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Separación de elementos críticos de un imán de NdFeB

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Papel Blancanieves2

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Bienvenidos de nuevo a nuestra serie que muestra la increíble influencia de la impresora 3D Snowwhite SLS en el progreso científico Hoy nos centramos en un artículo titulado "Separación de elementos críticos de un imán de NdFeB con filtros impresos en 3D funcionalizados con ácido aminofosfónico y su caracterización estructural detallada con tomografía de rayos X."

Para asegurarnos de que todo el mundo pueda entender este importante trabajo, primero desglosaremos qué pretendía conseguir el estudio y cuáles fueron sus descubrimientos clave, todo ello en un lenguaje sencillo. Si desea conocer los detalles más pormenorizados, a continuación encontrará el resumen original y las referencias correspondientes.

Entender el estudio y su resultado principal
Esta investigación analizó filtros impresos en 3D diseñados para separar elementos valiosos de imanes viejos. Estos filtros están hechos principalmente de un plástico común llamado nailon, con un aditivo especial. Se probaron dos aditivos diferentes: uno disponible en el mercado (Lewatit TP260) y otro de nueva creación (llamado ácido aminobisfosfónico (1)).

En primer lugar, disolvieron los imanes viejos con un ácido suave. A continuación, comprobaron la capacidad de los filtros para captar distintos elementos. Los filtros con el aditivo comercial (Lewatit TP260) captaron mucho mejor los elementos de tierras raras (como el neodimio, que se encuentra en los imanes) que otros metales. También eran más eficaces que los filtros con el aditivo de nueva creación.

Debido a su gran rendimiento, se eligieron los filtros PA-TP260 para el proceso de separación principal. Así es como funcionó:

Primero se eliminaba el hierro haciendo que sedimentara fuera de la solución.
A continuación, los elementos restantes se separaron en cuatro grupos diferentes utilizando los filtros: elementos de tierras raras, boro y cobalto, cobre y aluminio.
Un gran descubrimiento fue que estos filtros son muy duraderos y reutilizables. Podían utilizarse durante 50 ciclos de adsorción y liberación de elementos sin perder su eficacia ni cambiar su estructura. Esto significa que son robustos y pueden utilizarse repetidamente.

Resultado principal

El descubrimiento clave es que estos filtros impresos en 3D, concretamente los que contienen el aditivo Lewatit TP260, pueden separar de forma eficaz y sostenible elementos críticos de imanes reciclados. Esto es significativo porque:

Utilizan productos químicos respetuosos con el medio ambiente (como el ácido metanosulfónico) para el proceso de separación.
Los filtros son muy reutilizables y robustos, lo que hace que el proceso sea más rentable y sostenible a largo plazo.
Esencialmente, han encontrado una forma más ecológica y eficaz de recuperar materiales valiosos de los residuos electrónicos.

Separación de elementos críticos de un imán de NdFeB con filtros impresos en 3D funcionalizados con ácido aminofosfónico y su caracterización estructural detallada con tomografía de rayos X
Emilia J. Virtanen, Janne Yliharju, Esa Kukkonen , Tia Christiansen, Minnea Tuomisto, Arttu Miettinen, Ari Väisänen, Jani O. Moilanen

Referencia: https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/677f6c57fa469535b94858e1

Resumen
se investigaron filtros impresos en 3D que contenían un 70% en peso de poliamida (PA) nylon-12 como matriz polimérica y un 30% en peso de una resina funcionalizada con ácido aminofosfónico comercial (Lewatit TP260) o un ácido aminobisfosfónico sintetizado (1) como aditivo para la separación de elementos de un residuo de imán de NdFeB. Antes de los estudios de separación, el imán se lixivió con ácido metanosulfónico al 10 v/v% utilizando una proporción S/L de 5 g/l durante 20 h a 60 °C. Los filtros PA-TP260 adsorbieron elementos de tierras raras (REE) más eficientemente que los elementos de transición y del grupo principal y mostraron una mayor absorción que los filtros PA-1 en el rango de pH estudiado de 0,15-4,00. Así pues, se seleccionaron los filtros PA-TP260 para el proceso de separación, en el que el Fe se precipitó selectivamente del lixiviado, mientras que la extracción en fase sólida se utilizó para separar los elementos restantes del lixiviado en cuatro fracciones distintas: REEs; B, Co; Cu; y Al. No se observó ni una disminución significativa de los porcentajes de adsorción y desorción de los filtros PA-TP260 a lo largo de 50 ciclos de adsorción-desorción, ni cambios estructurales, tal y como confirmaron los estudios detallados de tomografía de rayos X. Los resultados indican que los filtros PA-TP260 son robustos y totalmente reutilizables. En general, los resultados demostraron que los filtros impresos en 3D de alta porosidad separan eficazmente los elementos críticos del lixiviado del imán de NdFeB utilizando únicamente soluciones ecológicas de MSA, cloruro de amonio y oxalato de potasio, allanando el camino hacia procesos de separación más ecológicos para los elementos críticos.