La nuova potenziale frontiera delle REE in Russia: il riciclo del fosfogesso e il Progetto Skygrad.
Il Progetto Skygrad
Come preannunciato nel finale di un episodio precedente, la nuova frontiera di ricavo di REE in Russia è rappresentata dai materiali di risulta delle miniere e delle aziende agro-chimiche, principalmente dal fosfogesso. Questi è uno scarto di produzione della lavorazione del concentrato di apatite per fertilizzanti minerali (fosfati) mediante il metodo dell’acido solforico.
Le imprese russe ne generano circa 10 milioni di tonnellate ogni anno. Il fosfogesso mostra una debole radioattività, dovuta principalmente alla presenza di uranio 238, torio e potassio 40, e, pertanto, va conservato con cura. Al ché, attualmente, più di 200 milioni di tonnellate sono stipate nelle discariche site a Voskresensk, Balakovo, Cherepovets, Meleuz, Volkhov e Uvarovo.
Tale materiale è costituito fino al 90% di solfato di calcio diidrato e REE co-cristallizzate con esso, con una fenomenale concentrazione dello 0,4-0,5% in termini di ossidi. Ricordiamo che nella crosta terrestre le Terre Rare hanno una presenza che si aggira tra lo 0,006% (LREE, leggere) e lo 0,5 per milione (HREE, pesanti) – nel mezzo ci sono le MREE, quelle medie, con relativi valori.
La trasformazione dei materiali
Ciò significa che i rifiuti industriali delle discariche sopraelencate hanno un potenziale di 50 mila tonnellate di R.E.E. annuali, e ben 1 milione accumulate complessivamente. Basta un confronto con la sola produzione mondiale nel 2021 di ossidi di Terre Rare (circa 280 mila tonnellate) e viene facile considerare il fosfogesso come la principale materia prima fonte di REE in Russia.
Aggiungiamoci, inoltre, che il materiale è già disponibile, in siti di stoccaggio accessibili. Non richiede costi aggiuntivi, essendo già stata ammortizzata la sua estrazione, e può divenire un’ottima soluzione sia per limitare l’inevitabile impatto ambientale delle attività minerarie sia per il riciclo dei relativi scarti industriali.
Ma non è tutto rosa e fiori. I metalli delle Terre Rare hanno caratteristiche fisico-elettrochimiche simili (non è un caso che siano posti in modo sequenziale nella Tavola di Mendeleev): ciò comporta una loro lavorazione per gradi, con uno stesso processo di centrifuga ripetuto più volte.
Il fatto è che in un composto di R.E.E. si trovano diversi elementi delle stesse, il che ne contempla una raffinazione non simultanea e un graduale e reiterato procedimento di purificazione, tramite energivore centrifughe. Nonché un grosso uso dell’acido solforico, molto costoso, tanto da scoraggiare qualsiasi investimento privato.
L’apporto di Rosatom
Ma una società russa è arrivata allo sviluppo di una tecnologia che può segnare la svolta in tal senso: Skygrad. Il Gruppo SKYGRAD, fondato nel 1995 da due ex ufficiali e scienziati militari in pensione, Yuri Sobol e Alexey Abramov, è un conglomerato impegnato a vasto raggio nella costruzione e vendita di immobili residenziali e non residenziali, in centri sportivi e ricreativi, nella ricerca nel campo degli elementi rari (focalizzato sui R.E.E.), nano e biotecnologie, nonché nel settore della medicina e della farmacologia.
La controllata che si occupa di Terre Rare è Skygrad Innovations, tramite il suo laboratorio d’avanguardia, LLC “LIT” (Laboratorio di tecnologie innovative), ove tratta anche i composti provenienti da Solikamsk Magnesium Plant (l’unico impianto ad oggi operativo nella Federazione per processare i minerali provenienti dai siti di Lovozerskoye).
Dal Luglio 2021, il campione minerario russo Rosatom si è unito in cordata con Skygrad Innovations, nell’ambito della tabella di marcia per l’implementazione di una tecnologia di nuovi materiali e sostanze adottata dalla Federazione Russa.
United Uranium Enterprises LLC (UUP LLC, gestita da ARMZ Uranium Holding Co., la capofila mineraria del gruppo Rosatom) e Skygrad Innovations LLC hanno firmato una lettera di intenti per realizzare congiuntamente un progetto per la costruzione di un’impresa industriale a Peresvet, nella regione di Mosca, in cui si recupererebbero gli elementi delle REE dal fosfogesso della Voskresensk Mineral Fertilizers JSC, al 100% di proprietà di Uralchem JSC.
Il 7 Febbraio 2022, ARMZ ha autorizzato l’aumento di capitale di UUP LLC da 2,4 milioni di rubli a ben 590 milioni (vedere sotto “Ultime modifiche”). Completato l’audit tecnico dei processi produttivi e una valutazione dell’investimento, l’impianto di trattamento dei rifiuti sarà in grado di produrre fino a 4.000 tonnellate all’anno di LREE (carbonato di cerio, ossido di cerio-lantanio-neodimio), MREE (carbonati e ossidi di samario, europio e gadolinio) e HREE (ossidi di ittrio e disprosio), ha affermato Igor Demidov, presidente del consiglio di amministrazione di UUP LLC. L’impresa produrrà anche prodotti a base di gesso e fertilizzanti.
Una nuova tecnica di lavorazione
Skygrad ha creato una tecnica unica per la separazione di concentrati sfusi REE in singoli ossidi di terre rare utilizzando apparecchiature interne ad alte prestazioni.
Come anzidetto, la lavorazione delle Terre Rare è complessa e costosa. Uno studio internazionale del 2014, a mo’ di esempio, contava 22 fasi per la separazione dei LREE (8 per l’estrazione, 8 per il lavaggio e 6 per lo stripping – una tecnica di purificazione mediante l’acido ossalico) e ben 73 per gli MREE (29 per l’estrazione e 44 di lavaggio).
Il risultato tecnico dell’invenzione, rivendicata con tanto di brevetto, è stato quello di aumentare il grado di estrazione nella fase di lisciviazione di assorbimento all’85-90%, riducendo il consumo di acido solforico e scambiatore ionico, oltre a semplificare il processo di lavorazione del fosfogesso per ottenere un concentrato di REE e legante gesso nel suo insieme. In breve, si tratta di un’enorme risparmio di costi e un’innovazione di processo: la perfetta simbiosi per aumentare le chances di produttività di un progetto industriale.
La tecnologia proprietaria viene illustrata nel dettaglio sul sito della ditta: una combinazione tra macchinari di propria progettazione e produzione (centrifughe, elettrolizzatori, metodi di ossidazione ed estrazione, separazione e produzione di Terre Rare) e annessi brevetti.
I principali vantaggi della tecnologia sviluppata:
- L’ossidazione, eseguita in un particolare elettrolizzatore (a due camere) e la sostituzione dell’anodo di platino con uno al titanio consentono un aumento di efficienza economica di 1,5 volte
- Gli estrattori centrifughi di propria progettazione e fabbricazione hanno un volume di carico dell’estrattore 25-30 volte inferiore rispetto ai dispositivi precedentemente noti ed utilizzati, e al stesso tempo 30 volte più produttività
- L’estraente utilizzato si separa rapidamente, riducendo le perdite
- La tubazione degli estrattori sono realizzate in modo tale che le soluzioni acquose temporaneamente rimosse siano purificate e riutilizzabili
- Gli stadi di separazione dagli estrattori centrifughi hanno una bassa inerzia, consentendo di modificare rapidamente il nuovo concentrato da processare senza perdere prodotto
- La tecnologia di separazione nel nuovo design è facilmente automatizzabile, riducendo il rischio del “fattore umano”, aumentando notevolmente la sicurezza della produzione e la produttività del processo.
Prospettive
Dopo il pilota industriale lanciato a Korolev, nella regione di Mosca nel 2018, si è deciso di costruire un impianto di produzione su larga scala, in quanto la tecnologia si è dimostrata competitiva e i prodotti soddisfano i requisiti globali in termini di qualità e prezzo di costo.
La prima fase del nuovo impianto dovrebbe essere avviata nel 2024. La sua capacità di lavorazione dovrebbe essere di circa 1 milione di tonnellate di fosfogesso all’anno entro il 2026, pari a quanto accumulato ogni anno da Voskresensk Mineral Fertilizers JSC, riciclandone completamente gli sterili.
L’innovazione di Skygrad è tale che al suo know-how sono interessate anche aziende estere che trattano fosforiti per ottenere fertilizzanti minerali, come la sudafricana FOSKOR, che fino a poco fa sversava nell’Oceano Indiano i rifiuti radioattivi del fosfogesso.
Riassumendo. L’inventiva di Skygrad permetterebbe alla Russia di:
- Creare un proprio know-how di raffinazione delle Terre Rare, stadio di cui difettava, e a costi ultra-concorrenziali
- Produrre le Terre Rare meno lavorate, perché più costose da estrarre, quelle pesanti
- Saltare a piè pari un decennio di approvvigionamento minerario delle REE, essendo il materiale già estratto e ammortizzato
- Poter potenzialmente rivendere all’estero la tecnologia, mantenendo il brevetto, e anche il surplus di raffinazione
- Riciclare tonnellate di rifiuti radioattivi, alleggerendo la pressione ambientale nazionale
Una crescita sistemica davvero notevole, che porterà a un nuovo livello la produzione industriale russa sulla materia.
Marco Leone
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