La tecnología permite el aprovechamiento de residuos de yeso fosforado ambientalmente peligrosos para obtener productos valiosos para la industria química, metalúrgica y la agricultura con la extracción asociada de metales de tierras raras (REM).
Estos últimos, como es bien sabido, se encuentran hoy en el primer plano de la agenda política: el presidente estadounidense, Donald Trump, ha identificado el acceso a estos recursos como el interés más importante de su país en Ucrania. Las tierras raras son irreemplazables, por ejemplo, en la producción de numerosos componentes de dispositivos electrónicos y en aleaciones metálicas. El académico Alexander Fersman las llamó “vitaminas de la industria”. El principal productor de metales de tierras raras es China. Representa el 70% de la producción mundial.
A pesar del nombre, los depósitos de metales de tierras raras están bastante extendidos. El problema es que todos los depósitos naturales accesibles territorialmente no contienen más del 2% de elementos de este grupo. Su extracción sólo puede justificarse económicamente como subproducto. En particular, es prometedor obtener REE en combinación con ácido fosfórico a partir de concentrados de apatita.
Con el método de dihidrato más común de procesamiento de ácido sulfúrico de materias primas de apatita, aproximadamente el 15 % de las tierras raras (REE) permanecen en la solución de ácido fosfórico. El resto acaba en vertederos de residuos de yeso fosforado. Pertenecen a la cuarta clase de riesgo ambiental. El Estado cobra una tarifa considerable por este tipo de eliminación, ya que los volúmenes de yeso fosforado en los montones de desechos son bastante grandes. Baste decir que por cada tonelada de ácido fosfórico producida se producen entre 4 y 5 toneladas de este subproducto, que hoy en día prácticamente no se utiliza en ninguna parte. Por ejemplo, sólo el yeso fosforado altamente purificado cumple con los estándares de construcción. Y este es un proceso injustificadamente caro.
Los investigadores del Departamento de Química General y Física de la Universidad de Minería de San Petersburgo de la Emperatriz Catalina II, utilizando el potencial de laboratorio del centro científico de la universidad "Problemas de procesamiento de recursos minerales y tecnogénicos", han demostrado la eficacia del reciclaje de cualquier residuo de yeso fosforado mediante el método de conversión de carbonato.
“Estamos hablando de tratar el yeso fosforado con una solución de carbonato de amonio. Los principales productos de conversión son tiza (carbonato de calcio) y sulfato de amonio. La tiza es adecuada para su uso en las industrias metalúrgica, química y de la construcción. El sulfato de amonio es un fertilizante mineral complejo.
A una temperatura de conversión de aproximadamente 100 grados Celsius, todos los metales de tierras raras se convierten completamente en la solución de carbonato. Se aíslan de la solución mediante cristalización fraccionada o utilizando resinas de intercambio iónico, obteniendo elementos de tierras raras individuales, que son productos independientes”, explicó la autora del desarrollo, profesora del Departamento de Química General y Física Tatyana Litvinova.
Durante los experimentos de laboratorio, los científicos de la Universidad de Minería obtuvieron nuevos datos sobre la cinética y la termodinámica de la extracción de tierras raras y sus formas de existencia en ambientes ácidos de fosfato-sulfato, y el comportamiento de los componentes del fosfoyeso durante la conversión de carbonato.
En varias universidades y laboratorios de investigación corporativos de Rusia y del extranjero se están llevando a cabo investigaciones alternativas para encontrar una forma eficaz de obtener tierras raras a partir de yeso fosforado. Normalmente, esto implica lixiviación con ácido sulfúrico. Este método tiene dos inconvenientes importantes: es muy caro y la producción de tierras raras no va acompañada de la eliminación de residuos generados por el hombre.
El desarrollo de los científicos del Instituto de Minería está libre de estas deficiencias. Sus derechos de autor están confirmados por patentes. Se realizarán más investigaciones en el área de aislamiento de elementos de tierras raras individuales de la solución. En este sentido, se está desarrollando activamente la cooperación con colegas de varias universidades chinas.
El efecto económico del desarrollo cuando se implementa en empresas que procesan materias primas de apatita consiste en ingresos por la venta de productos de procesamiento final (REM, tiza y sulfato de amonio) y una reducción en el área de vertederos de fosfoyeso y, en consecuencia, una reducción de las tarifas ambientales. El énfasis en la extracción asociada de REE hace que el método propuesto sea independiente de la composición de la materia prima natural original. La extracción de REE no requiere personal especialmente capacitado y permite, en caso necesario, separar los lantánidos de los elementos de la serie uranio-torio.
Por ejemplo, empresas como FOSAGRO y AKRON ya han expresado interés en el desarrollo. Se puede utilizar con éxito fuera de Rusia. Por ejemplo, en los países de la región del norte de África, donde los vertederos de yeso fosforado ya suponen una grave amenaza no sólo por la contaminación de los territorios adyacentes, sino también en términos de cambio climático y daños a la industria turística.