Recovery of rare earth elements from acid mine drainage by co-precipitation with al and fe oxyhydroxides

  1. Mateus Lanna Borges de Moraes
Supervised by:
  1. Ascensión Murciego Murciego Director
  2. Jaime Wilson Vargas de Mello Director
  3. Ana Claudia Queiroz Ladeira Director
  4. Esther Álvarez Ayuso Director

Defence university: Universidad de Salamanca

Year of defence: 2020

Committee:
  1. Francisco Javier Ríos Chair
  2. Angela de Mello Ferreira Secretary
  3. Massimo Gasparon Committee member

Type: Thesis

Teseo: 630725 DIALNET lock_openTESEO editor

Abstract

Las tierras raras (TR) son utilizadas para diferentes aplicaciones en todo el mundo en nuevas tecnologías que son fundamentales para la sociedad. Las TR se consideran materias primas críticas y estratégicas en el escenario globalizado actual y la preocupación por ellas cada vez se acrecienta más. La búsqueda de nuevas fuentes de TR es un problema actual y los investigadores están tratando de desarrollar métodos para reciclarlas y recuperarlas a partir de fuentes secundarias. El drenaje ácido de minas (DAM) es potencialmente una fuente secundaria importante de TR, dado que este efluente puede contener una cantidad considerable de estos elementos de gran valor. Además, como el DAM es un problema ambiental grave y exige tratamiento antes de ser descargado en el medioambiente, conseguir la recuperación de metales a la par que el control de la contaminación es algo crucial para lograr la sostenibilidad. En el estado de Minas Gerais-Brasil se encuentra una mina de uranio cerrada que produce un DAM rico en TR. Este sitio peculiar fue seleccionado para realizar el estudio debido a sus características geoquímicas sui generis. En este escenario, esta investigación tuvo como objetivo evaluar la coprecipitación de TR de los efluentes de DAM utilizando oxihidróxidos de Al y Fe como principales agentes coprecipitantes. La aplicación del modelo geoquímico ‘PHREEQC’ al sistema de DAM indicó que Ln3+, LnSO4+ y LnF2+ son las especies de TR dominantes a un pH 3.5. La neutralización del DAM con KOH produjo un precipitado amorfo que contenía 14% de óxidos de TR. El precipitado contiene polímeros de Al13 que son los responsables de la eliminación de las TR cuando el pH se eleva a 8, promoviendo así la adsorción y el atrapamiento de las TR simultáneamente. La extracción secuencial reveló que el 60% de las TR pueden ser lixiviadas del precipitado utilizando ácido acético. A continuación, se estudió el papel del hierro en la coprecipitación de TR y uranio en los precipitados de Fe-Al en el DAM. Se concluyó que la presencia y la cantidad de Fe en la solución inicial pueden influir positivamente en la eficiencia de eliminación de TR, especialmente en ambientes ácidos. La influencia causada por la adición de Fe fue irrelevante cuando el pH del DAM se elevó a valores iguales a 7-8. La eliminación de uranio no resultó influenciada por la adición de Fe en el DAM antes de la neutralización del pH. Los resultados de la extracción secuencial mostraron que, cuanto mayor es la cantidad de Fe en los precipitados, menos lábiles tienden a ser las TR. Los estudios de espectroscopía Mössbauer del 57Fe revelaron que las TR pueden ocupar posiciones del hierro en la estructura de los precipitados amorfos. Posteriormente, se estudió la influencia de Ca y Zn solubles en la coprecipitación de TR en precipitados de aluminio amorfos. Se concluyó que el Ca ejerce una influencia negativa en la coprecipitación así como en la adsorción de Pr y Eu en precipitados de aluminio amorfo. Por otro lado, la presencia de Ca en la solución no influyó en la coprecipitación y adsorción de los elementos Nd y Sm. Finalmente, un estudio sobre la recuperación de TR de DAM por coprecipitación con polímeros de Al13 usando Ca(OH)2 para el control del pH mostró que aproximadamente el 90% de las TR presentes en la muestra de DAM pueden ser recuperadas por coprecipitación en precipitados de aluminio amorfos. El precipitado contiene aproximadamente el 7% de óxidos de TR. Los resultados del experimento de lixiviación ácida muestran que alrededor del 60%, 65% y 85% de las TR pueden extraerse de los precipitados usando HCl 2 mol L-1, H2SO4 1,7 mol L-1 y CH3COOH 2 mol L-1, respectivamente. También se estimó el potencial económico de la recuperación de TR considerando una muestra de DAM del sitio estudiado, revelando el gran potencial del tratamiento de DAM combinado con la producción de TR, en consonancia con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas.