Nowe metody recyklingu kobaltu torują drogę do bardziej ekologicznej przyszłości
Wiele współczesnych technologii opiera się na tym wszechstronnym i niezbędnym surowcu: od akumulatorów pojazdów elektrycznych po turbiny wiatrowe, panele słoneczne i smartfony. Z uwagi na przejście na gospodarkę niskoemisyjną zapotrzebowanie na kobalt gwałtownie wzrasta, co czyni go materiałem o krytycznym znaczeniu dla tworzenia zrównoważonej przyszłości. Ale skąd pochodzi ten tak potrzebny surowiec? Chociaż Europa posiada znaczne rezerwy rud zawierających kobalt, tradycyjne metody wydobywcze okazały się niezrównoważone. W rezultacie importuje ona około 65 % potrzebnego kobaltu (około 10 000 ton rocznie) z krajów afrykańskich. Tylko 35 % materiału uzyskuje się ze źródeł wtórnych, takich jak recykling zużytych baterii, superstopów i metali twardych. W związku z tym finansowany przez Unię Europejską projekt CROCODILE jest liderem w dziedzinie poszukiwań bardziej zrównoważonego i bezpiecznego łańcucha dostaw kobaltu. „Zaawansowane technologie inteligentnego odzyskiwania kobaltu umożliwiają skuteczne wydobywanie kobaltu ze źródeł pierwotnych i wtórnych, tym samym przyczyniając się do zmniejszenia zależności od importowanego kobaltu i promowania gospodarki o obiegu zamkniętym poprzez odzyskiwanie kobaltu z odpadów”, zauważa koordynatorka projektu dr Lourdes Yurramendi.
Zrównoważony odzysk kobaltu ze źródeł pierwotnych
„Kobalt może być wypłukiwany ze źródeł pierwotnych metodą bioługowania w trakcie operacji wydobywczych”, zauważa Yurramendi. Metoda ta odnosi się do ekstrakcji kobaltu z rud laterytowych przy użyciu żywych organizmów. Bakterie wykorzystują energię uzyskaną z utleniania tlenków żelaza, minerałów ilastych lub tlenków manganu (które są minerałami macierzystymi dla kobaltu) do przekształcania nierozpuszczalnego metalu w rozpuszczalną formę, taką jak siarczan kobaltu. Oprócz osiągnięcia wyższych wskaźników odzysku kobaltu i ograniczenia konieczności wytapiania w wysokiej temperaturze w porównaniu z tradycyjnymi metodami pierwotnymi odciek można dalej przetwarzać w celu uzyskania czystego kobaltu.
Przekształcanie wtórnego odzysku kobaltu: podejście synergiczne
Koncepcja techniczna CROCODILE dla źródeł wtórnych opierała się na integracji kilku nowatorskich technologii inżynierii chemicznej z zaawansowanymi rozwiązaniami fizycznej obróbki wstępnej. Na przykład, w przypadku zużytych baterii litowo-jonowych, pierwsza metoda obróbki wstępnej jest niezbędna do rozbicia złożonych struktur zawierających mieszankę związków na bazie kobaltu i grafitu (czarna masa) na prostsze związki. Związki te są następnie oddzielane od strumienia odpadów metodą obróbki opartą na rozpuszczalnikach i metalurgii, wiążącą się z użyciem roztworów bazujących na rozpuszczalnikach głęboko eutektycznych w procesie ługowania. Powstały roztwór zawierający rozpuszczone metale jest następnie poddawany dalszym procesom rafinacji chemicznej: ekstrakcji ciecz-ciecz za pomocą cieczy jonowych i elektrorafinacji w celu wyizolowania i oczyszczenia pożądanego metalu, w tym przypadku – kobaltu. „Obróbka czarnej masy pochodzącej z baterii litowo-jonowych uczy nas, że wraz z kobaltem można wydobywać inne metale, takie jak nikiel, mangan i lit, które powinny być waloryzowane. Recykling wszystkich rozpuszczalników zaangażowanych w proces (głęboko eutektycznych oraz zawierających ciecze jonowe) wraz z ponownym wykorzystaniem pozostałej czarnej masy uzyskanej po etapie ługowania mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia opłacalności ekonomicznej procesu”, zauważa Yurramendi. „W ramach projektu CROCODILE wyprodukowano pierwszy tego rodzaju opłacalny mobilny system metalurgiczny oparty na zaawansowanych technologiach hydrometalurgicznych i elektrochemicznych, pozwalający na ekstrakcję kobaltu ze strumieni odpadów czarnej masy”, dodaje Yurramendi. Taki mobilny system może produkować około 6 kg metalu kobaltowego dziennie, czego dowiedziono w projekcie pilotażowym. Ocena cyklu życia i badania kosztów pokazują, że proces ten może się sprawdzić przy produkcji kobaltu na skalę przemysłową poprzez optymalizację i zwiększenie skali. Zespół projektu CROCODILE oferuje rynkowi rozwiązanie minimalizujące zależność od importowanego kobaltu, promujące zrównoważony łańcuch dostaw i odzyskiwanie odpadów.
Słowa kluczowe
CROCODILE, kobalt, źródła wtórne, źródła pierwotne, bioługowanie, akumulatory litowo-jonowe, czarna masa, pirometalurgia, hydrometalurgia, rozpuszczalnik głęboko eutektyczny, ciecze jonowe
