Al giorno d’oggi il riciclo delle terre rare è trascurabile.
MATERIE PRIME. Gli elementi delle terre rare (REE) sono un gruppo di elementi che da molti anni attirano l'interesse di vari campi di ricerca a causa delle loro proprietà fisiche e chimiche. Sono materiali molto rari ma allo stesso è molto limitata la capacità di riciclo.
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Argomenti trattati Le terre rare e la difficoltà del riciclo |
Introduzione
Gli elementi delle terre rare (REE), inclusi Y, Sc e lantanidi, sono un gruppo di elementi che da molti anni attirano l'interesse di vari campi di ricerca a causa delle loro proprietà fisiche e chimiche.
I singoli REE, con le loro proprietà fisiche uniche, sono materiali indispensabili nell'industria moderna, in particolare nell'industria dei semiconduttori. Il cerio è uno dei principali REE che ha visto un incremento nella produzione oltre 20 anni fa in quanto elemento importante nella funzionalità delle marmitte catalitiche.
Quali sono gli elementi REE
Gli elementi delle terre rare (REE) sono un gruppo di 17 elementi chimici che si trovano naturalmente insieme. Sono noti per le loro proprietà magnetiche, ottiche e catalitiche uniche. Gli REE sono usati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:
- Elettronica, sono usati in componenti elettronici come magneti, condensatori e semiconduttori.
- Energia, sono usati nelle batterie, nei motori elettrici e nelle turbine eoliche.
- Trasporto, sono usati nei catalizzatori per ridurre le emissioni, nei freni antibloccaggio e nei sistemi di controllo della trazione.
- Medicina, sono usati nelle medicine nucleari, nei farmaci e nei cosmetici.
- Industria, sono usati nei rivestimenti, nei lubrificanti e nei materiali compositi.
Gli REE sono essenziali per la nostra economia e società moderne. L’Unione Europea li ha inseriti nella lista delle materie prime strategiche in quanto rari e difficili da estrarre. Negli ultimi anni la domanda di REE è in aumento, ma la produzione è limitata. Ciò ha portato a un aumento dei prezzi e a un incremento delle preoccupazioni per la sicurezza delle forniture.
Ci sono una serie di modi per affrontare la sfida della sicurezza delle forniture di REE. Uno è aumentare la produzione di REE in tutto il mondo, sviluppare tecnologie che utilizzano meno REE o trovare una alternativa, incrementare il riciclo.
La produzione globale delle miniere è stimata in 280.000 tonnellate di ossidi delle terre rare (REO) equivalente nel 2021, in aumento significativamente rispetto al 2020 (240.000 tonnellate). Nel 2020 la Cina ha fornito circa il 62% della produzione primaria mondiale di REE. L’UE importa il 100% delle sue REE.
Quali sono i 17 elementi delle terre rare (REE)?
Le Terre rare, anche definite con l’acronimo REE (Rare Earth Elements), sono 17 metalli presenti nella tavola periodica degli elementi chimici. Includono lo scandio (Sc) e l’ittrio (Y ), più l’intera serie dei lantanidi
Gli elementi REE sono: cerio (Ce), lantanio (La), praseodimio (Pr), Samario (Sm), Europio (Eu), Terbio (Tb), Gadolinio (Gd), Erbio (Er), Ittrio (Y), Olmio (Ho), Lutezio (Lu), Tulio (Tm), Itterbio (Yb), Disprosio (Dy), Scandio (Sc), neodimio (Nd), Promezio (Pm)
Le Terre rare, anche definite con l’acronimo REE (Rare Earth Elements), sono 17 metalli presenti nella tavola periodica degli elementi chimici dei lantanidi. Includono lo scandio (Sc) e l’ittrio (Y ), più l’intera serie dei lantanidi
Maggiori produttori di REE.
Tra le terre rare, la produzione di ossidi di lantanio e cerio rappresenta circa il 70%, gli ossidi di praseodimio e neodimio circa il 20% e altri elementi rappresentano circa il 10%.
Importazioni UE di REE per paese (2016-2020) (EUROSTAT 2022).
Il tasso di riciclaggio è ancora molto basso, solitamente inferiore all’1%, soprattutto in Europa a causa della mancanza di sistemi di raccolta efficienti e dei costi proibitivi per la creazione di nuovi impianti di riciclaggio
Estrazione dei minerali
Le fasi di produzione comprendono generalmente l'estrazione, l'arricchimento, la lavorazione idrometallurgica, la separazione, la raffinazione, l'alligazione e la produzione di REE in articoli e componenti di uso finale:
estrazione di minerali dai giacimenti minerari;
arricchimento dei minerali minerali in concentrati minerali;
lavorazioni idrometallurgiche per estrarre e concentrare le REE in concentrati chimici misti;
separazione e perfezionamento in REO individuali. I REO vengono essiccati, immagazzinati e spediti;
convertire alcuni REO in metalli con diversi livelli di purezza;
formare i metalli in leghe REE;
produzione di alcune di queste leghe in dispositivi e componenti come magneti permanenti
La monazite è il minerale più comune di cerio e viene estratto principalmente in Brasile, Cina e Madagascar. La bastnäsite è un altro minerale importante di cerio e viene estratto principalmente in Svezia, Finlandia e Canada. La loparite è un minerale più raro di cerio e viene estratto principalmente in Russia e in Groenlandia.
La monazite è un minerale fosfatico di colore marrone-rossiccio, contenente metalli delle terre rare. Si presenta di solito in piccoli cristalli isolati. Ci sono in realtà almeno quattro diversi tipi di monazite, a seconda della composizione percentuale dei diversi elementi nel minerale:
monazite-(Ce) (Ce, La, Pr, Nd, Th, Y)PO4
monazite-(La) (La, Ce, Nd, Pr)PO4
monazite-(Nd) (Nd, La, Ce, Pr)PO4
monazite-(Sm) (Sm, Gd, Ce, Th)PO4.
Anche la bastnasite può essere presente in natura in diverse composizioni e può contenere Ce, La , Y.
Alcuni dei bastnäsite contengono OH − invece di F − e ricevono il nome di idrossilbastnasite. La maggior parte dei bastnäsite è bastnäsite-(Ce), e il cerio è di gran lunga la più comune delle terre rare in questa classe di minerali.
La loparite-(Ce) è un minerale ossidico granulare e fragile della classe delle perovskiti .
Uso delle terre rare
In questa sede citiamo solo il cerio in quanto è l’elemento di gran lunga più utilizzato tra le terre rare.
I composti del cerio hanno diverse applicazioni pratiche, ma i quattro usi principali sono la lucidatura, la metallurgia, le batterie, i catalizzatori per automobili e il vetro.
Il biossido di cerio viene utilizzato nell'industria ottica per la lucidatura fine del vetro, come decolorante nella produzione del vetro, nei catalizzatori per il cracking del petrolio e nei catalizzatori ad emissione automatica a tre vie, che sfruttano le sue proprietà a doppia valenza (3+ / 4+). La Ceria (CeO2) viene utilizzata per stabilizzare il supporto del catalizzatore ceramico di allumina per i catalizzatori di scarico automobilistici
Il cerio, insieme agli altri REE, fa parte di molte leghe di ferro per intrappolare lo zolfo e l'ossigeno e per reticolare la ghisa. Viene utilizzato anche nelle leghe non ferrose, soprattutto per migliorare la resistenza all'ossidazione ad alta temperatura delle superleghe. Il mischmetal (tipicamente 50% cerio, 25% lantanio, 18% neodimio, 5% praseodimio e 2% altre terre rare) viene utilizzato principalmente per selci (agente che produce scintille) più leggere.
Riciclo
Le attività di ricerca per sviluppare nuovi processi di riciclaggio dei REE sono state accelerate nel 2011 in un contesto di prezzi elevati e di incertezza dell'offerta, quando la Cina ha annunciato una riduzione delle quote di esportazione.
In Europa i tassi di riciclaggio sono ancora molto bassi, solitamente inferiori all’1%, soprattutto a causa della mancanza di sistemi di raccolta efficienti e dei costi proibitivi per la creazione di impianti di riciclaggio delle REE. I tassi di riciclaggio più elevati si hanno per europio, ittrio e terbio grazie al riciclaggio delle lampade fluorescenti.
Il riciclaggio è spesso difficile a causa del modo in cui le terre rare sono incorporate come piccoli componenti in articoli complessi o fanno parte di materiali complessi. I processi richiesti possono essere ad alta intensità energetica e complessi; tuttavia, i fabbisogni energetici sono ancora generalmente inferiori rispetto alla lavorazione di materiali primari o vergini.
Tasso di riciclaggio delle REE utilizzate come leghe in varie applicazioni
Scrreen, RARE EARTH ELEMENTS
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