Des techniques plus vertes pourraient aider à trouver des minéraux rares pour les téléphones

Trouver et extraire suffisamment de minéraux de terres rares pour alimenter le nombre croissant de téléphones portables est un défi difficile qui peut faire des ravages sur l'environnement, mais de nouvelles techniques pourraient aider.

Les chercheurs affirment qu'ils ont retiré les précieux éléments de terres rares (REE) des déchets à des rendements suffisamment élevés pour résoudre les problèmes des fabricants tout en augmentant leurs bénéfices. Les scientifiques ont déclaré dans un article récent que leur procédé est plus respectueux de l'environnement car il utilise moins d'énergie que d'autres méthodes et transforme le flux d'acide souvent utilisé pour récupérer les éléments en un filet.

"Un smartphone peut contenir jusqu'à huit ETR différents", a déclaré James Tour , chimiste de l'Université Rice, auteur de l'étude, à Digital Trends dans une interview. "Les couleurs de l'écran rouge, bleu et vert sont renforcées par les REE, tout comme le mécanisme vibrant et les haut-parleurs."

Des minéraux qui permettent à votre téléphone de fonctionner

Le laboratoire de Tour a utilisé un procédé de chauffage spécial qui produit du graphène à partir de n'importe quelle source de carbone solide pour récupérer les métaux des terres rares. Les minéraux ont des propriétés magnétiques et électroniques essentielles à l'électronique moderne et aux technologies vertes.

Alors que l'extraction industrielle des cendres volantes de charbon, des résidus de bauxite et des déchets électroniques implique généralement un acide fort – un processus long et non vert – le laboratoire Rice chauffe les cendres volantes et d'autres matériaux à environ 5 432 degrés Fahrenheit en une seconde. Le processus transforme les déchets en «espèces de terres rares activées» hautement solubles.

Tour a déclaré que le traitement des cendres volantes par chauffage flash Joule "casse le verre qui enveloppe ces éléments et convertit les phosphates de terres rares en oxydes métalliques qui se dissolvent beaucoup plus facilement". Les procédés industriels utilisent une concentration de 15 molaires d'acide nitrique pour extraire les matériaux ; le procédé Rice utilise une concentration beaucoup plus douce de 0,1 molaire d'acide chlorhydrique qui donne encore plus de produit.

Les chercheurs ont découvert que le chauffage instantané des cendres volantes de charbon (CFA) faisait plus que doubler le rendement de la plupart des éléments de terres rares en utilisant un acide très doux par rapport à la lixiviation des CFA non traités dans des acides forts.

"La stratégie est générale pour divers déchets", a déclaré Bing Deng, l'un des chercheurs. "Nous avons prouvé que les rendements de récupération des ETR étaient améliorés à partir des cendres volantes de charbon, des résidus de bauxite et des déchets électroniques par le même processus d'activation."

Problèmes environnementaux

Deloitte Global prédit que les smartphones – les appareils électroniques grand public les plus populaires au monde qui devraient avoir une base installée de 4,5 milliards en 2022 – généreront 146 millions de tonnes de CO2 ou d'émissions équivalentes cette année seulement.

"Le roulement rapide des nouveaux téléphones chaque année est un problème car nous consommons la technologie à un rythme rapide, ce qui a également des impacts sur l'environnement", a déclaré Alexander Gysi , professeur au Département des sciences de la Terre et de l'environnement à l'Institut des mines et de la technologie du Nouveau-Mexique. , a déclaré Digital Trends dans une interview.

Alors que le recyclage aiderait à réduire les émissions, l'exploitation minière est toujours moins chère et nécessaire pour répondre à la demande croissante d'appareils technologiques, a déclaré Gysi. Chaque année, leurs composants deviennent plus petits et plus légers, ont une durée de vie de la batterie plus longue et sont remixés pour améliorer la qualité des écrans, a-t-il ajouté.

« Nos téléphones portables sont suralimentés en terres rares et autres métaux comme le cuivre et l'or ; il serait donc avantageux de pouvoir réutiliser certaines des pièces pour extraire les terres rares, mais nous n'en sommes pas encore là. »

Gysi a déclaré que l'extraction des terres rares à partir de gisements minéraux naturels peut être difficile, car ces différentes terres rares se produisent ensemble dans divers types de minéraux. L'extraction des minéraux nécessite une séparation mécanique ou physique ainsi qu'une séparation chimique.

"Ce processus peut également impliquer des produits chimiques qui doivent être traités avec soin via la récupération des déchets miniers", a déclaré Gysi. "Avec les réglementations sur l'exploitation minière et l'extraction en Amérique du Nord, il pourrait être avantageux de le faire localement et de manière responsable, mais cela risque d'être plus coûteux et nécessite des incitations pour le faire."

Le laboratoire de Gysi travaille sur de nouvelles techniques d'extraction des ETR. Les chercheurs ont étudié comment les ETR sont séparés chimiquement dans les systèmes naturels dans les fluides hydrothermaux supercritiques de la croûte terrestre.

"Ce sont essentiellement des solutions d'eau à haute température et pression", a déclaré Gysi. « Nous étudions comment différents acides/bases et ligands comme le chlorure, le fluorure et l'hydroxyle peuvent se lier aux terres rares, améliorer leur solubilité et même aider à les fractionner. Cela permettra de prédire la solubilité et le comportement de fractionnement de ces métaux et pourrait également être utilisé pour développer de nouvelles technologies.

De nouvelles méthodes pour trouver des minéraux

Les ordinateurs pourraient également stimuler les efforts pour trouver des minéraux rares. Les chercheurs ont proposé un système d'intelligence artificielle (IA) qui pourrait étudier une base de données de minéraux de terres rares, reconnaître des modèles, puis lui permettre de repérer de nouvelles correspondances potentielles.

Avant l'avènement de l'IA ou de l'apprentissage automatique (ML), la découverte de nouveaux matériaux était basée sur des essais et des erreurs, a déclaré le scientifique des matériaux Prashant Singh , du laboratoire Ames de l'Iowa State University et auteur de la nouvelle étude, à Digital Trends dans un entrevue.

"Le processus pour amener un matériau nouvellement découvert du laboratoire au marché peut prendre 20 à 30 ans, mais l'IA/ML peut considérablement accélérer ce processus en simulant les propriétés des matériaux sur des ordinateurs avant de mettre les pieds dans un laboratoire", a déclaré Singh. "Cela rend l'IA/ML utile pour découvrir des composés technologiquement utiles."