Lo scandio dalla natura sfuggente si annida nei sottoprodotti industriali
A causa della sua scarsità e della sua produzione limitata, lo scandio si conferma attualmente uno degli elementi più cari sul mercato. Questo metallo di transizione morbido dal colore argentato è utilizzato da decenni per la realizzazione di celle a combustibile a ossidi solidi per l’illuminazione ad alta intensità, nonché di leghe di Al-Sc per attrezzature sportive di alto livello e applicazioni per la stampa 3D. Ciononostante, la fornitura di scandio si limita alle importazioni da Asia e Russia.
Trasformare i rifiuti industriali in tesori
Il progetto SCALE, finanziato dall’UE, sta muovendo i primi passi per istituire una catena di approvvigionamento chiusa per lo scandio in Europa. L’utilizzo di sottoprodotti industriali, che al momento sono principalmente smaltiti e accumulati come scorta, contribuisce all’applicazione dell’approccio improntato sull’economia circolare adottato dall’UE. «I residui di bauxite provenienti dalla produzione dell’allumina e i rifiuti acidi risultanti dalla produzione di pigmenti dal biossido di titanio contengono tracce di scandio che potrebbero essere impiegate tramite una tecnologia di estrazione sostenibile», osserva Efthymios Balomenos, coordinatore del progetto e consulente esperto presso l’azienda MYTILINEOS, attiva nel settore dell’energia e dell’alluminio, con sede in Grecia. Questi concentrati di minerali sono successivamente trasformati mediante tecnologie di raffinazione avanzate per la produzione di composti di scandio puro. A loro volta, questi sono utilizzati come materia prima per la produzione di leghe madri a base di alluminio e scandio. SCALE ha elaborato tecnologie rivoluzionarie per superare gli ostacoli legati all’estrazione e alla produzione dei metalli. Inoltre, si è dedicato all’ottimizzazione di tecnologie di raffinamento allo scopo di abbassare i costi di produzione ed eliminare l’impiego di reagenti dannosi. Finora, sono stati conseguiti notevoli progressi nell’estrazione su scala pilota dello scandio da residui di bauxite e rifiuti acidi derivanti dalla produzione di TiO2. I ricercatori, servendosi di dieci tonnellate di residui di bauxite e di due metri cubi di rifiuti acidi, hanno ottenuto concentrati di scandio con un contenuto di scandio fino al 25 percento in peso. Inoltre, è stato sviluppato un innovativo schema di processo per la raffinazione dello scandio, permettendo la produzione efficiente e versatile di ossido di scandio(III) (Sc2O3) e di fluoruro di scandio(III) (ScF3), eludendo l’uso di sostanze chimiche dannose comunemente utilizzate, tra cui il fluoruro di idrogeno gassoso. In aggiunta, i ricercatori hanno sperimentato la produzione di leghe madri di alluminio–scandio ad alte prestazioni in un impianto pilota. Tramite la riduzione alluminotermica di ScF3 o la co-elettrolisi di sali fusi di alluminio e Sc2O3, i ricercatori hanno eliminato la necessità di utilizzare il calcio metallico, un reagente molto caro e difficile da produrre. Le attività svolte durante il progetto SCALE proseguiranno nell’ambito di due progetti successivi svolti di EIT RawMaterials (consorzio dell’Istituto europeo di tecnologia per le materie prime), contribuendo all’istituzione di una catena di approvvigionamento per lo scandio in Europa. Il primo progetto si propone di creare un processo di raffinazione dello scandio per ottenere rifiuti acidi come materia prima principale e Sc2O3 come prodotto. Il secondo progetto si concentrerà sull’ulteriore ottimizzazione e ampliamento dell’estrazione dello scandio da residui di bauxite.
Sfruttare il potenziale delle leghe di alluminio–scandio
Le leghe di alluminio–scandio rappresentano una nuova generazione di leghe ad alte prestazioni dotate di proprietà superiori a tutte le altre leghe di alluminio. Le piccole quantità di scandio migliorano la resistenza del metallo, la resistenza alla corrosione, la granulometria e la resistenza alla ricristallizzazione. Un aspetto importante è che l’elemento offre il maggiore aumento della resistenza alla trazione per percentuale atomica rispetto a qualsiasi altro elemento di lega quando aggiunto all’alluminio. «Ad esempio, le aziende produttrici di aeromobili potrebbero utilizzarlo per costruire aeroplani con un telaio in alluminio più leggero e che consumano meno carburante», osserva Balomenos. «L’impiego dello scandio nei telai di biciclette ha dimostrato una riduzione di peso pari al 12 %, un aumento del 50 % nel carico di snervamento e un miglioramento del 25 % nella resistenza alla fatica rispetto ai telai di biciclette in alluminio più venduti.»
Parole chiave
SCALE, scandio, residui di bauxite, rifiuti acidi, Sc2O3, lega madre di alluminio–scandio, ScF3, MYTILINEOS