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Gli elementi di terre rare (REE, Rare Earth Elements) sono impiegati in un’ampia gamma di prodotti quali lenti ottiche e magneti, nonché in processi che riguardano la ceramica, la metallurgia e la lucidatura. Tuttavia, dato che attualmente non produce tali minerali, l’Europa si trova in una situazione di dipendenza dalle importazioni, principalmente dalla Cina.
Al fine di contribuire ad aumentare l’autosufficienza europea, il progetto SecREEts ha sviluppato metodi per estrarre concentrati di terre rare provenienti dalle rocce fosfatiche utilizzate nella produzione di fertilizzanti. I REE sono stati separati tramite un metodo cromatografico prima di procedere all’elettrolisi a sali fusi per la produzione di metalli di terre rare per i magneti.
«Estrarre gli elementi di terre rare senza generare praticamente nessuna impronta ambientale aggiunta offre un’alternativa estremamente sostenibile ai nuovi processi di estrazione», afferma Arne Petter Ratvik, coordinatore del progetto finanziato dall’UE e ricercatore senior presso SINTEF, una delle principali organizzazioni di ricerca indipendenti dell’Europa.
«Fondamentalmente, i nostri processi di separazione sviluppati nell’ambito di SecREEts potrebbero contribuire in modo significativo all’economia circolare in quanto possono essere adottati per altre fonti di alimentazione contenti REE, tra cui magneti a fine vita e articoli elettronici di scarto», aggiunge Ratvik.
L’estrazione di elementi di terre rare
Le rocce fosfatiche impiegate nella produzione di fertilizzanti contengono tipicamente dallo 0,3 % all’1 % di elementi di terre rare. Tuttavia, quando il fertilizzante viene prodotto mediante il processo al nitrofosfato, tali REE finiscono nel fertilizzante finito, dove non hanno alcun valore. SecREEts ha sviluppato un processo per l’estrazione delle terre rare direttamente dalla lavorazione del fertilizzante.
Sebbene il processo ad acido misto sia il percorso più comune per la produzione di fertilizzante, i REE finiscono in un materiale di risulta con il gesso e gli elementi radioattivi, il che li rende più difficili da separare.
«Il processo al nitrofosfato è migliore per l’ottenimento di elementi di terre rare poiché possono essere estratti direttamente negli impianti esistenti, introducendo semplicemente una fase aggiuntiva», spiega Ratvik.
SecREEts ha condotto con successo tre prove pilota. Nella prima, gli elementi di terre rare sono stati direttamente estratti dal processo per la produzione di fertilizzante nell’impianto di Yara, azienda partner del progetto, utilizza che all’incirca 650 000 tonnellate di rocce fosfatiche ogni anno. Il concentrato di REE è stato estratto dalla soluzione ricca di fosfato, nota come acqua madre, mediante l’utilizzo di tecniche di precipitazione.
Questo concentrato è stato inviato all’azienda REEtec, dove i singoli ossidi di terre rare ad alta purezza sono stati separati da un innovativo processo cromatografico, più ecocompatibile rispetto agli attuali metodi di estrazione solvente-solvente.
Tali ossidi sono poi stati inviati a ingegneri specializzati presso Less Common Metals per produrre metalli attraverso processi di elettrolisi basati sui fluoruri a 1 050 °C-1 100 °C. Il metallo ottenuto è stato quindi legato e colato per la produzione di magneti ad elevate prestazioni.
«I magneti ad elevata potenza sono cruciali per l’economia europea nell’ambito di applicazioni quali veicoli elettrici, motori industriali e turbine eoliche», spiega Ratvik. La qualità delle leghe magnetiche è stata convalidata dal produttore di magneti Vacuumschmelze.
I processi modulari di SecREEts possono essere distribuiti a tutti i produttori di fertilizzanti attraverso il processo al nitrofosfato.
Opportunità e minacce di filtraggio
Con la prossima normativa sulle materie prime critiche della Commissione europea intesa a garantire l’approvvigionamento di elementi di terre rare, queste innovazioni giungono in modo tempestivo.
Sebbene l’Europa disponga in realtà di numerosi ampi depositi di REE (in particolare, l’area di Fen in Norvegia e i depositi recentemente scoperti a Kiruna, in Svezia), le sfide legate all’approvvigionamento rimangono.
«Il passaggio dall’esplorazione dei depositi minerali all’estrazione è costoso e la concessione di licenze può impiegare dai 10 ai 15 anni», afferma Ratvik. «Il nostro processo offre un’alternativa attuabile e più rapida.»
REEtec, impresa partner del progetto, ha annunciato la propria ambizione di essere la prima azienda in Europa a produrre ossidi di terre rare dall’elevata purezza su scala industriale, avendo reperito il capitale necessario con LKAB come principale azionista. Tuttavia, inizialmente il concentrato di REE proverrà da una miniera canadese a causa delle attuali limitazioni europee sulla disponibilità di fertilizzanti.
«I piani cinesi di concentrare maggiormente la produzione sui prodotti finiti potrebbero condurre a turbative nell’approvvigionamento e nella produzione europei, pertanto dovremmo esplorare molteplici catene del valore per un approvvigionamento affidabile di materiali cruciali», conclude Ratvik.
Al contempo, Ratvik continua ad avvalersi dei processi di SecREEts per il recupero dei REE, contribuendo a progetti che lavorano per il conseguimento di una transizione verde dell’Europa, quale REEPRODUCE.