania, con la participación de investigadores del Fraunhofer IKTS y la TU Bergakademie Freiberg, se está desarrollando una tecnología que permite recuperar elementos de tierras raras como el neodimio de los imanes. Dichos imanes se utilizan, entre otras cosas, en vehículos eléctricos y turbinas eólicas, y gracias a estas nuevas tecnologías, podrán ser reciclados en Europa para otras industrias, incluidas la farmacéutica y la economía del hidrógeno.
Imagen: Fraunhofer IKTS
Tal como ha aparecido repetidamente en las noticias mundiales en los últimos años, los elementos de tierras raras son esenciales para la industria manufacturera, pero a menudo se importan mediante procesos complejos que generan dependencias geopolíticas problemáticas. Un ejemplo de esto es el metal de tierras raras neodimio, del cual el 90 por ciento se procesa en China. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos (IKTS), en colaboración con su socio en el proyecto TU Bergakademie Freiberg y otros interesados, están mejorando los métodos de reciclaje para recuperar elementos de tierras raras de los imanes antiguos.
Los investigadores se centran en los imanes de neodimio, que el equipo de Fraunhofer considera entre los imanes permanentes más fuertes del mundo. El instituto señala que la combinación de neodimio, hierro y boro se utiliza en vehículos eléctricos, así como en turbinas eólicas y productos electrónicos como altavoces, smartphones y discos duros. La demanda mundial de imanes permanentes está en aumento, con estimaciones que indican una tasa de crecimiento anual de hasta el 8,3 por ciento. Según los socios de la investigación, es muy importante reciclar en el país elementos raros de difícil obtención como el neodimio, pero esto también implica procesos muy complejos.
Reutilizar el neodimio para nuevos imanes requiere un nivel muy alto de pureza. Según Fraunhofer IKTS, actualmente los imanes en Europa se recogen al final de su primer uso y se envían a China para ser reprocesados allí.
En el proyecto de la UE NEO-CYCLE, 23 socios están desarrollando procesos para extraer materias primas valiosas dentro de Europa. La Dra. Sandra Pavón, jefa del grupo de Reciclaje Hidrometalúrgico y Química de Materias Primas en Fraunhofer IKTS, afirma: “Nuestro objetivo es recuperar elementos de tierras raras de los residuos electrónicos y utilizarlos en productos de alto valor como fertilizantes ecológicos y en la producción de fármacos. Esto permitirá cerrar el ciclo de los materiales, proteger el medio ambiente y ayudar a reducir la dependencia mundial de recursos estratégicos”, explica.
El proceso de upcycling es posible para varios tipos de imanes. En el proyecto NEO-CYCLE, el enfoque está en las unidades de disco duro (HDD), es decir, unidades de disco duro de computadoras y laptops desechadas que contienen imanes de neodimio. “Estamos probando dos métodos para procesar los imanes: la clorinación de estado sólido y los procesos electroquímicos, con el objetivo de determinar la tecnología más adecuada”, explica Pavón.
En el proceso de cloración de estado sólido, el socio del proyecto TU Bergakademie Freiberg añade cloruro de amonio en lugar del ácido clorhídrico convencional a la mezcla de neodimio-boro-hierro proveniente de los residuos, y la convierte directamente en cloruros metálicos y una solución de amoníaco de alta pureza mediante un proceso térmico. Este método ya está patentado y se utiliza en lámparas fluorescentes. Actualmente, los investigadores están probando si este enfoque también puede aplicarse a la reutilización de imanes. Los resultados demuestran que los cloruros metálicos pueden disolverse de manera mucho más eficiente a partir del material del imán, logrando una extracción casi completa de los metales con un consumo químico relativamente bajo.
En el segundo método probado, los investigadores introducen residuos magnéticos pulverizados en una celda electroquímica. Un electrolito, como ácido sulfúrico diluido, funciona como medio de reacción para los procesos electroquímicos. Primero se extrae una solución de boro de los imanes, la cual luego se concentra. Esta solución puede utilizarse en las industrias química y farmacéutica.
Los investigadores de Fraunhofer IKTS separan aún más los productos obtenidos de los dos procesos, aplicando su experiencia en la separación de metales y el tratamiento de aguas de proceso. Sandra Pavón y su equipo utilizan un proceso hidrometalúrgico selectivo para extraer primero el neodimio y el hierro. Después de esto, las sales metálicas pueden obtenerse en su forma pura. Las sustancias separadas son posteriormente mejoradas por los socios del proyecto y suministradas no solo a las industrias química y farmacéutica, sino también a sectores como la economía del hidrógeno y la industria de los fertilizantes.
El proyecto NEO-CYCLE cuenta con financiación de la Unión Europea a través del programa Horizon Europe. Dura cuatro años y se espera que, entre otras cosas, genere una planta piloto. Sandra Pavón resume: “El proceso comienza con productos que han llegado al final de su ciclo de vida. Al final, podremos suministrar materias primas recicladas de valor a cuatro industrias diferentes.”