Ispirato dal lavoro della natura per costruire strutture appuntite nelle grotte, gli ingegneri della Iowa State University hanno sviluppato una tecnologia in grado di recuperare metalli puri e preziosi dalle leghe dei nostri vecchi telefoni e altri rifiuti elettrici.

Utilizzando applicazioni controllate di ossigeno e temperature relativamente basse, gli ingegneri dicono che possono deallocare un metallo spostando lentamente i componenti più reattivi sulla superficie dove formano punte di ossidi metallici simili a stalagmiti.

Che lascia i componenti meno reattivi in ​​un purificato, nucleo liquido circondato da punte fragili di ossido di metallo "per creare una cosiddetta 'struttura nave-in-una-bottiglia, '", ha detto Martin Thuo, il leader del progetto di ricerca e professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la Iowa State University.

"La struttura formata quando il metallo è fuso è analoga a strutture di caverne piene come stalattiti o stalagmiti, " disse Thuo. "Ma invece dell'acqua, stiamo usando l'ossidazione per creare queste strutture."

Un documento che descrive la nuova tecnologia, "Speciezione guidata dalla passivazione, disallaccio e purificazione, " è stato recentemente pubblicato dalla rivista Orizzonti di materiali .

I fondi di avvio dell'università e parte di una sovvenzione per la ricerca sull'innovazione delle piccole imprese del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti hanno sostenuto lo sviluppo della tecnologia.

Thuo ha notato che questo progetto è l'esatto opposto del precedente lavoro del suo gruppo di ricerca per lo sviluppo di saldature prive di calore.

"Con saldatura senza calore, volevamo mettere insieme le cose, " ha detto. "Con questo, vogliamo far crollare le cose".

Ma non solo cadere a pezzi in qualsiasi modo. Thuo e gli ingegneri del suo gruppo di ricerca vogliono controllare esattamente come e dove i componenti della lega si sfaldano, o affare.

"È come essere un sussurro di metallo, " ha detto. "Facciamo andare le cose come vogliamo".

Gli ingegneri hanno offerto una descrizione più precisa nel loro articolo:"Questo lavoro dimostra il comportamento controllato dell'ossidazione superficiale nei metalli e il suo potenziale nella progettazione di nuove strutture di particelle o purificazione/delega. Regolando l'ossidazione tramite la temperatura, pressione parziale ossidante, tempo e composizione, un equilibrio tra reattività e deformazione termica consente morfologie senza precedenti."

Quelle forme e strutture senza precedenti potrebbero essere molto utili.

"Abbiamo bisogno di nuovi metodi per recuperare i metalli preziosi dai rifiuti elettronici o dai materiali metallici misti, " Thuo ha detto. "Quello che dimostriamo qui è che i tradizionali metodi elettrochimici o ad alta temperatura (sopra 1, 832 gradi Fahrenheit) potrebbe non essere necessario nella purificazione del metallo poiché la reattività del metallo può essere utilizzata per guidare la separazione".

Thuo ha affermato che la tecnologia di ossidazione funziona bene a temperature comprese tra 500 e 700 gradi Fahrenheit. ("Si mette in un forno e si fa separare i metalli, " Egli ha detto.)

Oltre alla purificazione e al recupero dei metalli, questa nuova idea potrebbe essere applicata anche alla speciazione dei metalli, la capacità di dettare la creazione e la distribuzione di determinati componenti metallici. Un uso potrebbe essere la produzione di catalizzatori complessi per guidare reazioni a più stadi.

Diciamo che i chimici hanno bisogno di un catalizzatore di ossido di stagno seguito da un catalizzatore di ossido di bismuto. Inizieranno con una lega con l'ossido di bismuto sepolto sotto l'ossido di stagno. Faranno funzionare la reazione con il catalizzatore di ossido di stagno. Quindi aumenteranno la temperatura al punto che l'ossido di bismuto viene in superficie sotto forma di punte. E poi eseguiranno la reazione con il catalizzatore di ossido di bismuto.

Thuo attribuisce lo sviluppo della nuova tecnologia al lavoro con studenti di talento e due collaboratori.

"Abbiamo costruito su questa grande idea molto lentamente, " ha detto. "E lavorando insieme, siamo stati in grado di rompere questa lacuna di conoscenza."