Caracterización y extracción selectiva de los elementos de tierras raras contenidas en la basura electrónica - Alvarado Hernández, Lizet (Universidad Autónoma Metropolitana, 2020)
This research presents a sustainable alternative to recover rare earth elements (REE) from cathode ray tube (CRT) wastes from discarded televisions. Different organic and inorganic ligands were tested as leaching agents, the best being the pyrophosphate ion (P2O7 4 ˉ). Thermodynamic analysis predicts the formation of soluble REE species complexed with pyrophosphate ion (P2O7 4 ˉ) in the pH range between 2 and 8. Leaching solutions of 0.1 M Na4P2O7 were employed at pH 6 and ambient temperature and pressure. This alternative proved to be superior compared to traditional methods to recover REE from minerals and waste materials (elevated temperatures and acidity (pH < 0), because the recovery is selective for REE. REE may then be recovered by precipitation and the P2O7 4 ˉ solution recirculated, lengthening the lifetime of said solution and minimizing toxic waste generation. This proposal contributes to the development of technologies in Mexico, dealing with real problems, since CRTs are considered passive wastes, due to their high lead content. Mexico is currently in early stages of recycling, especially for CRT. However, as an added value, they also contain appreciable amounts of rare earth elements (30% by weight). With the above-mentioned conditions, REE extraction from the untreated CRT powder was very low, on the order of 6% for Ce and negligible amounts for Y y Eu. This is due to encapsulation by another component in the powders, ZnS (39 %), and the high content of PO4 3 ˉ (6 %), which limits REE solubility. To increase the recovery, pretreatments were used to remove these species: heat treatment (roasting) at temperatures of 800 ˚C, followed by a chemical pretreatment with concentrated solutions of sodium hydroxide (5 M) at 95 ˚C. The combination of these pretreatments completely removed the Zn and 79 % of the phosphate, as well as other base metals such as Fe, Cu and Pb, resulting in an increased exposure of the REE for subsequent leaching. Extraction percentages were obtained for Y, Ce, Eu and Sm of 58, 71, 90 and 90 %, respectively, in the first hours of leaching with pyrophosphate solution.; Esta investigación presenta una alternativa sostenible para recuperar elementos de tierras raras (REE) desde desechos de tubos de rayos catódicos (CRT) provenientes de televisores en desuso, a través de una lixiviación selectiva, proponiendo diferentes ligandos orgánicos e inorgánicos como agentes lixiviantes, siendo el mejor, el ion pirofosfato (P2O7 4 ˉ). El análisis termodinámico predice la formación de especies solubles de REE complejadas con pirofosfato (P2O7 4- ) en un rango de pH de 2 y hasta 8. Se emplearon soluciones lixiviantes de 0.1 M Na4P2O7 a pH 6 a temperatura y presión ambiente. Esta alternativa demostró ser superior en comparación con los métodos tradicionales para recuperar REE de minerales y material de desecho (utilizan soluciones acuosas de temperaturas y acidez elevadas pH < 0), porque la recuperación es selectiva para los REE. Los REE pueden recuperarse por precipitación proponiendo recircular la solución de P2O7 4 ˉen algún punto del proceso, alargando el tiempo de vida útil de dicha solución y minimizando la generación de residuos tóxicos. Esta propuesta contribuye al desarrollo de tecnologías en México, tratando problemas reales, ya que los CRT se consideran desechos pasivos, debido a su elevado contenido de plomo, actualmente México se encuentra en etapas tempranas de reciclaje especialmente para CRT. Sin embargo, como valor agregado, también contienen cantidades apreciables de elementos de tierras raras (30 % en peso). Con las condiciones mencionadas anteriormente la extracción de los REE a partir del polvo CRT sin tratar, fue muy baja, del orden de 6 % como máximo para Ce, y cantidades insignificantes para Y e Eu. Esto se debe al encapsulamiento por otro componente en los polvos, ZnS (39 %), y el elevado contenido de PO4 3 ˉ (6 %), que limita la solubilidad de los REE. Para aumentar el porcentaje de recuperación, se recurrió a tratamientos previos para remover dichas especies: tratamiento térmico (tostación) a temperaturas de 800 ˚C, seguido de un pretratamiento químico con soluciones concentradas de hidróxido de sodio (5 M) a 95 ˚C. La combinación de estos pretratamientos, elimino completamente el Zn y el 79 % del fosfato, así como otros metales base como Fe, Cu y Pb, dando como resultado una mejor disposición de REE para su lixiviación posterior. Se obtuvieron porcentajes de extracción para Y, Ce, Eu y Sm de 58, 71, 90 y 90%, respectivamente, en las primeras horas de lixiviación con la solución de pirofosfato.