Une nouvelle technologie développée par les ingénieurs de l'Iowa State utilise la chaleur et l'oxydation pour récupérer les métaux purs et précieux des déchets électroniques. Il fonctionne de deux manières :il peut faire remonter les composants les plus réactifs à la surface, formant des pointes ressemblant à des stalagmites (à gauche); et il peut laisser les composants les moins réactifs dans le noyau entourés de pointes d'oxyde métallique, la création d'une structure "ship-in-a-bottle" (à droite). Crédit :Martin Thuo.
Inspiré par le travail de la nature pour construire des structures hérissées dans des grottes, Les ingénieurs de l'Iowa State University ont développé une technologie capable de récupérer les métaux purs et précieux des alliages de nos vieux téléphones et autres déchets électriques.
En utilisant des applications contrôlées d'oxygène et des températures relativement basses, les ingénieurs disent qu'ils peuvent désloyer un métal en déplaçant lentement les composants les plus réactifs vers la surface où ils forment des pointes d'oxydes métalliques ressemblant à des stalagmites.
Cela laisse les composants les moins réactifs dans un produit purifié, noyau liquide entouré de pointes d'oxyde métallique cassantes "pour créer une structure dite" navire-dans-une-bouteille, '", a déclaré Martin Thuo, le chef du projet de recherche et professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Iowa State University.
"La structure formée lorsque le métal est en fusion est analogue aux structures de grottes remplies telles que les stalactites ou les stalagmites, " dit Thuo. " Mais au lieu de l'eau, nous utilisons l'oxydation pour créer ces structures."
Un article décrivant la nouvelle technologie, "Spéciation axée sur la passivation, le désamorçage et la purification, " vient d'être publié par la revue Horizons de matériaux .
Les fonds de démarrage de l'université et une partie d'une subvention de recherche sur l'innovation des petites entreprises du département de l'énergie des États-Unis ont soutenu le développement de la technologie.
Thuo a noté que ce projet est l'exact opposé des travaux antérieurs de son groupe de recherche pour développer une soudure sans chaleur.
"Avec soudure sans chaleur, nous voulions mettre les choses ensemble, " dit-il. " Avec ceci, nous voulons que les choses s'effondrent."
Mais pas seulement s'effondrer de n'importe quelle façon. Thuo et les ingénieurs de son groupe de recherche veulent contrôler exactement comment et où les composants en alliage se désagrègent, ou dealloy.
"C'est comme être un chuchoteur de métal, " a-t-il dit. "Nous faisons en sorte que les choses se passent comme nous le voulons."
Les ingénieurs ont proposé une description plus précise dans leur article :« Ce travail démontre le comportement contrôlé de l'oxydation de surface dans les métaux et son potentiel dans la conception de nouvelles structures de particules ou la purification/le désalliage. En ajustant l'oxydation via la température, pression partielle d'oxydant, temps et composition, un équilibre entre réactivité et déformation thermique permet des morphologies inédites."
Ces formes et structures sans précédent pourraient être très utiles.
« Nous avons besoin de nouvelles méthodes pour récupérer les métaux précieux des déchets électroniques ou des matériaux métalliques mixtes, " dit Thuo. " Ce que nous démontrons ici, c'est que les méthodes électrochimiques traditionnelles ou à haute température (au-dessus de 1, 832 degrés Fahrenheit) peut ne pas être nécessaire dans la purification des métaux car la réactivité du métal peut être utilisée pour entraîner la séparation."
Thuo a déclaré que la technologie d'oxydation fonctionne bien à des températures de 500 à 700 degrés Fahrenheit. ("Ceci est placé dans un four et sépare les métaux, " il a dit.)
Outre la purification et la récupération des métaux, cette nouvelle idée pourrait également être appliquée à la spéciation des métaux, la capacité de dicter la création et la distribution de certains composants métalliques. Une utilisation pourrait être la production de catalyseurs complexes pour conduire des réactions à plusieurs étapes.
Disons que les chimistes ont besoin d'un catalyseur d'oxyde d'étain suivi d'un catalyseur d'oxyde de bismuth. Ils commenceront par un alliage avec l'oxyde de bismuth enterré sous l'oxyde d'étain. Ils exécuteront la réaction avec le catalyseur d'oxyde d'étain. Ensuite, ils augmenteront la température au point que l'oxyde de bismuth remonte à la surface sous forme de pointes. Et puis ils feront la réaction avec le catalyseur d'oxyde de bismuth.
Thuo attribue le développement de la nouvelle technologie au travail avec des étudiants talentueux et deux collaborateurs.
"Nous avons construit sur cette grande idée très lentement, " dit-il. " Et travailler ensemble, nous avons réussi à combler ce manque de connaissances."
