Riassunto analitico
“Un doppio approccio al recupero di ce da soluzioni di leaching: confronto tra scambio ionico in batch e in colonna con una zeolite naturale di tipo chabasite”
Le Terre Rare (REE), grazie alle loro notevoli proprietà magnetiche e conduttive, sono elementi essenziali per la costruzione dei dispositivi elettronici che ci circondano (ad esempio smartphones, magneti, pannelli fotovoltaici, turbine eoliche, ecc). Il ciclo di estrazione e raffinazione delle REE è un processo estremamente dispendioso e poco sostenibile, poiché richiede molta energia, l’impiego di tecniche complesse e di ingenti quantità di sostanze chimiche, che possono comportare gravi danni per l’ambiente. Essendo elementi essenziali per raggiungere una transizione ecologica e digitale, la richiesta di tali materiali è destinata inevitabilmente ad aumentare in maniera esponenziale. Siccome al giorno d’oggi le REE provengono principalmente dall’Asia, in particolare dalla Cina, l’obiettivo dell’Unione Europea e di altri paesi è quello di raggiungere una graduale indipendenza dalle importazioni di questi materiali critici, riducendo il monopolio dei principali paesi produttori. A tale proposito sono stati proposti metodi alternativi di estrazione, in modo tale da abbattere i costi produttivi e gli scarti nocivi; tuttavia, per far fronte all’ingente domanda globale di terre rare è stato necessario investire in nuove tecnologie per cercare di recuperare REE da fonti secondarie. L’obiettivo di questa tesi è analizzare la possibilità di recuperare cerio (Ce), elemento del gruppo delle Terre Rare, sfruttando la capacità di scambio cationico delle zeoliti naturali. Le lampade con fosfori tricromatici possono essere considerate importanti risorse secondarie di Ce: la concentrazione di ossidi di terre rare nelle lampade può raggiungere il 27,9% in peso (Eduafo et al., 2015). In questa tesi sono stati messi a punto nuovi procedimenti di scambio cationico in batch e in colonna utilizzando una Chabasite naturale di Sorano (GR) scambiata con ammonio NH4-CHA, con granulometria in polvere (per scambi in batch) o media (0,7-2 mm, per scambi in colonna), per cercare di recuperare Ce da soluzioni che simulino i liquori ottenuti dal leaching di tali lampade. In entrambi i casi il campione di NH4-CHA è stato messo a contatto con una soluzione ricca di Ce (0.03 M) e successivamente analizzato tramite analisi con microscopio elettronico a scansione (SEM), analisi elementari (AE), analisi termogravimetriche (TG), analisi per diffrazione a raggi X (XRPD), analisi di spettrometria a raggi X (XRF). Le soluzioni di scambio sono state analizzate con spettroscopia atomica ad emissione al plasma (ICP). I risultati di tali analisi sono infine stati confrontati e discussi per valutare se i metodi in batch e in colonna siano paragonabili e se il metodo in colonna possa eventualmente essere applicato a scala industriale. È stato possibile dimostrare che scambi in batch con un rapporto solido/liquido 1/30 mostrano risultati migliori rispetto a scambi in batch con rapporti 1/10 o 1/60 per quanto concerne l’ingresso di cerio nella zeolite. Per quanto riguarda gli scambi in colonna è stato possibile osservare che la maggior parte di cerio entri nella zeolite durante la prima ora di scambio, pertanto, reiterare lo scambio oltre la prima ora risulta poco efficace. In particolare, le analisi ICP hanno dimostrato che nello scambio in batch con rapporto 1/30 e nello scambio in colonna sono entrati rispettivamente 70,87 mg e 250,84 mg di cerio (tuttavia nella colonna si utilizza un rapporto solido/liquido 1/200, quindi una concentrazione di Ce maggiore rispetto agli scambi in batch). Campioni scambiati e ricchi di Ce sono stati nuovamente scambiati con gli stessi metodi utilizzando una soluzione ricca di NH4 per recuperare la REE di interesse. I contro scambi si sono rivelati essere poco efficienti, in quanto molto del Ce rimaneva all’interno delle cavità zeolitiche.
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