Odzyskiwanie krytycznych surowców w gospodarce o obiegu zamkniętym
Na liście surowców krytycznych dla Unii Europejskiej znajdują się obecnie 34 pozycje. Materiały te mają podstawowe znaczenie dla unijnej gospodarki, ale problemem jest fakt, że nie można zagwarantować ciągłości ich dostaw. Do surowców tych należą wolfram, niob i tantal. Odzyskiwanie tych metali ze odpadów z procesu produkcyjnego i odpadów przetwórczych nie tylko zwiększy potencjał i niezależność Europy w tej dziedzinie, ale także wniesie istotny wkład w rozwój gospodarki bezodpadowej. Finansowany przez UE projekt TARANTULA powstał w celu wsparcia tych wysiłków poprzez opracowanie zestawu nowatorskich, wydajnych i elastycznych technologii metalurgicznych o wysokich wskaźnikach selektywności i odzysku wolframu, niobu oraz tantalu.
Niewielkie ilości ważnych metali, dla których nie ma zamienników
Wolfram, niob i tantal to metale ogniotrwałe charakteryzujące się doskonałą odpornością na ciepło i zużycie. Ich zastosowanie jest niezbędne w wielu krytycznych obszarach, w tym w energetyce wiatrowej, robotyce, druku przestrzennym i technologiach cyfrowych. Nie ma dla nich efektywnych zamienników, a w przypadku niedoboru tych materiałów istnieje ryzyko przestojów w produkcji takich wyrobów, jak narzędzia skrawające i matryce, silniki turbinowe i trakcyjne, drony czy i podzespoły mikroelektroniczne. Koordynatorka projektu Lourdes Yurramendi z TECNALIA Research and Innovation tłumaczy: „Pomimo dysponowania największymi zasobami i rezerwami wolframu Chiny stały się importerem netto jego rud i koncentratów. Produkcja pierwotna rudy wolframu w UE – głównie w kopalniach znajdujących się w Austrii, Portugalii i Hiszpanii – pokrywa jedynie niewielką część unijnego zapotrzebowania. Podobnie jest w przypadku niobu – choć UE posiada trochę złóż tego pierwiastka, nie produkuje rudy niobu i jest całkowicie zależna od importu. Złoża brazylijskie pokrywają ponad 90% unijnego i globalnego zapotrzebowania na niob. UE importuje również 100% potrzebnego jej tantalu, głównie z Afryki. Absolutnie konieczne jest znalezienie alternatywnych, wtórnych źródeł wolframu, tantalu i niobu”.
Źródła antropogeniczne w ramach gospodarki bezodpadowej
Tradycyjnie pozyskiwanie surowców pierwotnych odbywa się poprzez wydobywanie złóż metodami górniczymi. Surowce wtórne są natomiast wydobywane i przetwarzane z odpadów antropogenicznych. Rozwiązanie opracowane w projekcie TARANTULA zakłada „wydobycie” wolframu, niobu i tantalu ze złomu przemysłowego i odpadów z przetwarzania wydobytej rudy (odpady przeróbcze i żużle). Rozpuszczalniki głęboko eutektyczne umożliwiły skuteczne oddzielenie ponad 90% wolframu w pozostałościach procesów przemysłowych i odpadach w skali laboratoryjnej. Późniejsza ekstrakcja przy pomocy cieczy jonowych pozwoliła na odzyskanie ponad 99% wyekstrahowanego wolframu (w postaci tlenku wolframu). „Z badań przeprowadzonych przez zespół TARANTULA wynika, że proces ten ma potencjał do zapewnienia zrównoważonych rocznych dostaw wolframu odpowiadających 50% obecnej produkcji pierwotnej w UE”, twierdzi Yurramendi. Niob i tantal często występują razem w tej samej próbce. Wieloetapowa technika zastosowana w projekcie pozwala odzyskać oba te surowce jako oddzielne produkty nadające się do sprzedaży. Zdaniem zespołu optymalizacja procesu umożliwi uzyskanie wysokiej jakości tantalu i niobu w ilościach stanowiących odpowiednio co najmniej 120% i 5% rocznego zapotrzebowania UE.
Podnoszenie gotowości technologicznej
„Opracowaliśmy i przetestowaliśmy kilka przyjaznych dla środowiska i skalowalnych technologii. Najlepsze z technicznego, ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia okazało się połączenie jono- i elektrometalurgii. W dalszej kolejności zwiększono skalę najbardziej obiecujących technologii i zoptymalizowano je w naszym prototypie. Służy on do produkcji tlenków metali w ilości kilograma na dzień, a dzięki rygorystycznym testom produkty spełniają wymogi komercyjne segmentów rynku, w których istnieje największe zapotrzebowanie na te surowce”, dodaje Yurramendi. Zespół demonstruje już materiały otrzymane z recyklingu w postaci powłok na bazie tlenków każdego z trzech pierwiastków oraz powłoki na bazie węglika wolframu, będącej obecnie w fazie prac laboratoryjnych. Projekt TARANTULA przyczyni się do zwiększenia strategicznej autonomii i potencjału UE na konkurencyjnych rynkach przy jednoczesnym ograniczeniu marnotrawstwa materiałów.
Słowa kluczowe
TARANTULA, wolfram, niob, tantal, odpady górnicze, surowce krytyczne, gospodarka bezodpadowa, jonometalurgia, elektrometalurgia, powłoki
