Terre Rare, la loro estrazione richiede un riciclaggio dei RAEE sempre più spinto

terre_rare1Che i RAEE fossero considerati alla stregua di una miniera di metalli nobili ormai lo si sapeva. Certamente non è sufficiente avere a disposizione un paio di personal computer per definirsi ricchi ma occorre avere a disposizione quantità sufficienti da alimentari impianti tecnologici specifici che siano in grado di estrarre tali metalli dalle componenti interne dei rifiuti elettrici. Ciò che invece spesso sfugge è che la nostra tecnologia, che avanza sempre più rapidamente, affinché possa tradursi in apparecchiature sempre più performanti, è affamata di Terre Rare.

Affinché il mercato tecnologico sia sempre alla portata di tutti e quindi in grado di sfornare milioni di apparecchi destinati a tutte le tipologie di utenze a prezzi abbordabili è necessario che siano a disposizione montagne di materie prime tali da rendere il costo di produzione di una apparecchiatura il più basso possibile. E’ qui che entra in gioco il tema del riciclaggio dei RAEE. Per poter comprendere appieno l’importanza di questa affermazione è però necessario fare un salto indietro ed andare a comprendere cosa sono di preciso le terre rare e perché sono di fondamentale importanza per la produzione di dispositivi elettronici.

Gli elementi delle Terre Rare sono 15 lantanidi con numeri atomici compresi fra 57 e 71 e che sono inclusi nel gruppo III A della Tavola periodica.

Essi sono: lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, promethio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, olmio, erbio, tulio, itterbio lutezio, yttrio e scandio (questi ultimi due si associati ai primi per simili proprietà chimiche).

Le terre rare sono sostanze presenti in moltissimi minerali, ma assumono un valore commerciale solo quanto le loro quantità sono tali da giustificarne l’estrazione.

Queste sostanze sono impiegate nel campo industriale per la produzione di dispositivi tecnologici e non solo. A titolo esemplificativo possiamo citare nella loro produzione  i vecchi tubi a raggi, i display a cristalli liquidi, e per questi sono impiegati l’europio ed il fosforo rosso. Altri esempi sono rappresentati dai dispositivi per l’efficienza energetica. Alcuni elementi delle terre rare si sono resi essenziali per la catalisi, il craking del petrolio fluido e per i convertitori catalitici che controllano l’inquinamento in autotrazione. Ciò che emerge dalla carrellata di esempi che sono stati fatti e che sono solo una parte del totale è che l’utilizzo delle terre rare su larga scala possono essere di aiuto a prevenire il riscaldamento globale. Infatti non è sconosciuto l’utilizzo di tecnologie per la refrigerazione magnetica che conduce ad una riduzione consistente del consumo di energia e di emissioni di CO2. Altri esempi di utilizzo possono essere quelli del comparto elettromedicale, o l’utilizzo del neodimio per le sue proprietà foto luminescenti.

Come si può osservare gli utilizzi sono quanto più vari e la domanda nel corso di questi anni non può che aumentare di pari passo con lo sviluppo tecnologico.

La tabella che segue serve a riassumere i principali utilizzi di alcune delle terre rare.

Elemento Commento Applicazioni
Lantanio Componente di leghe metalliche Vetrine per ceramiche, lenti ottiche di alta qualità, lenti fotografiche, cristalli per microonde, capacitori ceramici, pulenti per vetri, cracking del petrolio
Cerio Componente principale di leghe metalliche Pulizia dei vetri, catalizzatore nel cracking del petrolio, in lega con il ferro come scintilla per lampade o con l’alluminio, magnesio e acciaio per aumentare le proprietà di punta e di robustezza, protezione dalle radiazione ecc…
Praseodimio Pigmenti gialli in ceramica, tegole, condensatori ceramici. In combinazione con Neodimio per schermare i marker del vetro. Magneti permanenti, refrigerante criogenico
Neodimio Importante in leghe magnetiche Condensatori ceramici, vetrine e vetri colorati, laser, magneti ad alta permanenza in lega con neodimio-ferro e boro, catalizzatore nel cracking del petrolio
Promethio Non si trova in natura è radioattivo ed è prodotto dai reattori nucleari Batterie per orologi e sistemi di teleguida missilistica
Samario Importante in leghe metalliche In leghe altamente magnetiche per magneti permanenti (samario-cobalto). Laser in vetro, controllo nei reattori nucleari e schermo neutronico
Europio E’ uno dei più rari elementi delle terre rare ed è uno dei più reattivi. Adsorbe neutroni Barre di controllo dei reattori nucleari, lampade colorate, ctori per i raggi X. Fosforo rosso nei tubi dei televisori a colori
Gadolinio Laser allo stato solido, costituente dei chips nella memoria dei computer, rifrattori di alta temperatura, refrigeranti criogenici
Terbio E’ associato al gadolinio Catodi per raggi X, magneti, memorie ottiche dei computer, componenti degli hard disk, leghe magnetiche
Disprosio Adsorbe neutroni Controlli nei reattori nucleari, catalisi e refrattari
Erbio Proprietà simili all’holmio ed al Disprosio Nel settore ceramico per produrre vetrina rosa; in lenti che assorbono i raggi infrarossi
Thulio Fornisce raggi X se irradiato in reattori nucleari Sorgenti di raggi X in macchine portatili per raggi X
Ytterbio Ha proprietà simili al Lutezio ancora non ben conosciuto Utilizzo attualmente sconosciuto sono in corso delle ricerche
Lutezio Proprietà chimico-fisiche ancora non ben conosciute Deossidante nella produzione di acciai inossidabili, batterie ricaricabili, usi medici, fosforo rosso per televisori a colori, superconduttori
Yttrio E’ associato all’Holmio e all’Erbio Deossidante nella produzione di acciai inossidabili, batterie ricaricabili, usi medici, fosforo rosso per televisori a colori, superconduttori
Scandio Proprietà chimico-fisiche simile all’alluminio Tubi per raggi X, elemento catalitico per la polimerizzazione, superleghe Ni-Cr, porcellane in campo dentistico
Thorio Assomiglia al nickel ma è radioattivo Può essere usato come combustibile nucleare al posto dell’uranio

Sorgenti di terre rare

Come abbiamo detto le terre rare si trovano all’interno di minerali e pertanto per poterle ottenere è necessario procedere con l’estrazione dei minerali dal sottosuolo.

Il mercato delle terre rare è un mercato che si presente fortemente dinamico, esse infatti rappresentano un materiale strategico in numerosi campi tecnologici e la fluttuazione di domanda ed offerta ha determinato un’ampia fluttuazione dei prezzi sul mercato. Le aziende, affamate di queste sostanze, sono state disponibili a pagare un premium sui prezzi correnti pur di assicurarsi un’ampia fornitura per la loro produzione interna.

Il mercato delle terre rare possiamo dire che abbia circa 30 anni di vita all’attivo. Negli anni 50/60 la domanda era principalmente rivolta verso l’Europio per la produzione di tubi catodici necessari alla produzione di televisori. In quegli anni il principali fornitore erano gli stati uniti con la miniera a Mountain Pass. E’ negli anni 80/90 che si è sviluppata la richiesta di Cerio per lucidare gli schermi di TV e monitor e come decolorante. Oggi invece la principale richiesta è verso neodimio, praseodimio e disprosio per la produzione di magneti.

La disponibilità di terre rare in natura non è da considerarsi ridotta però le Heavy rare earth elements sono poco abbondanti e la loro distribuzione sul pianeta è abbastanza eterogeneo.

Attualmente la produzione di terre rare è concentrata in pochi paesi come Cina, USA, Russia, australia, India, Canada e Vietnam, ma il 97% della produzione risiede in Cina la quale sta negli ultimi anni adottando un processo di riduzione delle esportazioni a favore delle propria produzione interna. Ciò significa che a breve si renderà necessario ricercare nuove fonti di produzione delle terre rare per poter essere in grado di soddisfare la richiesta presente sul mercato e tenere i prezzi ragionevolmente allineati senza impennate improvvise che avrebbero delle ricadute di non poco conto sulla produzione di dispositivi elettrici ed elettronici.

Le attuali stime dicono che nel corso del 2015 la richiesta di terre rare dovrebbe aggirarsi intorno a 210000 ton/anno a fronte di una produzione di 136100 ton/anno di cui il 97% è di provenienza cinese.

Per l’europa in particolare ciò rappresenta un problema di non poco conto non avendo all’attivo alcuna estrazione mineraria di queste sostanze.

Perché spingere il recupero dei RAEE

Date le premesse è chiaro ora il motivo per cui è necessario spingere il recupero dei RAEE? Essi contengono queste sostanze ed il loro recupero permetterebbe di compensare quella mancata offerta di terre rare presente sul mercato attualmente, inoltre renderebbe meno dipendenti i paesi produttori di tecnologia dalle esportazioni e dai prezzi della Cina.

Il legislatore europeo, conscio anche di questa necessità nonché della tutela ambientale crescente che i paesi richiedono spinge affinché la raccolta differenziata dei RAEE sia sempre più elevata. A titolo esemplificativo le nuove normative prevedono che entro il 2016 l’Italia passi da una raccolta media procapite di 4,2 Kg a circa 7.5 Kg e nel 2019 a 10 Kg/abitante.

Per poter comprendere perché i RAEE sono così importante nella questione terre rare e metalli preziosi basti pensare che una moderna apparecchiatura elettronica può contenere al proprio interno oltre 60 elementi e ciò conduce alla necessità di avere a disposizione impianti altamente tecnologici che siano in grado di estrarre tali sostanze per trasformarle in materia prima seconda ed avviati nuovamente ai processi di produzione.

Il recupero dei metalli dai RAEE

Le tecnologie per il recupero di metalli ad alto valore aggiunto da RAEE e da rifiuti in generale sono attualmente disponibili e sono fondamentalmente di due tipologie:

  • Trattamento termico – pirometallurgia
  • Trattamento ad umido – idrometallurgia

Queste due tipologie di trattamento possono essere utilizzate singolarmente o in piena sinergia tra di loro. Il trattamento tramite processo pirometallurgico si effettua la fusione/ossidazione in un forno-convertitore e poi la scorificazione della maggio parte dei metalli presenti in piccole quantità. Da questo tipo di processo di ottiene un rame puro al 95% che potrebbe essere venduto tal quale o avviato a successivi trattamenti di raffinazione. I processo pirometallurgici però richiedono notevoli quantità di energia e presentano il problema delle emissioni in atmosfera.

Al contrario i processi idrometallurgici comprendono invece una serie di tecniche chimiche e chimico-fisiche di trattamento in fase liquida (lisciviazione, estrazione con solvente; estrazione con fluidi supercritici; osmosi inversa; nano filtrazione, ultrafiltrazione, scambio ionico ecc…) di residui provenienti da lavorazioni industriali. Questa tipologia di processi date le enormi potenzialità nel recupero selettivo si prestano bene all’estrazione di metalli e terre rare dai RAEE.

I vantaggi dell’utilizzo di processi idrometallurgici rispetto a quelli pirometallurgici sono indubbi:

  • Alta selettività dei materiali che si traduce in elevata purezza dei materiali in uscita e quindi maggior valore economico
  • Operazioni condotte in sicurezza poiché a temperatura ambiente il che si traduce in costi ridotti
  • Possibilità di trattare matrici contenenti basse concentrazioni di metalli
  • Limitate emissioni in atmosfera
  • Modularità degli impianti ed elevata flessibilità di esercizio.

Un aspetto importante da sottolineare e che non può essere trascurato è relativo al fatto che i processi di separazione siano spesso specifici per alcuni elementi e non rendono possibile l’estrazione contemporanea di tutti i metalli di interesse da recuperare. Pertanto è necessario procedere con una progettazione attenta degli impianti che preveda quali sostanze estrarre o in quale successione ciò debba essere fatto. Ciò significa che la gestione di tali impianti deve essere affidati a tecnici qualificati e non di certo improvvisati.

Raccogliere i RAEE in maniera differenziata è una fonte importantissima di materie prime recuperate che possono essere reintrodotte nel mercato della produzione e pertanto non deve essere trascurata, inoltre una raccolta differenziata spinta dei RAEE è un valido supporto alla tutela dell’ambiente.

Se fino ad oggi non avevate uno stimolo per raccogliere in maniera corretta i vostri RAEE ora sapete perché è necessario farlo dato che ognuno di noi non è capace di vivere senza l’ausilio della tecnologica e questa deve rimanere accessibile ai nostri portafogli è importante che ognuno di noi dia il proprio contributo.

Bibliografia: ENEA

Ambiente & Rifiuti – Consulenza tecnica per la gestione dei vostri rifiuti

Ing. Vito la Forgia – v.laforgia@ambiente-rifiuti.com

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