Il cobalto è uno dei minerali più richiesti dalle grandi industrie elettroniche e oltre la metà della fornitura mondiale di questo particolare minerale metallico proviene da miniere situate in Congo
MATERIE PRIME. Il COBALTO è una materia prima pregiata per la costruzione delle batterie agli ioni di litio utilizzate per i nostri cellulari, tablet e computer e tantissimi altri dispositivi, oltre che per le auto elettriche. Più della metà delle forniture di cobalto vengono estratte in Congo dove circa 40.000 minori vengono sfruttati
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Argomenti trattati L’estrazione del cobalto e lo sfruttamento minorile Applicazioni metallurgiche del cobalto |
Introduzione
Il cobalto è una materia prima pregiata per la costruzione delle batterie agli ioni di litio utilizzate per i nostri cellulari, tablet e computer e tantissimi altri dispositivi, oltre che per le auto elettriche. Più della metà delle forniture di cobalto vengono estratte in Congo, ma a guadagnarci è la Cina che detiene oltre il 70% dei diritti di estrazione nel Paese.
Secondo le stime di Amnesty International nelle miniere lavorano circa 40 mila minori, in condizioni disumane. La fame mondiale di questa materia prima è una componente delle guerre senza fine che dilaniano il Congo.
Su scala globale, il cobalto viene utilizzato principalmente nella produzione di batterie ricaricabili agli ioni di litio utilizzate in dispositivi elettronici portatili, sistemi di accumulo di energia e veicoli elettrici.
Gli usi specifici del cobalto sono i pigmenti in ceramica, vernici e adesivi per pneumatici. Inoltre è utilizzato in applicazioni come superleghe, metalli duri, batterie e catalizzatori può essere raccolto e riciclato.
I rottami a fine vita contenenti cobalto possono essere trovati in motori a reazione usati, utensili da taglio in carburo cementato, batterie ricaricabili esaurite, magneti che sono stati rimossi da apparecchiature industriali o di consumo e catalizzatori esausti.
Nel medio e lungo termine, la domanda di cobalto è prevista in crescita, trainata dalla transizione energetica e dalla domanda di veicoli elettrici
Il cobalto in natura
Il cobalto (simbolo chimico Co) è un metallo di transizione che compare nella tavola periodica tra ferro e nichel.
Il cobalto è un metallo grigio argento lucido con molte applicazioni diverse grazie alle sue proprietà uniche. È un metallo duro che mantiene la sua resistenza alle alte temperature, ha un alto punto di fusione, è ferromagnetico mantenendo le sue proprietà magnetiche alle alte temperature. E’ in grado di formare leghe con altri metalli conferendo resistenza alle alte temperature e maggiore resistenza all'usura, è vitale come oligoelemento negli organismi viventi.
Il cobalto non si trova allo stato puro metallico, ma solo come minerale, e non viene estratto da solo ma come sottoprodotto della estrazione di rame o nichel. I più importanti minerali di cobalto sono la Heterogenite, la cobaltite, l'eritrite, il glaucodoto e la skutterudite.
(A) heterogenite; (B) cobaltite; (C) eritrite; (D) skutterudite
L'heterogenite (CoO(OH)) è uno dei principali minerali del cobalto. Più del 50% delle riserve di cobalto note nel mondo risiede nei giacimenti nella regione del Katanga (Congo).
La cobaltite (CoAsS) è di genesi idrotermale formandosi per raffreddamento del magma residuo dopo la formazione di graniti e pegmatiti. Questi fluidi magmatici si insinuano in fessure e spaccature esistenti in rocce originando dei corpi magmatici noti come vene o filoni. In Italia sono presenti miniere In Italia in Sargegna e nell'Isola d'Elba.
L'eritrite, Co3(AsO4)2·8(H2O), è un arseniato idrato di cobalto.
Il glaucodoto, (Co,Fe)AsS, è un solfuro di cobalto, ferro e arsenico . Il rapporto cobalto:ferro(II) è tipicamente di 3 a 1 con tracce di nickel come sostituente.
La Skutterudite è un minerale arsenide al cobalto con quantità variabili di nichel e ferro; la sua formula generale è (Co,Ni)As3-x.
Produzione
Attualmente la produzione mineraria globale di cobalto dai minerali di cobalto tra il 2010 e il 2020 è stata compresa tra 130.000 e 158.000 tonnellate all'anno. Nello stesso periodo, all'interno dell'UE, dalle miniere sono state prodotte da 140 a 2.300 tonnellate di cobalto, tutte dalla Finlandia.
Il principale produttore di minerali di cobalto, con il 68% di tutto il cobalto estratto nel mondo nel 2020, è la Repubblica Democratica del Congo (RDC); il secondo e il terzo produttore di cobalto sono Russia e Australia, rispettivamente con quote del 4,5% e del 4,1%. La quota dell'UE del cobalto estratto a livello mondiale è dell'1,1%, tutto proveniente dalla Finlandia.
In Europa, la maggior parte dei depositi e degli eventi noti contenenti cobalto sono raggruppati nei paesi nordici (Finlandia, Svezia e Norvegia). Altri depositi sono più sparsi in tutta l'Europa meridionale e centrale
L'attore principale nel campo della raffinazione del cobalto è la Cina, che rappresenta il 67% della produzione globale di cobalto raffinato nel 2020.
La volatilità dei prezzi, la geopolitica dell'offerta, i costi e i benefici ambientali stanno spingendo l’industria al riciclaggio del cobalto.
Estrazione del cobalto
Il cobalto viene estratto principalmente come sottoprodotto dell'estrazione di rame e nichel.
I dati del 2017 mostrano che il 56% dell'offerta mondiale di cobalto primario proviene dalle miniere di rame e il 37% dalle miniere di nichel. Solo il 7% della fornitura globale di cobalto proviene da operazioni minerarie in cui il cobalto è il prodotto principale.
Nella Repubblica Democratica del Congo, il 50 o 70% si concentra nelle miniere del sud-est del Paese. E sono perlopiù i bambini a lavorare in queste miniere e a pagare le terribili condizioni dello sfruttamento. Secondo i dati Unicef del 2014, infatti, sono circa 40.000 i minori sfruttati nelle miniere di cobalto del sud della Repubblica Democratica del Congo. Secondo le stime del governo, il 20% del cobalto esportato dal Paese proviene da minatori artigianali. Chiamati creuseurs, questi piccoli minatori estraggono a mani nude, utilizzando strumenti di fortuna per scavare le rocce e creare profonde gallerie sotterranee.
Molti bambini lavorano 12 ore al giorno se non di più, senza protezioni, in condizioni estreme, tra suolo tossico e acqua acida e con un salario misero, di circa 1.000-2.000 franchi congolesi al giorno, cioè solamente per 1 o 2 euro. Spaccano pietre per poi venderle alle società minerarie. Hanno tra i 7 e i 16 anni, senza contare i neonati fasciati sulla schiena delle madri.
Il cobalto viene estratto principalmente nella Repubblica Democratica del Congo in miniere su larga scala (LSM), di proprietà di società locali, canadesi, australiane, europee e cinesi, nonché in miniere artigianali e su piccola scala (ASM) . Gli scarichi di miniere e fonderie nell'ambiente hanno portato alla contaminazione da metalli pesanti dell'aria, dell'acqua e dei beni del suolo, con gravi ripercussioni sulla salute umana. Anche se le conseguenze a lungo termine non sono ancora del tutto note, studi recenti su regioni fortemente minate hanno rilevato danni al DNA e un'elevata prevalenza di rari difetti alla nascita.
Utilizzo del cobalto
La forte crescita dell'offerta di cobalto negli ultimi decenni è stata trainata dalla domanda di cobalto per le batterie agli ioni di litio e dalla domanda proveniente dalla Cina.
Sul lato della domanda del mercato del cobalto, la quota di consumo della Cina è del 32%; l'Europa è il secondo maggiore consumatore di cobalto, rappresentando circa il 24% del consumo globale di cobalto.
Nel 2020, il consumo di cobalto è stato distribuito tra le applicazioni come segue:
batterie (57%),
leghe a base di nichel (13%),
materiali per utensili (8%),
pigmenti (6%),
catalizzatori (5%)
e altro, ad esempio magneti.
Nel medio e lungo termine, la domanda di cobalto è prevista in crescita, trainata dalla transizione energetica e dalla domanda di veicoli elettrici
I prodotti contenenti cobalto sono utilizzati in diversi settori, l'elettronica portatile (48%) e il settore automobilistico (26%) sono le più importanti.
Applicazioni metallurgiche del cobalto
Il metallo cobalto è necessario per la produzione di superleghe, leghe per riporti duri e acciai ad alta velocità, leghe magnetiche, materiali duri e leghe speciali.
Le superleghe sono una categoria di leghe metalliche molto ampia, ideate per avere una buona resistenza meccanica e alla corrosione, nonché per sopportare temperature molto elevate, intorno ai 1200 °C, inoltre sono molto utili in campo aeronautico e/o aerospaziale (sono impiegate per costruire le pale di turbine per motori a reazione).
Benché di impiego più limitato rispetto alle superleghe a base nichel o nichel-ferro, le superleghe a base cobalto ricoprono un importante ruolo nell’industria delle turbine a gas. Esse presentano infatti resistenza meccanica superiore alle temperature più elevate, maggiore resistenza alla corrosione (alle alte temperature e in presenza di solfuri), maggiore resistenza alla fatica termica e migliore saldabilità rispetto alle superleghe a base nichel.
Le leghe per fucinatura a base di cobalto contengono circa il 30% di cobalto e le leghe per fusione a base di cobalto possono contenere fino al 65 % di cobalto.
Leghe da riporto duro. Il termine "riporto duro" si riferisce alla deposizione di leghe dure mediante un processo di saldatura su una base di metallo più tenero per proteggerla dall'usura. Le leghe per riporti duri a base di cobalto sono selezionate per la loro eccellente resistenza alla più ampia combinazione di tipi di usura. Le leghe per riporti duri contengono principalmente cobalto, cromo, molibdeno e nichel in varie composizioni.
Applicazioni chimiche del cobalto
Batterie. Il cobalto è utilizzato principalmente nelle batterie ricaricabili. Le sostanze di cobalto utilizzate come precursori chimici per i materiali catodici sono il solfato di cobalto, il dicloruro e il dinitrato. Composti di cobalto per la produzione di materiali catodici attivi sono ossido di cobalto, idrossido di cobalto, solfato di cobalto e cobalto metallico di elevata purezza. Il cobalto è un componente essenziale delle batterie agli ioni di litio che, rispetto ad altri tipi di batterie, offrono energia e densità di potenza superiori, nonché capacità di riciclaggio.
L’ ossido di litio cobalto (LCO), che ha un catodo composto da LiCoO2 contenente il 60% di Co che rappresenta il 50% del peso del catodo, viene utilizzato in dispositivi elettronici portatili come telefoni cellulari, tablet e laptop.
L’ ossido di litio-nichel-manganese-cobalto (NMC), che ha un catodo che contiene il 10-20% di cobalto, viene utilizzato nei veicoli elettrici e nelle unità di accumulo di energia (ad esempio nelle fattorie di energia rinnovabile).
Il significativo aumento del numero di veicoli elettrici e dispositivi elettronici portatili, la maggior parte dei quali contiene batterie agli ioni di litio, ha determinato negli ultimi anni una crescita considerevole della domanda di cobalto. Nel 2005, i prodotti chimici per batterie rappresentavano solo il 25% degli usi finali globali del cobalto, mentre nel 2020 i prodotti chimici per batterie ricaricabili rappresentavano il 57% del consumo totale di cobalto.
Pigmento. Uno dei primi usi conosciuti del cobalto è nei pigmenti per produrre un colore blu intenso in vetro, porcellana, ceramica, vernici, inchiostri e smalti
Vitamina B12. Il cobalto è un oligoelemento bioessenziale per batteri, piante, animali e esseri umani. Fa parte della vitamina B12, che è di vitale importanza nella fisiologia del corpo umano. Il cobalto è alla base dell'industria biotecnologica come oligoelemento indispensabile per il mezzo di crescita nei processi di fermentazione che producono importanti biomolecole utilizzate in molte applicazioni mediche e farmaceutiche. Il cobalto è utilizzato nei mangimi animali in quanto è un nutriente essenziale per gli animali.
Riciclo
La volatilità dei prezzi, la geopolitica dell'offerta, i costi e i benefici ambientali sono tra i driver per il riciclaggio del cobalto.
Mentre gli usi specifici del cobalto sono dissipativi come pigmenti in ceramica, vernici e adesivi per pneumatici, il cobalto utilizzato in applicazioni come superleghe, metalli duri, batterie e catalizzatori può essere raccolto e riciclato.
Il riciclaggio dei prodotti fuori uso è un'importante fonte di approvvigionamento di cobalto per l'UE. È stato stimato che nel 2016 il 22% del consumo annuo di cobalto dell'UE provenisse da rottami a fine vita.
Il riciclo delle batterie
Il contenuto di cobalto nelle batterie ricaricabili a fine vita costituisce una sostanziale risorsa secondaria.
Entro la fine del decennio l’Unione europea deve raggiungere livelli più alti di riciclo delle batterie.
L’accordo politico preliminare, raggiungo dal Consiglio e il Parlamento europeo, fissa obiettivi per i produttori di raccolta dei rifiuti di batterie portatili (63% entro la fine del 2027 e 73% entro la fine del 2030) e introduce un obiettivo di raccolta dedicato per i rifiuti di batterie per mezzi di trasporto leggeri (51% entro la fine del 2028 e il 61% entro la fine del 2031).
Concordato anche l’obiettivo per il recupero del litio dai rifiuti di pile al 50% entro il 2027 e all’80% nel 2031, che può essere modificato mediante atti delegati in funzione degli sviluppi tecnologici e del mercato e della disponibilità del litio. 4
I problemi principali connessi al recupero del cobalto dalle batterie esaurite sono lo smistamento e l'identificazione della composizione della batteria.
Nei prossimi anni potrebbero essere previste opportunità significative per riciclare il cobalto dalle batterie dei veicoli elettrici. Il riciclaggio su larga scala può essere previsto oltre il 2025. Questa proiezione si basa su una durata media stimata dei veicoli elettrici di otto anni (Patrícia Alves Dias et al. 2018).
La scelta del processo per il recupero del cobalto dalle batterie esaurite dipende dal tipo di batteria contenente cobalto. Di solito, le grandi fonderie di Ni-Co sono anche in grado di recuperare il cobalto dalle batterie esaurite.
Riferimenti
Horizon 2020 programme, Cobalt
Cortile dei gentili, Gli schiavi del cobalto
Batterie. Finalmente il nuovo accordo Ue sugli obiettivi di riciclo per cobalto, piombo e litio
Litio e le batterie dei veicoli elettrici |
Le terre rare e la difficoltà del riciclo |
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