Tesis del agua

Un sistema alternativo para recuperar químicos esenciales para el medio ambiente

Las tierras raras (en inglés, rare earth elements, REE) son esenciales para el funcionamiento de las energías verdes. En su tesis doctoral, Alba Lozano, plantea un modelo geoquímico basado en un proceso de drenaje ácido de mina para recuperar estos elementos y asegurar su aplicación en favor del medio ambiente, incentivando así la economía circular.

El drenaje ácido de mina es el proceso de acidificación de las aguas superficiales como consecuencia de su interacción con metales como la pirita (FeS2), que provocan la acidez del agua (pH < 7) y permiten la existencia de elementos en disolución (Al, Fe y tierras raras- REE- entre otros).

El drenaje ácido puede ser neutralizado (al aumentar el pH) mediante un proceso de mezcla natural con ríos, o mediante tratamientos pasivos comúnmente usados en la minería, en los que se añaden sustancias alcalinas, como la cal apagada.

En este proceso de neutralización los elementos mayoritarios (Al, Fe) se precipitan formando nuevos minerales, schwertmannita y basaluminita, alcanzando un determinado pH aproximado de 3 y 5, respectivamente; y a los que se pueden incorporar otros elementos minoritarios como las tierras raras.

Alba Lozano analiza en su tesis el drenaje de las aguas superficiales

Las tierras raras son el nombre que reciben el conjunto de elementos químicos formado por la serie de los lantánidos (La-LU), el itrio (Y) y el escandio (SR). Son materiales indispensables para las industrias modernas y, sobre todo, para las energías verdes. Sin embargo, su abastecimiento es limitado, lo que ha provocado que sean catalogadas por la Unión Europea como materias primas críticas y ha promovido la búsqueda de fuentes alternativas para su aprovisionamiento en todo el mundo.

Alba Lozano estudia en su tesis doctoral, “Geochemistry of rare earth elements in acide mine drainage precipitates”, el mecanismo de retención de tierras raras en estos precipitados con el objetivo de alcanzar un mayor conocimiento del proceso y poder proponer sistemas de recuperación de tierras raras en precipitados obtenidos por neutralización pasiva, fácilmente controlable y así incentivar la economía circular.

Para tal fin, la investigación doctoral parte de la hipótesis de que el proceso de adsorción es el mecanismo de retención: las tierras raras se incorporan a la superficie de los precipitados. A lo largo de esta tesis se han realizado experimentos de adsorción en el laboratorio donde se han puesto en contacto muestras sólidas de cada mineral artificial con soluciones acuosas que contienen REE en disolución.

Una vez obtenidos los resultados del experimento, la autora de la tesis plantea un modelo geoquímico de complejación superficial: a través de reacciones geoquímicas se explica cómo las moléculas acuosas formadas por las tierras raras se unen (se complejan) a las moléculas que forman la superficie de cada mineral. Una vez validado, el modelo geoquímico ha permitido predecir la movilidad de las REE en los sistemas de tratamiento pasivos, también estudiados en el laboratorio.

Una de las conclusiones a destacar es la existencia de una preferente adsorción de REE cuando precipita basaluminita entre pH 5-6 con respecto al rango de precipitación de schwertmannita, que lo hace a pH menores de 4. Esto se debe a que a pH por debajo de 4 no ocurre la adsorción de REE, y éstas permanecen en disolución en el drenaje ácido. Sólo el escandio es capaz de quedar adsorbido en la schwertmannita ya que su adsorción sí es posible a valores tan bajos de pH.

Los resultados tienen gran implicación práctica ya que esta información permite diseñar una recuperación selectiva de tierras raras en los tratamientos pasivos utilizados en las mineras.

El modelo propuesto en esta tesis doctoral permite sistemas de recuperación de tierras raras en precipitados del drenaje ácido de mina, lo que supone fuentes alternativas de aprovisionamiento de estos elementos.

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Sobre el autor

Alba Lozano
Alba Lozano Letellier es Ingeniera de Minas por la Universidad de León (2012), Máster en Recursos Geológicos e Ingeniería Geológica por la Universidad de Oviedo (2014) y Doctora en Ciencias de la Tierra por la Universidad de Barcelona (2019). Ha sido becaria del Ministerio de Ciencia e Innovación y de Universidades para la formación de doctores durante 2015-2019, y para la realización de dos estancias breves en el instituto ISTerre en la Universidad de Grenoble-Alpes (Francia) durante 2016-2017. Su motivación investigadora se basa en el estudio de remediación ambiental de suelos y aguas en conjunción con la posibilidad de implementación de una economía circular.