Elementos de terras raras: uma nova rota para extração a partir de rejeitos de carvão

Os elementos de terras raras (ETRs) estão por trás de inúmeras tecnologias atuais - de turbinas eólicas a telemóveis. Apesar do nome sugerir escassez, esses elementos não são necessariamente raros na crosta terrestre; o problema é que, em geral, são difíceis de extrair e purificar de forma económica e limpa.

Essa dificuldade tem levado cientistas a procurar fontes alternativas além dos depósitos tradicionais. Uma dessas fontes, muitas vezes vista apenas como passivo ambiental, são os rejeitos de carvão gerados pela mineração.

Rejeitos de carvão como “mina urbana” de ETRs

Um grupo de investigação liderado por cientistas da Universidade do Nordeste (EUA) propôs um método novo para recuperar ETRs a partir de resíduos deixados pela mineração de carvão, alcançando uma eficiência até três vezes maior do que abordagens atuais.

Os rejeitos - conhecidos como rejeitos de carvão - são uma mistura de rocha moída finamente, água e partículas de carvão. Em grandes volumes, esse material é acumulado em cavas e bacias construídas para reduzir o risco de contaminação ambiental.

Nos Estados Unidos, boa parte desse resíduo acaba por ser incorporada a materiais de construção como enchimento, ou então é simplesmente descartada. Estimativas indicam que mais de 600 mil toneladas de ETRs poderiam ser recuperadas a partir de cada 1,5 bilhão de toneladas desse material depositado em aterros - um potencial que os processos existentes têm dificuldade de explorar com eficiência.

Como funciona o processo: pré-tratamento alcalino e aquecimento por micro-ondas para extrair ETRs

A nova técnica combina duas etapas principais:

1. “Cozimento” dos rejeitos de carvão numa solução alcalina, enquanto o material é aquecido por micro-ondas.
   
2. Em seguida, um tratamento com ácido nítrico promove a separação dos ETRs do restante da matriz rochosa.

Segundo os autores, o pré-tratamento alcalino antes da digestão ácida tem um impacto decisivo: ele altera a eficiência de extração de ETRs, enquanto a própria solução alcalina, por si só, remove muito pouco desses elementos.

Por que os métodos anteriores falhavam com frequência

Para retirar ETRs dos rejeitos de carvão, é necessário libertá-los de minerais argilosos que os envolvem de forma muito aderente. Essa “prisão mineral” explica por que métodos anteriores tendiam a ter baixo desempenho e por que muitas equipas passaram a procurar ETRs noutras fontes.

O que muda aqui é que a combinação de pré-tratamento alcalino com micro-ondas modifica a estrutura dos minerais que encapsulam os elementos. Na prática, o resíduo passa a apresentar uma forma mais porosa, o que facilita a ação posterior do ácido nítrico e aumenta a liberação dos ETRs.

O biólogo químico Damilola Daramola, da Universidade do Nordeste, resume a ideia central: ao aplicar esse conjunto de etapas, não se está apenas “lavando” o material - está-se transformando a estrutura sólida do resíduo, o que altera o seu comportamento durante a extração.

Neodímio e outras aplicações essenciais na transição energética

Entre os ETRs recuperados pelo processo está o neodímio, usado na produção de ímanes de alta potência. Esses ímanes são fundamentais em carros elétricos, unidades de armazenamento e leitura em computadores e turbinas eólicas - tecnologias-chave tanto no dia a dia quanto na migração para sistemas energéticos mais limpos.

Obstáculos práticos: custo, escala e variação geológica

Embora os resultados sejam encorajadores, os próprios investigadores reconhecem desafios importantes. Mesmo com ganhos de eficiência, a extração continua a ser cara e pode ser difícil de escalar para operações industriais em larga escala.

Além disso, apesar de existir uma enorme disponibilidade de rejeitos para aproveitar - só no estado norte-americano da Pensilvânia estima-se algo como 2 bilhões de toneladas em excesso - a composição mineral do resíduo varia conforme a região. Isso significa que o processo provavelmente teria de ser ajustado caso a caso para manter desempenho consistente.

Há ainda outra questão prática: os rejeitos de carvão contêm outros elementos de interesse, como magnésio, que idealmente deveriam ser recuperados em conjunto com os ETRs. Integrar essa extração “multiproduto” ao mesmo fluxo de processamento é mais um ponto a considerar no desenho final da tecnologia.

Benefícios ambientais e logísticos que podem acelerar a adoção

Um avanço como esse pode também contribuir para reduzir passivos ambientais associados a bacias de rejeitos, diminuindo a necessidade de manter volumes crescentes de material armazenado por décadas. Se a recuperação de ETRs for integrada a estratégias de remediação e reaproveitamento, o resíduo deixa de ser apenas um problema e passa a ser parte de uma solução com valor económico.

Do ponto de vista de cadeia de fornecimento, aumentar a oferta de ETRs a partir de fontes secundárias pode aliviar pressão sobre a mineração primária e diversificar origens. Em paralelo, iniciativas de reciclagem de eletrónicos e de reaproveitamento de ímanes permanentes podem complementar essa rota, criando um “mix” de abastecimento mais resiliente.

Por que o aumento de eficiência importa agora

Mesmo com ressalvas, um salto expressivo na eficiência é motivo de atenção: a procura por elementos de terras raras nunca foi tão elevada, e tudo indica que será necessário um volume ainda maior nos próximos anos.

Na avaliação dos autores, a estratégia ajuda a explicar melhor como os ETRs são libertados e abre espaço para otimizar o pré-tratamento alcalino de resíduos de carvão, com foco em extração eficiente de ETRs.

O estudo foi publicado na revista Ciência e Tecnologia Ambiental.