Ekologiczne rozwiązanie rewolucjonizuje wydobycie metali
Surowce krytyczne, wśród których można wymienić między innymi kobalt, german i metale z grupy platynowców, stanowią kluczowy składnik wielu produktów i technologii, z których korzystamy każdego dnia – akumulatorów, ogniw słonecznych i układów elektronicznych. Z tego powodu Komisja Europejska wspiera projekty koncentrujące się na odzyskiwaniu tych kluczowych dla gospodarki materiałów, które zapewniają stabilność gospodarki Wspólnoty, jednocześnie torując drogę do większej autonomii i zrównoważonej przyszłości. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ION4RAW pracuje nad zaprojektowaniem wydajniejszego i bardziej przyjaznego dla środowiska sposobu wydobywania metali z surowców pierwotnych. Oznacza to odejście od szeregu istniejących procesów hydrometalurgicznych, które często wykorzystują toksyczne substancje niszczące środowisko.
Nowa i przełomowa technologia jonometalurgiczna
„Jednym z fundamentów projektu ION4RAW jest proces ługowania za pomocą cieczy jonowych z rozpuszczalnikiem głęboko eutektycznym oraz elektroodzysk metali. Wykorzystywane rozpuszczalniki charakteryzują się doskonałą stabilnością chemiczną i niskim wpływem na środowisko, a także możliwością dostosowywania ich do procesów odzysku różnych metali”, wyjaśnia Maria Tripiana, koordynatorka projektu. Rozpuszczalniki eutektyczne stanowią przyjazną dla środowiska alternatywę dla konwencjonalnych procesów jonometalurgicznych, dzięki czemu podejście ION4RAW pozwala na ograniczenie zużycia zasobów oraz kosztów. „W ich skład wchodzą dwie substancje – kwasy Lewisa i Brønsteda, których temperatura topnienia jest inna niż temperatura dla całej mieszaniny. Co więcej, w zależności od odzyskiwanego metalu, stosowaliśmy różne składy rozpuszczalników”, dodaje Tripiana. Po obróbce wstępnej minerały rudy są rozpuszczane w rozpuszczalniku głęboko eutektycznym. Uzyskany w wyniku tego procesu roztwór zawiera mieszaninę różnych metali, które są następnie osadzane galwanicznie w postaci stałej – rozpuszczalnik pełni rolę roztworu elektrolitu. W procesie wykorzystywane są anody i katody - po dostarczeniu energii elektrycznej do katody cząsteczki metalu osadzają się na katodzie. Popularyzacja tej technologii wymaga jednak opracowania rozwiązań wielu problemów utrudniających zwiększanie skali procesu oraz wykazanie jego wykonalności i opłacalności poza laboratorium. W ramach prac badaczom udało się poczynić ogromne postępy. Obecnie zespół liczy na to, że przed zakończeniem projektu nowe rozwiązanie osiągnie piąty poziom gotowości technologicznej (TRL 5). Prototyp umożliwiający zaprezentowanie nowej technologii zostanie opracowany w zakładach instytutu TECNALIA. Ostatnie miesiące prac zostaną poświęcone na dopracowanie wydajności procesu i przetestowanie jakości odzyskanych produktów ubocznych.
Dążenie do zrównoważonego zarządzania zasobami
W celu realizacji założeń projektu badacze podjęli się realizacji wielu działań, które początkowo koncentrowały się głównie na odzysku produktów ubocznych i obejmowały kompleksową ocenę możliwości ich wykorzystania. Dzięki zestawieniu danych z analiz geologicznych i historycznych, wyszukiwań w europejskich zbiorach danych oraz gromadzeniu próbek z wybranych lokalizacji, zespół opracował kompleksowe sprawozdanie dotyczące występowania produktów ubocznych w całej Europie. Analiza rud oraz wykrywanie mineralnych nośników produktów ubocznych były możliwe dzięki zastosowaniu wieloskalowych technik charakteryzacji. Aby zmaksymalizować odzysk produktów ubocznych z surowców pierwotnych i zminimalizować wpływ na środowisko, członkowie projektu opisali zachowanie minerałów zawierających produkty uboczne występujących w polimetalicznych rudach referencyjnych. Badacze zaprezentowali także skuteczne procesy filtracji, mycia i odzysku, potwierdzając ich skuteczność oraz jakość otrzymywanych w ten sposób surowców bez problemów z punktu widzenia skuteczności rozpuszczalników. Dodatkowo zespół zastosował metody jonometalurgiczne w celu przystępnego cenowo odzyskiwania produktów ubocznych z surowców pierwotnych. W celu scharakteryzowania koncentratów siarczkowych uzyskanych ze wszystkich badanych rud pierwotnych badacze przeprowadzili analizy z użyciem metody oznaczania składu litologiczno-mineralogicznego techniką MLA (ang. Mineral Liberation Analysis). Prace objęły także ocenę dwóch metod ługowania – chemicznej i elektrochemicznej, przy czym pierwsza z nich, oparta na chlorku choliny i glikolu etylenowym z koncentratami miedzi oraz ołowiu okazała się najbardziej obiecująca. Badacze zajmowali się także analizą wpływu składu rozpuszczalnika na specjację i zachowanie docelowych pierwiastków. „Z punktu widzenia ekologii proces ION4RAW jest znacznie lepszy w porównaniu z konwencjonalnymi metodami odzysku pierwiastków dzięki mniejszemu zużyciu energii oraz zastosowaniu niepalnych rozpuszczalników, dzięki którym cały proces jest bardziej bezpieczny dla zdrowia i życia”, dodaje Tripiana. Zmniejszenie wydatków operacyjnych i nakładów inwestycyjnych w związku z zastosowaniem nowych technik sprawia, że opracowany przez zespół proces może być doskonałym wyborem dla przedsiębiorstw zajmujących się wydobywaniem i przetwarzaniem minerałów.
Słowa kluczowe
ION4RAW, produkt uboczny, surowce pierwotne, jonometalurgia, przetwarzanie minerałów, surowce krytyczne, rozpuszczalnik głęboko eutektyczny, górnictwo
