Crédito: Chris Laliwala
A medida que aumenta la demanda de elementos de tierras raras, Estados Unidos está fortaleciendo su cadena de suministro nacional. Ana Inés Torres está trabajando para identificar procesos económicos que minimizarán los impactos ambientales.
Sus hallazgos muestran que recuperar elementos de tierras raras de los productos al final de la vida es un enfoque viable. Es más rentable que extraer elementos de tierras raras de los minerales, donde se diluyen y también se mezclan con materiales radiactivos, y mantiene elementos de tierras raras fuera de los vertederos.
Los elementos de tierras raras abarcan la serie de lantánidos, Scandium e Ittrium. Sus fuertes propiedades magnéticas los hacen esenciales para las tecnologías de energía limpia.
La electrificación requerirá un suministro confiable de elementos de tierras raras. Una turbina eólica, por ejemplo, usa más de dos toneladas de elementos de tierras raras.
Torres, profesor asistente de ingeniería química en la Universidad Carnegie Mellon, ha desarrollado un marco basado en la optimización para diseñar el mejor proceso para recuperar elementos de tierras raras de los productos al final de la vida. El modelo está informado por las estimaciones de las cantidades proyectadas de unidades de disco duro de fin de vida y motores de vehículos eléctricos eléctricos e híbridos, así como por los precios proyectados de óxidos de tierras raras.
El reciclaje de elementos de tierras raras de los productos al final de la vida generalmente involucra cuatro etapas: desmagnización, desmagnetización, lixiviación y extracción. Torres y Chris Laliwala construyeron una superestructura que contenía todas las vías de procesamiento posibles. Hay varios procesos potenciales dentro de cada etapa, que se representan como nodos en la superestructura.
Luego formularon un problema de optimización con el objetivo de maximizar el valor presente neto durante la vida útil de 15 años de una planta de procesamiento. Por último, realizaron un análisis de sensibilidad de la vía óptima para determinar el impacto de cambiar diferentes parámetros.
Torres se está asociando activamente con la industria para mejorar los procesos que han identificado como óptimos y para hacerlos más amigables con el medio ambiente.
“Una compañía con la que estamos trabajando tiene una planta piloto con la que están ampliando la producción industrial”, dice Torres. “No vamos a esperar durante años para ver estos procesos utilizados en el mundo real. Ya está sucediendo”.
Con cada nueva aplicación de optimización de superestructura, Torres debe introducir nuevas consideraciones sobre el problema. El suministro de productos al final de la vida, por ejemplo, no está en estado estable. Laliwala, un Ph.D. Estudiante de ingeniería química en Carnegie Mellon, tuvo que modificar las matemáticas detrás de la superestructura para dar cuenta de un suministro cambiante de año en año.
Las técnicas de optimización de superestructura no se usan ampliamente porque implican una codificación de mucha intensidad del tiempo. Para hacerlos más accesibles, Torres está colaborando con el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley para desarrollar una interfaz gráfica de usuario. El programa escribirá código y ejecutará la optimización en función de las alternativas de procesamiento seleccionadas.
“Esto democratizará el uso de estas herramientas”, dice Torres. “Un ingeniero químico o un químico experimental podrán comparar fácilmente sus nuevos avances con los procesos que ya hemos estudiado”.
Torres también está colaborando con colegas en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Carnegie Mellon para usar óxidos de tierras raras en aleaciones estructurales de fabricación aditiva que pueden sostener entornos extremos. Torres está simulando procesos para convertir los minerales de tierras raras en óxidos de tierras raras.
Su enfoque basado en la optimización modela los sistemas de recuperación de tierras raras como problemas de equilibrio químico. Ella lo está aplicando para simular y evaluar métodos convencionales para extraer elementos de tierras raras. Estos procesos se utilizaron cuando Estados Unidos dominó la industria de elementos de tierras raras hace 40 años. Se consideraron costosos y una causa de daño ambiental significativo.
Su última investigación aparece en tecnologías limpias y políticas ambientales.
“Nuestro objetivo es diseñar procesos que sean ecológicos y económicamente competitivos, pero primero debemos entender dónde estaban los cuellos de botella pasados”, dice Torres.
Torres está trabajando para comprender el efecto de cada paso de procesamiento. Con esa información, sintetizará procesos más económicos y ecológicos para convertir los minerales de tierras raras en compuestos de tierras raras de grado comercial. Sus hallazgos pueden ayudar a los encargados de formular políticas a elegir los mejores caminos para restaurar el procesamiento de elementos de tierras raras en los Estados Unidos.
Más información: Ana Inés Torres, garantizando minerales de tierras raras para un futuro de alta tecnología: una oportunidad para tecnologías más limpias, tecnologías limpias y políticas ambientales (2025). Doi: 10.1007/s10098-025-03158-0
Proporcionado por Carnegie Mellon University Chemical Engineering
Cita: Optimización de la recuperación de elementos de tierras raras (2025, 13 de mayo) Recuperado el 13 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-optimizing-Recovery-rare-earth-elements.html
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