X
Logo Minería
login

Inicie sesión aquí

EVALUACIÓN DEL CONTENIDO DE TIERRAS RARAS EN MATERIAL FLUORESCENTE EN LÁMPARAS Y SU METODOLOGÍA DE TRABAJO PARA EL RECICLAJE: U

Por: MSc. Joe T. Valerio Yachachin, Dr. Juan Rodríguez y Dra. María Quintana Cáceda, Universidad Peruana Cayetano Heredia y Universidad Nacional de Ingeniería.

Resumen

En este trabajo se presentan los resultados de la caracterización por Fluorescencia de Rayos X Dispersiva en Energía y Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (IPC-MS) obtenidos en las diversas etapas del reciclaje de tierras raras de las lámparas fluorescentes de marca Phillips comparadas con productos genéricos disponibles en el mercado peruano. 

Los resultados indican, que los elementos de tierras raras presentes antes del reciclaje son: cerio (Ce), europio (Eu), lantano (La), terbio (Tb) e itrio (Y). Además, las lámparas fluorescentes de esta marca tienen un porcentaje en masa mayor de tierras raras que las genéricas.

Caracterizado el polvo fluorescente se procedió a usar la lixiviación ácida multietapas como método de trabajo para el reciclaje, obteniendo como resultado relevante la extracción del itrio en su totalidad.

Introducción

Los elementos de tierras raras (rare earth elements – REE, por sus siglas en inglés) actualmente son utilizadas en la industria de la tecnología y la iluminación, estando integrados en los componentes electrónicos. 

La dependencia que las personas tienen a la tecnología va aumentando año con año, por esta razón, también se ha incrementado la demanda de las tierras raras [1]. Con este panorama, se ha encontrado problemas como la manipulación de los desechos tecnológicos y qué hacer con ellos. Con el fin de contrarrestar esta situación, varios países europeos han implementado el reciclaje de los REE, siendo los relacionados con dispositivos electrónicos y lámparas fluorescentes los de mayor interés, debido al gran consumo de estos productos en la sociedad [2].

En el Perú, es práctica usual que luego del tiempo de vida de las lámparas fluorescentes, estas sean desechadas como basura común, siendo esto un error debido a que algunos componentes en su interior, como el Hg [3], son perjudiciales para el medio ambiente y los seres vivos, y otros como las tierras raras son de gran interés comercial [4], resaltando aquí la importancia de su reciclaje. 

Diversos trabajos sobre la emisión de luz blanca a partir de polvos fluorescentes han sido producidas y reportadas [5, 6], pero existen pocos estudios relacionados a la composición de estos polvos y su posterior proceso de reciclaje [7–9]. En el presente trabajo se realizó una investigación para encontrar los elementos de tierras raras presentes y su cantidad en las lámparas fluorescentes de la marca Phillips y genéricas, para posteriormente reciclarlas por un método adecuado. 

Lámparas fluorescentes 

Las lámparas fluorescentes están constituidas, por lo general, por un cebador, un casquillo de filamento y un balastro que se encuentra acoplado a un tubo de descarga, cuyo interior está recubierto por polvo fluorescente. El funcionamiento de este aparato consiste en hacer fluir una corriente alterna que llegue al balastro, este último controla el flujo de electricidad y la dirige hacia los filamentos. Al fluir corriente a través del filamento genera un aumento de su temperatura que provoca una chispa con la que se enciende el arco eléctrico que ioniza al gas de Hg contenido en el interior del tubo de descarga. El gas una vez ionizado emite como respuesta una radiación UV que interacciona con el polvo fluorescente, emitiendo finalmente, luz blanca.

Elementos de tierras raras 

Los REE son un conjunto de 17 metales, siendo 15 de estos lantánidos, mientras que los dos restantes son el itrio (Y) y escandio (Sc). Estos elementos tienen la denominación de “tierras raras”, porque principalmente no se encuentran en forma pura y están presentes en pocas cantidades, contando solo con unos pocos yacimientos en el mundo. 

Los iones de REE utilizados en la fabricación de lámparas fluorescentes son itrio, europio, lantano, cerio y terbio, siendo ópticamente activos debido a su peculiar configuración electrónica. Estos elementos se encuentran en forma de iones y son los responsables de la generación de luz blanca a partir de radiación ultravioleta (UV) que emite el mercurio (Hg) en el interior de las lámparas [10].

Estos elementos y sus propiedades peculiares no solo han ayudado a mejorar el área de la luminiscencia, sino también las energías verdes, desarrollo de láseres de alto rendimiento y pantallas emisoras [11, 12].  

Identificación de las tierras raras

La recuperación de las tierras raras a partir de lámparas fluorescentes es un proceso de bajo costo. Estos elementos son encontrados en el polvo fluorescente blanco, juntos con fósforos, calcio y otros elementos en menor cantidad [13]. 

En el presente trabajo, separamos las lámparas en cuatro grupos, que fueron: los fluorescentes genéricos (de bajo costo) nuevos (GN), los fluorescentes de marca Phillips nuevos (PN), los fluorescentes genéricos usados (GU) y los fluorescentes Phillips usados (PU); siendo la potencia de estos de: 28, 36 y 40 W. Lo mencionado se realizó con el propósito de comparar el porcentaje de tierras raras que disponía cada grupo de fluorescentes. 

El polvo fluorescente de cada lámpara se recuperó dentro de una campana de extracción con ayuda de una espátula, esto se realizó con mucha precaución debido al vapor de mercurio que desprendían dichos dispositivos.

Una vez obtenido el polvo fluorescente de cada grupo, se pasó a caracterizar su composición mediante la Fluorescencia de Rayos X Dispersiva en Energía (EDXRF).

Recuperación de los REE

Se tomó como guía el trabajo realizado por Patrik Max Eduafo [2], quien emplea una metodología que permite extraer el itrio y europio de las lámparas fluorescentes en desuso. Este proceso consiste en una lixiviación ácida, utilizando HCl, en multietapas bajo agitación y temperatura constante. El diagrama de flujo para la metodología se muestra en la Figura 4.

El polvo usado para el reciclaje fue el de las lámparas GU. En cada etapa de lixiviación, fueron disueltos itrio y europio en diferentes concentraciones, por el lado del precipitado, esta contenía los otros compuestos restantes del polvo fluorescente. El paso a seguir fue decantar la mezcla, con lo que se obtuvo una solución líquida y un sólido. Por último, se procedió a agregar ácido oxálico a la solución para precipitar al itrio y europio en forma de óxidos y, en la parte sólida, se continuó con las etapas de la Figura 4. 

Los residuos encontrados luego de la segunda lixiviación se analizaron junto con los polvos fluorescentes GU, antes del proceso de reciclaje, por el equipo de Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente (IPC-MS). Los datos se presentan en la Tabla 2.

Conclusiones 

1. Se concluye que las lámparas fluorescentes de cualquiera de las marcas analizadas contienen 5 elementos pertenecientes a las tierras raras, que son: Ce, Eu, La, Tb e Y. De estos elementos el Y es el de mayor porcentaje en masa llegando a ser 1.1%, 16.9%, 0.03% y 14.4% en los grupos de GN, PN, GU y PU, respectivamente.

2. Además, en las lámparas de fluorescentes de la marca Phillips, se concluye que estos son los más adecuados para un reciclaje a nivel industrial, debido a la gran cantidad de tierras raras que estos poseen y a la poca pérdida que experimentan al desgastarse en su tiempo de vida útil.

3. El método de Eduafo para reciclar REE mediante la lixiviación ácida de polvo fluorescente resulta en un proceso adecuado para el reciclaje de itrio y europio, pero ineficiente para las otras tierras raras que se encuentran en la composición de fluorescentes genéricos. Por lo tanto, se requiere mejorar el método de lixiviación de multietapas variando parámetros como el tipo de ácido, el pH y la temperatura de agitación; estableciendo una metodología de trabajo en la cual se pueda realizar un reciclaje selectivo del polvo fluorescente.

Referencias

[1] Roderick Eggert, Cyrus Wadia, Corby Anderson, Diana Bauer, Fletcher Fields, Lawrence Meinert, and Patrick Taylor. “Rare Earths: Market Disruption, Innovation, and Global Supply Chains”. Annual Review of Environment and Resources. 2016. 41:10.1–10.24. Doi: 10.1146/annurev-environ-110615-085700.

[2] P.M. Eduafo, M.L. Strauss, B. Mishra. “Experimental Investigation of Recycling Rare Earth Metals from Waste Fluorescent Lamp Phosphors”. In: N.R. Neelameggham, S. Alam, H. Oosterhof, A. Jha, D. Dreisinger, S. Wang (Eds), Rare Metal Technology 2015. Springer, Cham. Doi: 10.1002/9781119093244.ch29.

[3] Y. Hu, H. Cheng, Mercury risk from fluorescent lamps in China: Current status and future perspective, Environ Int 44 (2012) 141–150.

[4] C-H. Lee, S. R. Popuri, Y-H Peng, S-S Fang, K-L. Lin, K-S. Fan, T-C. Chang, “Overview on industrial recycling technologies and management strategies of end-of-life fluorescent lamps in Taiwan and other developed countries,” Journal of Material Cycles and Waste Management, 17 (2015) 312–323. Doi: 10.1007/s10163-014-0253-y.

[5] U. Caldiño et al., “White-light generation in Dy3+-and Ce3+/Dy3+-doped zinc-sodium-aluminosilicate glasses,” J. Lumin., vol. 167, pp. 327–332, 2015. Doi: 10.1016/j.jlumin.2015.07.004.

[6] R. Martínez-Martínez, E. Yescas, E. Álvarez, C. Falcony, and U. Caldiño, “White Light Generation in Rare-Earth-Doped Amorphous Films Produced by Ultrasonic Spray Pyrolysis,” Adv. Sci. Technol., vol. 82, pp. 19–24, 2012. Doi: 10.4028/www.scientific.net/ast.82.19.

[7] S. Safari, S. Eshraghi Dehkordy, M. Kazemi, H. Dehghan, and B. Mahaki, “Ultraviolet radiation emissions and illuminance in different brands of compact fluorescent lamps,” Int. J. Photoenergy, vol. 2015, 2015. Doi: 10.1155/2015/504674

[8] L. P. Singh and G. Katal, “A Comparative Study on Design and Operation of Fluorescent Lamps, CFLs and LEDs,” Journal of Engineering Research and Application ,vol. 3, no. 5, pp. 401–407, 2013.

[9] M. Gabriela, L. Mogollón, and L. S. B. Stanescu, Carmen Vásquez, “Mercury Emissions by Use of Compact Fluorescent Lamps and by Generation of Electrical Energy Based on Fossil Fuels,” Rev. Científica Ecociencia, vol. 4, no. 5, pp. 1–18, 2017.

[10] X. Song, M. H. Chang, and M. Pecht, “Rare-earth elements in lighting and optical applications and their recycling,” The Journal of The Minerals, vol. 65, no. 10, pp. 1276–1282, 2013, doi: 10.1007/s11837-013-0737-6.

[11] D. A. Atwood, “The Rare Earth Elements: Fundamentals and Applications,” Journal of Chemical Information and Modeling. vol. 111, no. 479. 2012.

[12] R. Sáez Puche, C. Cascales, P. Porcher, P. Maestro, “Tierras raras: materiales avanzados,” Anales de la Real Sociedad Española de Química. pp. 11–26, 2000.

[13] X. Wang, G. Mei, C. Zhao, and Y. Lei, “Retracted Article: Recovery of rare earths from spent fluorescent lamps,” 5th Int. Conf. Bioinforma. Biomed. Eng. iCBBE 2011, 2011, doi: 10.1109/icbbe.2011.5781464.

Artículos relacionados

En esta edición: Escazú, reactivación económica, Copper Mark y minería sostenible

Seguir leyendo

Apostando por el desarrollo de la industria minera en Ecuador

Seguir leyendo

Ratificar acuerdo de Escazú pone en riesgo puesta en marcha de proyectos mineros

Seguir leyendo
X

Ingrese sus datos aquí

X

Recuperar Contraseña

X

Recuperar Contraseña

Si tiene problemas para recuperar su contraseña contáctese con el Área de Servicio al Asociado al teléfono 313-4160 anexo 218 o al correo asociados@iimp.org.pe

X

Ha ocurrido un error al iniciar sesión

Si tiene problemas para recuperar su contraseña contáctese con el Área de Servicio al Asociado al teléfono 313-4160 anexo 218 o al correo asociados@iimp.org.pe

X

Ingrese sus datos y nos pondremos en
contacto para poder completar su compra

X

Ingrese sus datos y nos pondremos en
contacto para poder completar su compra