Sustainable Chemical Methods for Rare Earth Separation: From Selective Precipitation to Photodissociation

Lo sviluppo tecnologico recente è stato accompagnato da una crescente consapevolezza riguardo al ciclo di vita dei prodotti fabbricati. Questo è in linea con la cosiddetta "green transition", un progetto globale che mira a sviluppare un'economia e una società sostenibili ed ecologiche. Uno degli obiettivi della "green transition" è l'economia circolare. Il ruolo dei chimici in questo contesto è cruciale, poiché essi sono responsabili, tra le altre cose, dello sviluppo di processi chimici sostenibili per il recupero o il riutilizzo dei prodotti a fine vita. Particolare attenzione è stata rivolta ai materiali contenenti metalli critici, che possono potenzialmente essere recuperati da fonti secondarie esauste in alternativa ai metodi di estrazione tradizionali. Tra questi prodotti, quelli contenenti elementi delle terre rare (REs) hanno recentemente visto un aumento degli investimenti diretti al loro recupero, a causa delle recenti dinamiche geopolitiche che hanno portato a un drastico aumento dei prezzi degli REs e dei prodotti che li contengono. I processi di recupero e separazione per gli REs non sono economicamente sostenibili e, di conseguenza, solo una piccola percentuale (circa il 5%) viene riciclata dai prodotti a fine vita. Questa tesi si è proposta di indagare nuove alternative ai processi di separazione consolidati per gli REs, dando priorità alla sostenibilità e all'uso di sostanze chimiche green. Gli obiettivi di questa tesi sono stati i seguenti: A) Sviluppare un processo di separazione per magneti permanenti NdFeB esausti utilizzando reagenti commercialmente disponibili. I metalli testati erano quelli principalmente presenti nei magneti permanenti NdFeB, composti da ferro, neodimio e disprosio. Il processo di separazione è stato suddiviso in due parti. Nella prima parte, è stata valutata la separazione degli elementi del blocco d (ferro) dagli elementi del blocco f (neodimio e disprosio) utilizzando agenti chelanti bidentati della famiglia delle 8-idrossichinoline. Nella seconda parte, la separazione molto più complessa tra neodimio e disprosio è stata affrontata con la stessa famiglia di leganti, regolando con precisione le condizioni di reazione. Sono stati preferiti solventi green rispetto a quelli dannosi per l'ambiente e si è valutato il recupero di metalli, leganti e reagenti alla fine del processo. B) Dimostrare la possibilità di metodi di separazione alternativi che non si basano sulle differenze nei raggi ionici degli REs per la loro separazione. A tal fine, abbiamo studiato l'interazione degli REs con leganti fotoresponsivi, in particolare acilidrazoni. I profili di isomerizzazione sono stati analizzati sia per i leganti che per i complessi di REs. Le differenze nella velocità di fotodissociazione dei diversi complessi di RE sono state attribuite alla presenza/assenza e all'energia degli stati eccitati 4f negli REs paramagnetici, che hanno portato all'emissione (luminescenza) degli REs come meccanismo di quenching.