Towards the recovery of rare earth elements from end-of-life products : hydrometallurgical routes and mathematical modelling of extraction systems

Aplicat embargament de la tesi des de la data de defensa fins al juny de 2020. Tesi amb diferents seccions retallades per drets de l'editor.The rare earth elements (REEs) are essential ingredients for the development of modern industry and the transition to a more sustainable economy model. The unique physicochemical features of these elements, such as their magnetism and optical properties, are greatly expanding their application. They have become key elements for the manufacture of many ordinary consumer goods like hybrid cars, fluorescent lamps or electronic devices like mobile phones or tablets. The growing popularity of the rare earth elements derivatives is leading to an increase in the global demand and the price of these elements. Unfortunately, the current availability of these resources is limited due to three main factors: their heterogeneous geological location, their low concentration in the ores, and the environmental issues related with their mining. All these disadvantages concerning the supply of the rare earth elements have led to the study of new techniques to obtain them, such as the recycling of end-of-life products. Recycling of REEs arises as a new secondary source of supply of REEs, especially in Europe where large amounts of technological waste are generated every year. Currently, the recycling of rare earth elements represents less than 1% of the global supply. Nevertheless, some studies in the literature assume that by 2050 the recovery rate of REEs will be 90% for wind turbines, 70% for electrical vehicles and 40% for the rest of derivative products. The research presented in this thesis relies on experimental investigation of new hydrometallurgical routes, the majority of them involving the use of ionic liquids, which could eventually be applied for the recovery of rare earth elements from end-of-life products. Matemathical modelling of the reported extraction systems has been carried out in order to provide a computational instrument that can be easily tailored for prediction of other collecting processes requiring minor adjustments.Les terres rares son ingredients essencials per al desenvolupament de la indústria moderna i la transició cap a un model econòmic més sostenible. Les seves característiques físico-químiques úniques, com el seu magnetisme i propietats òptiques, han precipitat un increment accelerat en l’aplicació d’aquests elements. Les terres rares s’han convertit en elements clau per a la fabricació de molts articles d’ús diari com per exemple, cotxes elèctrics i dispositius electrònics com telèfons mòbils i tabletes. La creixent popularitat dels productes que contenen aquests metalls està provocant un escalat en la demanda global i el preu de les terres rares. Desafortunadament, en l’actualitat, la disponibilitat d’aquests recursos a la natura és limitada degut bàsicament a tres factors: heterogènia localització geològica, baixa concentració als minerals que els contenen i inconvenients mediambientals relacionats amb la mineria. Els inconvenients relacionats amb el subministrament de les terres rares a nivell mundial han propiciat l’estudi de noves tècniques per a la obtenció d’aquests elements mitjançant el reciclatge de productes que els contenen. El reciclatge sorgeix com una font secundària alternativa a la mineria per tal d’assegurar el provisionament de terres rares especialment a Europa, on generem grans quantitats de residus tecnològics cada any. Actualment, la taxa de reciclatge de terres rares se situa per sota l'1% del subministrament global. No obstant, alguns estudis publicats en la literatura assumeixen que l’any 2050, la taxa de recuperació haurà augmentat considerablement, de manera que es reciclarà fins a un 90% de les terres rares provinents d’aerogeneradors, 70% de vehicles elèctrics i 40% de la resta de productes que contenen aquests metalls. La recerca presentada en aquesta tesi es basa, principalment, en la investigació de noves rutes hidrometal·lúrgies, la majoria d’elles utilitzant líquids iònics, que puguin ser implementades en processos de recuperació de terres rares a partir de residus tecnològics. D’altra banda, s’han elaborat models matemàtics dels sistemes d’extracció reportats que pretenen convertir-se en una eina computacional, fàcilment adaptable, per a la predicció del comportament d’extracció en d’altres processos de recuperació amb diferents condicions experimentals.Postprint (published version

Towards the recovery of rare earth elements from end-of-life products : hydrometallurgical routes and mathematical modelling of extraction systems

The rare earth elements (REEs) are essential ingredients for the development of modern industry and the transition to a more sustainable economy model. The unique physicochemical features of these elements, such as their magnetism and optical properties, are greatly expanding their application. They have become key elements for the manufacture of many ordinary consumer goods like hybrid cars, fluorescent lamps or electronic devices like mobile phones or tablets. The growing popularity of the rare earth elements derivatives is leading to an increase in the global demand and the price of these elements. Unfortunately, the current availability of these resources is limited due to three main factors: their heterogeneous geological location, their low concentration in the ores, and the environmental issues related with their mining. All these disadvantages concerning the supply of the rare earth elements have led to the study of new techniques to obtain them, such as the recycling of end-of-life products. Recycling of REEs arises as a new secondary source of supply of REEs, especially in Europe where large amounts of technological waste are generated every year. Currently, the recycling of rare earth elements represents less than 1% of the global supply. Nevertheless, some studies in the literature assume that by 2050 the recovery rate of REEs will be 90% for wind turbines, 70% for electrical vehicles and 40% for the rest of derivative products. The research presented in this thesis relies on experimental investigation of new hydrometallurgical routes, the majority of them involving the use of ionic liquids, which could eventually be applied for the recovery of rare earth elements from end-of-life products. Matemathical modelling of the reported extraction systems has been carried out in order to provide a computational instrument that can be easily tailored for prediction of other collecting processes requiring minor adjustments.Les terres rares son ingredients essencials per al desenvolupament de la indústria moderna i la transició cap a un model econòmic més sostenible. Les seves característiques físico-químiques úniques, com el seu magnetisme i propietats òptiques, han precipitat un increment accelerat en l’aplicació d’aquests elements. Les terres rares s’han convertit en elements clau per a la fabricació de molts articles d’ús diari com per exemple, cotxes elèctrics i dispositius electrònics com telèfons mòbils i tabletes. La creixent popularitat dels productes que contenen aquests metalls està provocant un escalat en la demanda global i el preu de les terres rares. Desafortunadament, en l’actualitat, la disponibilitat d’aquests recursos a la natura és limitada degut bàsicament a tres factors: heterogènia localització geològica, baixa concentració als minerals que els contenen i inconvenients mediambientals relacionats amb la mineria. Els inconvenients relacionats amb el subministrament de les terres rares a nivell mundial han propiciat l’estudi de noves tècniques per a la obtenció d’aquests elements mitjançant el reciclatge de productes que els contenen. El reciclatge sorgeix com una font secundària alternativa a la mineria per tal d’assegurar el provisionament de terres rares especialment a Europa, on generem grans quantitats de residus tecnològics cada any. Actualment, la taxa de reciclatge de terres rares se situa per sota l'1% del subministrament global. No obstant, alguns estudis publicats en la literatura assumeixen que l’any 2050, la taxa de recuperació haurà augmentat considerablement, de manera que es reciclarà fins a un 90% de les terres rares provinents d’aerogeneradors, 70% de vehicles elèctrics i 40% de la resta de productes que contenen aquests metalls. La recerca presentada en aquesta tesi es basa, principalment, en la investigació de noves rutes hidrometal·lúrgies, la majoria d’elles utilitzant líquids iònics, que puguin ser implementades en processos de recuperació de terres rares a partir de residus tecnològics. D’altra banda, s’han elaborat models matemàtics dels sistemes d’extracció reportats que pretenen convertir-se en una eina computacional, fàcilment adaptable, per a la predicció del comportament d’extracció en d’altres processos de recuperació amb diferents condicions experimentals

Characterization of interconnection networks in CMPs using full-system simulation

Los computadores más recientes incluyen complejos chips compuestos de varios procesadores y una cantidad significativa de memoria cache. La tendencia actual consiste en conectar varios nodos, cada uno de ellos con un procesador y uno o más niveles de cache privada y/o compartida, utilizando una red de interconexión. La importancia de esta red está aumentando a medida que crece el número de nodos que se integran en un chip, ya que pueden aparecer cuellos de botella en la comunicación que reduzcan las prestaciones. Además, la red contribuye en gran medida al consumo de energía y área del chip. En este proyecto, comparamos el comportamiento de tres topologías: el anillo bidireccional, la malla y el toro. El anillo es una topología mínima con bajo coste en energía pero peor rendimiento debido a la mayor latencia de comunicación entre nodos. Por otro lado, el toro tiene mayor número de enlaces entre nodos y ofrece mejores prestaciones. La malla ha sido incluida como una opción intermedia altamente popular. Analizaremos también dos topologías de anillo adicionales que aprovechan la reducida área y complejidad del mismo: una con mayor ancho de banda y otra con routers de menor número de ciclos. Modelamos cuidadosamente todos los componentes del sistema (procesadores, jerarquía de memoria y red de interconexión) utilizando simulación de sistema completo. Ejecutamos aplicaciones reales en arquitecturas con 16 y 64 nodos, incluyendo tanto cargas paralelas como multiprogramadas (ejecución de varias aplicaciones independientes). Demostramos que la topología de la red afecta en gran medida al rendimiento en sistemas con 64 nodos. Con las topologías de anillo, los tiempos de ejecución son mucho mayores debido al aumento del número de saltos que le cuesta a un mensaje atravesar la red. El toro es la topología que ofrece mejor rendimiento, pero la elección más óptima sería la malla si tenemos en cuenta también energía y área. Por otro lado, para chips con 16 nodos, las diferencias en rendimiento son menores y un anillo con routers de 3 cyclos ofrece un tiempo de ejecución aceptable con el menor coste en área y energía. Nuestra aportación más significativa está relacionada con la distribución del tráfico en la red. Vemos que el tráfico no está distribuido uniformemente y que los nodos con mayores tasas de inyección varían con la aplicación. Hasta donde nosotros sabemos, no hay ningún trabajo de investigación previo que destaque este comportamiento

Historia de la investigación experimental sobre la metalurgia del cobre primitiva

En este artículo, el lector encontrará una síntesis del conjunto de investigaciones que han aplicado la experimentación para el estudio de las técnicas prehistóricas de transformación de minerales de cobre. Se trata de un corpus experimental de trabajos clasificados según la cronología y el ámbito geográfico que ofrece una visión de conjunto de esta cuestión, y además puede ser utilizado para consultas específicas. Tras valorar los procedimientos y los resultados de cada aportación según el criterio de rigor de la teoría de la experimentación en arqueología, he podido constatar la escasez de proyectos a largo plazo así como de experimentaciones abordadas de manera realista

Multivariate analysis of Vitis subgenus Vitis seed morphology

We studied 142 grapevine seed samples belonging to 5 Vitis species, 92 cultivars of Vitis vinifera, 12 feral/wild populations and 4 hybrid rootstock cultivars. Eleven different characters from the seed and one allometric index have been used. Seeds show a wide range of variation in body dimensions, and in other parameters. Two largely differentiated clusters were obtained. Coincidences with previous seed classifications are discussed. Wild extra-European species have smaller seeds. The index breadth/length (STUMMER’s index) doesn’t allow to separate wild grapevines and cultivars. It defines, however, the “wild syndrome” values above 0.8 corresponding to wild extra-European Vitis species, occasionally used as rootstocks. Ferals/wild individuals tend to display smaller berries and plumper pips than their cultivated relatives therefore “looking wild”. The multivariate analysis place together ferals/wild and related cultivars in their respective clusters and does not discriminate a cluster of wild European grapevine.

Origen y conservación de las plantas cultivadas: la agrobiodiversidad en la cuenca del río Segura (España)

Se presentan de forma abreviada datos sobre el origen de las especies y variedades de frutales de la Cuenca del río Segura así como su estado de conservación y cuantificación del número de cultivariedades de cada una de las familias que crecen en esta zona. Se recogen algunas notas sobre hortalizas, cereales y leguminosas de grano

Gastroethnobotany of Halophytes

The halophytes are a specialized group of plants among which there are some representatives that have been cultivated for millenia. Domesticated or wild lineages are also consumed as food, being chard and dates fruits a good example of it. Other species highly appreciated and consumed locally are collected from wild, like Crithmum, and form part of the traditional cuisine of various areas of the planet. Within this group, some are the object of global cultivation and are distributed by haute cuisine networks such as Salicornia, Mertensia, or Tetragonia. Finally, there are other wild halophytes that were only consumed in situations of extreme need such as famines. Generally, they have not been appreciated by the populations that collect them, such as Halosarcia, Suaeda, or Arthrocnemum. The case of Tetragonia, a species native to Australia, is very significant. The perception of the aborigines, who did not eat it, was different from that of the European settlers who did consume them and even sent their seeds to Europe for domestication and cultivation as new vegetable. Currently, the new gastronomy, sometimes based on tradition and others on experimentation itself, has incorporated into the kitchen many news halophytes and with them has developed numerous unpublished and novel recipes

Exámenes de autoevaluación en aula virtual: generación y resultados

Se ha definido la evaluación como la acción integrada en el proceso formativo, sistemática y continua, de obtener información sobre el estudiante y la naturaleza y calidad de su aprendizaje, que permite juzgar alternativas previas a la toma de decisiones. Se distinguen dos tipos de evaluación: sumativa y formativa. Mientras que la sumativa persigue averiguar el dominio conseguido por el alumno con el objetivo de asignar una calificación referente a determinados conocimientos, destrezas y capacidades, la formativa o procesual pretende que el alumno corrija defectos y confusiones, supere dificultades y adquiera habilidades que se han detectado como ausentes en la prueba de evaluación propuesta. En esta comunicación se realiza un análisis de la influencia que el trabajo realizado mediante la evaluación formativa tiene en los resultados obtenidos en la evaluación sumativa [1]. Para ello, se ha utilizado un sistema de autoevaluación formativa virtual, utilizando la plataforma Moodle [2], que se ha puesto en práctica en la Asignatura de Fundamentos Químicos de la Ingeniería, de 1er curso de la titulación de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Cartagena. Al finalizar una unidad didáctica, el alumno tiene acceso a exámenes virtuales sobre ese tema, que constan de preguntas de tipo test, pequeños problemas y preguntas de relación. Los exámenes se autocorrigen y, al instante, el alumno conoce la calificación global y, para cada pregunta, la respuesta correcta y la calificación obtenida. La plataforma Moodle permite preparar exámenes aleatorios, en los que cada pregunta se elige al azar entre un grupo de preguntas seleccionadas. Además, las preguntas de tipo “problema” permiten la introducción de variables que se seleccionan también al azar. De este modo, el alumno puede hacer gran número de exámenes distintos sobre un mismo tema, pudiendo corregir errores y seguir su progreso. La implantación de exámenes virtuales aleatorios supone un trabajo muy extenso, debido al gran número de cuestiones que abarca cada pregunta aleatoria. Por esta razón, la implantación está siendo progresiva. En el curso 06/07 se introdujeron exámenes en el tema de Electroquímica. En el presente curso se han extendido a los temas de Termodinámica, y se planea para el curso próximo introducir nuevos exámenes en Cinética Química y Equilibrio. En esta comunicación se muestra la forma de generación y la apariencia de los exámenes virtuales en la plataforma Moodle y se presentan los resultados obtenidos en los cursos 06/07 y 07/08, en la asignatura de Fundamentos Químicos de la Ingeniería, de 1er curso de la titulación de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Cartagena.Este estudio ha sido parcialmente financiado la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Cartagena (Proyectos de Innovación Educativa, curso 2006-07)

An ethnopharmacological and historical analysis of “Dictamnus”, a European traditional herbal medicine

Ethnopharmacological relevance and background: “Dictamnus” was a popular name for a group of medicinal herbaceous plant species of the Rutaceae and Lamiaceae, which since the 4th century have been used for gynaecological problems and other illnesses BCE and still appear in numerous ethnobotanical records. Aims: This research has as four overarching aims: Determining the historical evolution of medical preparations labelled “Dictamnus” and the different factors affecting this long-standing herbal tradition. Deciphering and differentiating those medicinal uses of “Dictamnus” which strictly correspond to Dictamnus (Rutaceae), from those of Origanum dictamnus and other Lamiaceae species. Quantitatively assessing the dependence from herbal books, and pharmaceutical tradition, of modern Dictamnus ethnobotanical records. Determining whether differences between Western and Eastern Europe exist with regards to the Dictamnus albus uses in ethnopharmacology and ethnomedicine. Methods: An exhaustive review of herbals, classical pharmacopoeias, ethnobotanical and ethnopharmacological literature was conducted. Systematic analysis of uses reported which were standardized according to International Classification of Diseases – 10 and multivariate analysis using factorial, hierarchical and neighbour joining methods was undertaken. Results and discussion: The popular concept “Dictamnus” includes Origanum dictamnus L., Ballota pseudodictamnus (L.) Benth. and B. acetabulosa (L.) Benth. (Lamiaceae), as well as Dictamnus albus L. and D. hispanicus Webb ex Willk. (Rutaceae), with 86 different types of uses. Between 1000 and 1700 CE numerous complex preparations with “Dictamnus” were used in the treatment of 35 different pathologies. On biogeographical grounds the widespread D. albus is a far more likely prototypical “Dictamnus” than the Cretan endemic Origanum dictamnus. However both form integral parts of the “Dictamnus” complex. Evidence exists for a sufficiently long and coherent tradition for D. albus and D. hispanicus, use to treat 47 different categories of diseases. Conclusions: This approach is a model for understanding the cultural history of plants and their role as resources for health care. “Dictamnus” shows how transmission of traditional knowledge about materia medica, over 26 centuries, represents remarkable levels of development and innovation. All this lead us to call attention to D. albus and D. hispanicus which are highly promising as potential herbal drug leads. The next steps of research should be to systematically analyse phytochemical, pharmacological and clinical evidence and to develop safety, pharmacology and toxicology profiles of the traditional preparations