Una nueva investigación ofrece soluciones para extraer metales críticos mientras se practica la sostenibilidad. Ashima Sharma analiza dos tecnologías que permiten la extracción de metales críticos utilizando microbios y esponjas de nanopartículas.
A medida que las leyes de mineral de los metales disminuyen en todo el mundo, lo que una vez fue un desecho ahora parece una oportunidad.
Australia tiene más de 50,000 sitios mineros antiguos que podrían convertirse en fuentes de metales extraídos de desechos mineros. En mayo de este año, el Gobierno de Australia publicó un mapa de 1050 depósitos de relaves que podrían ser valiosos a medida que se reprocesan. .
A medida que aumenta la adopción global de la tecnología de energía verde, también se espera que la demanda de tierras raras aumente en un 600% para 2040. El suministro a corto y mediano plazo de estos minerales resulta difícil, ya que las instalaciones mineras pueden tardar más de tres años en desarrollarse. Además, el Laboratorio Nacional de Idaho estima que 100,000 toneladas de tierras raras terminan en desechos solo por la producción de ácido fosfórico, un fertilizante común.
Seis proyectos globales apuntan a una producción de más de 10,000 toneladas de elementos clave neodimio y óxido de praseodimio (NdPr) para 2027, recuperados de relaves y subproductos. Países como Australia, Suecia y Sudáfrica ya están a la vanguardia de un impulso para utilizar los desechos mineros y los subproductos de los descartes de carbón para extraer tierras raras.
Recuperación de metales de residuos y relaves
Según los datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos de 2022, China representa el 70% de la producción minera mundial de tierras raras, seguida de Australia, Myanmar y Tailandia. China también alberga el 85% de la capacidad mundial para procesar tierras raras en materiales que los fabricantes pueden usar.
Sin embargo, Estados Unidos y la UE, dos mercados más grandes para las exportaciones de China, han estado tratando durante mucho tiempo de dejar de depender de dicho país. En el caso de los Estados Unidos, esto se puede ver en su último movimiento para detener el envío de equipos de fabricación de chips semiconductores a China. En represalia, China frenó su exportación de metales críticos ampliamente utilizados en la industria de semiconductores.
Mientras los gobiernos planifican marcos de políticas para alcanzar los objetivos climáticos, lograr cero emisiones netas y cambiar a una combinación de energía renovable, un suministro geopolíticamente estable de minerales críticos sigue siendo una prioridad creciente. La cadena de suministro de China no solo está plagada de acusaciones de abusos contra los derechos humanos, sino que la falta de diversidad regional en el suministro deja poco poder de negociación para los países económicamente más débiles en el orden de las energías renovables.
En este escenario, dos nuevos avances recientes en investigación y tecnología ofrecen soluciones para un panorama minero sostenible en la cadena de suministro de metales y minerales críticos: 1) el uso de microbios para extraer metales críticos y 2) la utilización de esponjas de nanopartículas para extraer minerales críticos.
Microbios – los excavadores de la naturaleza
En una investigación reciente de la Universidad de Waterloo, los investigadores utilizaron microbios para extraer metales y almacenar carbono en los productos de desecho generados por las actividades mineras. Este enfoque, conocido como biolixiviación, está ganando terreno como una alternativa sostenible a los métodos de extracción convencionales.
La biolixiviación implica cultivar microbios amantes de los metales en tanques que contienen minerales ricos en minerales. Al aprovechar la actividad metabólica de estos microorganismos, los metales valiosos se pueden extraer de manera eficiente de los desechos al tiempo que se reduce el impacto ambiental de una mina.
Los microorganismos, como bacterias y hongos, poseen la capacidad de descomponer minerales complejos y extraer metales valiosos de los minerales. Así como las rocas se desgastan con el aire y el agua a lo largo del tiempo, los microbios también «contribuyen a la intemperie al adherirse a las superficies minerales, generar ácidos que disuelven las rocas a través de la fermentación y la respiración y liberar compuestos quelantes», observa la investigación.
«Podemos tomar relaves que se produjeron en el pasado y recuperar más recursos de esos materiales de desecho y, al hacerlo, también reducir el riesgo de que los metales residuales entren en las vías fluviales locales o subterráneas», dice la investigadora y autora del informe Jenine McCutcheon, profesora asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la universidad.
Si bien el proceso natural de meteorización microbiana es lento, puede acelerarse cuando se aplica a rocas de grano fino o subproductos como los desechos minerales generados por el procesamiento de minerales. El níquel y el cobalto se encuentran entre los metales más adecuados para este propósito. Estudios recientes también han demostrado la eficacia de la biolixiviación en la extracción de metales críticos, como el cobre, el oro y el uranio.
Convertir los residuos en un sumidero de carbono
Además de ayudar a la recuperación de metales, los microbios también capturan dióxido de carbono de la atmósfera y lo almacenan en los desechos de la mina como nuevos minerales, formando un sumidero de carbono en sí mismo. Este proceso, llamado carbonatación mineral, puede compensar las emisiones liberadas en las actividades diarias de una mina, al tiempo que estabiliza los relaves secos.
Cuando se aplica a toda una mina, la carbonatación podría compensar hasta el 34% de las emisiones anuales de gases de efecto invernadero. «Las compensaciones de emisiones podrían aumentarse a través de una mayor optimización del proceso para lograr una minería neutra en carbono o potencialmente negativa en carbono», señala la investigación.
«Esta técnica hace un mejor uso de los sitios mineros actuales y pasados. Repensar cómo se diseñan las futuras minas para integrar este proceso podría resultar en minas que sean neutrales en carbono desde el principio en lugar de pensar en el almacenamiento de carbono como un complemento al final «, dice McCutcheon.
Esponjas de nanopartículas: extracción de minerales críticos por absorción
Mientras que los microbios proporcionan un método natural de extracción de metales, otra innovación viene en forma de esponjas de nanopartículas. Ingenieros de la Universidad Northwestern en los Estados Unidos han desarrollado pequeñas partículas, conocidas como esponjas de nanopartículas, que poseen una capacidad excepcional para unirse selectivamente con minerales específicos de soluciones minerales.
El uso de esponjas de nanopartículas implica dispersarlas en solución con el mineral. Las partículas, con sus altas áreas superficiales y afinidad por minerales específicos, se unen selectivamente a los elementos objetivo y los separan de la solución restante. Esta capacidad de extraer metales pesados es particularmente valiosa para eliminar metales críticos como el cobalto, de las fuentes de agua.
Además, estas esponjas también pueden eliminar metales pesados tóxicos, como el plomo, y metales críticos como el cobalto del agua contaminada, dejándola segura para beber. En su artículo, los investigadores demuestran sus hallazgos utilizando la «esponja» en una muestra de agua que contiene más de 1 parte por millón de plomo. Con una inmersión, la esponja filtra el plomo a niveles indetectables.
Un ejemplo notable de extracción de esponjas de nanopartículas es la recuperación de litio, un componente vital en la producción de baterías para vehículos eléctricos. Los métodos tradicionales de extracción de litio a menudo se basan en procesos dañinos para el medio ambiente, como los estanques de evaporación, que consumen grandes cantidades de agua y representan un riesgo de contaminación. Por el contrario, las esponjas de nanopartículas ofrecen una alternativa respetuosa con el medio ambiente al capturar eficientemente iones de litio de soluciones de salmuera, allanando el camino para la extracción sostenible de litio.
Como resultado, este método ofrece un uso reducido de agua, tasas de extracción más rápidas y un impacto ambiental mínimo.
Potencial para la minería sostenible
Aquellos que señalan a la energía como «un sector emocionante» a menudo usan el mismo aliento para señalar la expansión de las ciencias de la vida y la ciencia de los materiales. Este cruce entre los dos sectores tiene un inmenso potencial para transformar la industria minera.
Estos enfoques no solo abordan la necesidad apremiante de extracción sostenible de metales, sino que también mitigan los impactos ambientales asociados con las prácticas mineras tradicionales. Al adoptar estas tecnologías, las empresas mineras pueden reducir el consumo de energía, el uso de agua y la liberación de productos químicos nocivos en el medio ambiente.
Sin embargo, esta tecnología se encuentra en una etapa temprana. Se necesita más investigación y desarrollo para optimizar la eficiencia de extracción, la rentabilidad y la escalabilidad de estos enfoques.
Este artículo ha sido adaptado de Mining Technology. Ha sido publicado y traducido por GĚRENS en agosto de 2023.
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