Efficiënte methode om zeldzame aardmetalen terug te winnen

Wetenschappers van de Rice University in Houston, Texas hebben een methode ontwikkeld om zeldzame aardmetalen terug te winnen uit restproducten.

Zeldzame aardmetalen, waaronder neodymium, yttrium en samarium, worden onder meer gebruikt in elektrische auto’s, mobiele telefoons en accu’s. Normaal gesproken worden de aardmetalen gemijnd, maar dat gaat vaak gepaard met veel milieuschade. Zo komt met de aardmetalen vaak ook veel radioactief materiaal mee, dat in het oppervlaktewater terecht kan komen. Het terugwinnen van deze elementen uit elektronisch afval, vliegas en restproducten uit de bauxietverwerkingsindustrie is een stuk duurzamer.

NIET ZELDZAAM

In tegensteling tot wat hun naam doet vermoeden, komen zeldzame aardmetalen op aarde tamelijk veel voor. Het probleem van deze elementen is echter dat we ze nauwelijks in geconcentreerde vorm aantreffen. Daardoor moet er veel materiaal worden afgegraven om relatief weinig van deze delfstoffen te produceren.

De winning van zeldzame aardmetalen uit mijnen leverde in 2015 alleen al in China voor omgerekend vijftien miljard dollar aan milieuschade. Bovendien zijn er steeds minder goed bereikbare plekken waar de mineralen vandaan gehaald kunnen worden.

EFFICIËNTER

Het terugwinnen van zeldzame aardmetalen uit restproducten lijkt dus een goed idee, maar leverde tot nu toe veel te weinig op.

De Amerikaanse wetenschappers tonen nu aan dat de efficiëntie van het terugwinnen fors omhoog kan als je gebruik maakt van een elektrothermisch proces. Waar het op neerkomt is dat ze de traditionele methode die gebruik maakt van (slimme variaties op) uitloging met een verdund zuur vooraf laten gaan door een zeer snelle en zeer sterke verhitting van het materiaal. Dit doen ze door er een stroomstoot doorheen te jagen.

Omdat het afval een hogere concentratie zeldzame aardmetalen bevat dan het materiaal dat in de meeste mijnen wordt gewonnen, is dit nog steeds een relatief energiezuinige methode.

RESULTATEN

De onderzoekers deden hun eerste experimenten met vliegas, een restproduct van kolencentrales. Dit bevat silicium, aluminium, ijzer en kalkoxiden, die als minuscule glasbolletjes rond de spoorelementen gaan zitten. Door het materiaal slechts 1 seconde tot 3000 graden Celsius te verhitten, kwamen de zeldzame aardmetalen vrij in oplosbare vorm. Hierdoor verdubbelde de uiteindelijke opbrengst, in vergelijking met de conventionele methode van zuuruitloging zonder thermische activering.

Bij bauxietafval verbetert de vernieuwde methode een opbrengst met 77 procent, bij elektronisch afval levert het 56 procent extra aan zeldzame metalen op. In het lab althans, bevestigen de onderzoekers desgevraagd, al zijn de experimenten zo ontworpen dat ze in een handomdraai opgeschaald kunnen worden.

Vandaag publiceerden de onderzoekers hun bevindingen in het tijdschrift Science.