Un nuovo modo per trattare il drenaggio delle miniere acide (AMD) potrebbe aiutare a trasformare il problema dell'inquinamento ambientale in un'importante fonte domestica degli elementi critici delle terre rare necessari per produrre tecnologie che vanno dagli smartphone agli aerei da combattimento, secondo gli scienziati della Penn State.

"Il drenaggio delle miniere acide è stato un problema ambientale significativo per molti decenni, " disse Mohammad Rezaee, assistente professore di ingegneria mineraria presso il College of Earth and Mineral Sciences della Penn State. "Questa ricerca mostra che possiamo modificare i processi di trattamento esistenti in un modo che non solo affronti le preoccupazioni ambientali, ma allo stesso tempo recupera elementi preziosi e di fatto diminuisce il costo delle cure”.

Un team di scienziati della Penn State ha sviluppato un processo di trattamento in due fasi che ha permesso loro di recuperare concentrazioni più elevate di elementi delle terre rare utilizzando quantità minori di sostanze chimiche rispetto a quanto precedentemente possibile, hanno detto gli scienziati.

"Questa tecnica rappresenta un efficiente, metodo a basso costo e rispettoso dell'ambiente per estrarre questi preziosi minerali che vengono utilizzati in un'ampia varietà di prodotti di consumo e industriali, " disse Sarma Pisupati, professore di ingegneria energetica e mineraria e direttore del Center for Critical Minerals alla Penn State.

Gli elementi delle terre rare sono un gruppo di 17 minerali ampiamente utilizzati nelle tecnologie avanzate e designati dagli Stati Uniti come fondamentali per la sicurezza economica e nazionale del paese. Gli Stati Uniti attualmente importano quasi il 100% di questi materiali, con la Cina che produce circa l'85% dell'offerta mondiale.

L'AMD proveniente dalle operazioni di estrazione del carbone negli Appalachi rappresenta una promettente fonte domestica di elementi delle terre rare perché contiene spesso elevate concentrazioni di minerali, e poiché viene già raccolto e trattato a causa di preoccupazioni ambientali, hanno detto gli scienziati.

"Attualmente stiamo sostenendo dei costi solo per trattare l'acqua, e in molti casi, non stiamo nemmeno raccogliendo tutti questi minerali, " ha detto Pisupati. "Ora siamo in grado di trasformare quello che era stato considerato un prodotto di scarto in una risorsa preziosa".

L'AMD si verifica quando la roccia di pirite - solfuro di ferro - dissotterrata dall'attività mineraria interagisce con l'acqua e l'aria e quindi si ossida, creando acido solforico. L'acido quindi rompe le rocce circostanti, provocando la dissoluzione di metalli tossici nell'acqua, hanno detto gli scienziati.

I metodi di trattamento tradizionali prevedono la raccolta dell'AMD in vasche di ritenzione e l'aggiunta di sostanze chimiche per neutralizzare il pH, un indicatore di quanto sia acida o basica una sostanza. Questo fa precipitare i metalli disciolti, o trasformarsi in solidi, e uscire dall'acqua. Fino al 70% degli elementi delle terre rare possono essere estratti come fanghi utilizzando questo processo, e il resto viene rilasciato insieme all'acqua trattata, secondo i ricercatori.

Gli scienziati hanno scoperto di poter estrarre una maggiore concentrazione di elementi delle terre rare e altri minerali critici aggiungendo anidride carbonica all'AMD e quindi portandolo a un pH neutro di 7, l'obiettivo della bonifica ambientale, in due passaggi separati.

Usando questo metodo, Il 90% dell'alluminio è stato recuperato a pH 5 e l'85% degli elementi delle terre rare è stato recuperato a pH 7, gli scienziati hanno riferito in Giornale di ingegneria chimica .

L'aggiunta di anidride carbonica all'AMD produce reazioni chimiche che portano alla formazione di minerali solidi chiamati carboniti, hanno detto gli scienziati. Gli elementi delle terre rare si legano con le carboniti extra e precipitano fuori dall'acqua a valori di pH più bassi.

Il processo, chiamata mineralizzazione dell'anidride carbonica, è una tecnologia emergente utilizzata per rimuovere l'anidride carbonica in eccesso dall'atmosfera. Questo studio rappresenta la prima volta che è stato utilizzato per recuperare grandi concentrazioni di elementi di terre rare da AMD, hanno detto gli scienziati.

Recuperare la stessa concentrazione di elementi delle terre rare da AMD utilizzando metodi di trattamento tradizionali richiederebbe l'aggiunta di sostanze chimiche aggiuntive per aumentare il pH oltre 7. Gli scienziati hanno affermato che abbassando i costi di recupero, il nuovo metodo di trattamento potrebbe rendere più competitivo il mercato nazionale delle terre rare.

"Con una semplice modifica dei processi di trattamento esistenti, l'industria potrebbe utilizzare meno prodotti chimici e ottenere più valore dai rifiuti AMD, "Rezaee ha detto. "Questa è la bellezza di questa ricerca."