Tesis Alba Lozano

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Geochemistry of rare earth elements in acid mine drainage precipitates

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), provocando la acidez del agua (pH < 7) y permitiendo 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 el proceso de neutralización los elementos mayoritarios (Al, Fe) precipitan formando nuevos minerales, schwertmannita y basaluminita, al alcanzar un determinado pH aproximado de 3 y 5, respectivamente; y a los que se pueden incorporar otros elementos minoritarios como las tierras raras.

La tesis doctoral “Geochemistry of rare earth elements in acide mine drainage precipitates” ha estudiado 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 tesis ha partido 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. Para ello, se han realizado experimentos de adsorción en el laboratorio poniendo en contacto diferentes muestras sólidas de cada mineral artificial con soluciones acuosas que contienen REE en disolución. Con los resultados experimentales del laboratorio se ha creado 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.

Como resultados principales hay que destacar 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. Esta información permite diseñar una recuperación selectiva de tierras raras en los tratamientos pasivos utilizados en las mineras. Haciendo uso del modelo propuesto se puede conseguir calcular la cantidad de reactivo alcalino a utilizar para conseguir un pH tal que sólo precipite la schwertmannita con la que se quedaría retenido una proporción de escandio. Se retiraría este precipitado del drenaje ácido y se continuaría con la neutralización sabiendo que el precipitado a obtener a continuación, principalmente formado por basaluminita, será un residuo concentrado en tierras raras, lo que puede suponer una fuente alternativa de obtención de tierras raras.