Η ερυθρά ιλύς, παραπροϊόν της επεξεργασίας βωξίτη για την παραγωγή αλουμινίου, αποτελεί σημαντική δευτερογενή πηγή κρίσιμων μετάλλων. Το κόκκινο χρώμα της οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο. Οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας βωξίτη είναι σχεδιασμένες για την ανάκτηση αλουμινίου και όχι γαλλίου ή σπάνιων γαιών, με αποτέλεσμα τα κρίσιμα αυτά μέταλλα να παραμένουν εγκλωβισμένα στην ερυθρά ιλύ
Η Δρ Greeshma Gadikota, καθηγήτρια στο Columbia University, εξηγεί σε συνέντευξή της στο ινδικό AL Circle τη διαρκώς αυξανόμενη σημασία των προηγμένων τεχνολογιών ανάκτησης κρίσιμων μετάλλων, όπως το γάλλιο και το σκάνδιο, από την ερυθρά ιλύ (απόβλητα βωξίτη).
Όπως επισημαίνει, απαιτούνται νέες τεχνολογίες με χαμηλότερη ενεργειακή και υλική ένταση, καθώς τα κρίσιμα μέταλλα βρίσκονται εγκλωβισμένα σε μια μήτρα πλούσια σε σίδηρο. Ήδη, κορυφαία πανεπιστήμια των ΗΠΑ, υπό την καθοδήγηση της ίδιας, έχουν αναπτύξει τεχνολογίες διαχωρισμού νικελίου, κοβαλτίου και μαγγανίου από χρησιμοποιημένα υλικά μπαταριών.
Η Greeshma Gadikota κατέχει την έδρα Lenfest Earth Institute και είναι καθηγήτρια στο Τμήμα Γεωλογικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής και στο Columbia Climate School του Columbia University. Πριν ενταχθεί στο Columbia, δίδαξε στα πανεπιστήμια Cornell και Wisconsin–Madison. Η έρευνά της επικεντρώνεται στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για τη συνδυασμένη ανάκτηση βιώσιμων ενεργειακών φορέων και κρίσιμων μετάλλων, παράλληλα με την αξιοποίηση εκπομπών, καθώς και στην ανάπτυξη βιώσιμων τεχνολογιών υπεδάφιας ενέργειας.
Το έργο της έχει βραβευθεί από οργανισμούς όπως το DOE, το NSF και το ARO.
Το έργο της έχει βραβευθεί από οργανισμούς όπως το DOE, το NSF και το ARO.
Αναφερόμενη στην εξάρτηση των ΗΠΑ από εισαγωγές γαλλίου και σκανδίου, σημειώνει ότι η ερυθρά ιλύ, παραπροϊόν της επεξεργασίας βωξίτη για την παραγωγή αλουμινίου, αποτελεί σημαντική δευτερογενή πηγή κρίσιμων μετάλλων. Το κόκκινο χρώμα της οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητα σε σίδηρο. Οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας βωξίτη είναι σχεδιασμένες για την ανάκτηση αλουμινίου και όχι γαλλίου ή σπάνιων γαιών, με αποτέλεσμα τα κρίσιμα αυτά μέταλλα να παραμένουν εγκλωβισμένα στην ερυθρά ιλύ.
Όπως εξηγεί, η αυξανόμενη ζήτηση για πρώτες ύλες που περιέχουν γάλλιο και σκάνδιο ενισχύει το ενδιαφέρον αξιοποίησης υφιστάμενων αποθεμάτων ερυθράς ιλύος ως πηγής κρίσιμων υλικών. Ωστόσο, η βασική πρόκληση έγκειται στο ότι τα μέταλλα αυτά συνυπάρχουν μέσα σε πλούσιο σε σίδηρο ορυκτό υπόβαθρο, καθιστώντας δύσκολη την ανάκτησή τους με συμβατικές ενεργοβόρες τεχνικές υψηλών θερμοκρασιών και χημικών αντιδραστηρίων.
Η ίδια υπογραμμίζει ότι απαιτούνται νέες τεχνολογίες μεγαλύτερης ενεργειακής και υλικής αποδοτικότητας, ιδιαίτερα καθώς οι ΗΠΑ επιδιώκουν να αναπτύξουν εγχώρια παραγωγική ικανότητα για κρίσιμες πρώτες ύλες, όπως τα κοιτάσματα σπάνιων γαιών και γαλλίου στη Montana μέσω της U.S. Critical Materials. Παράλληλα, θεωρεί απαραίτητη την αξιοποίηση υφιστάμενων δευτερογενών πόρων, όπως η ερυθρά ιλύς.
Σχετικά με το πρόγραμμα «Mud to Metal», η Gadikota αναφέρει ότι οι συγκεντρώσεις γαλλίου και σκανδίου στην ερυθρά ιλύ κυμαίνονται συνήθως στα 50–80 ppm και 70–120 ppm αντίστοιχα, βάσει της σύστασης των βωξιτικών κοιτασμάτων. Στόχος της ερευνητικής ομάδας είναι ο επιτυχής διαχωρισμός γαλλίου, σκανδίου και άλλων κρίσιμων μετάλλων και η παραγωγή συμπυκνωμάτων υψηλής καθαρότητας. Οι σχετικές διαδικασίες βρίσκονται σήμερα σε εργαστηριακή κλίμακα, με δοκιμές σε γραμμάρια υλικού, πριν περάσουν σε επόμενα στάδια κλιμάκωσης.
Παράλληλα, η ομάδα εργάζεται πάνω στην ανάπτυξη τεχνολογιών αξιοποίησης της ερυθράς ιλύος που θα μπορούν να εφαρμοστούν τόσο στις ΗΠΑ όσο και διεθνώς, ιδιαίτερα σε περιοχές όπου η παραγωγή αλουμινίου συνεχίζει να αναπτύσσεται.
Η Gadikota σημειώνει επίσης ότι η δευτερογενής επεξεργασία αλουμινίου από μεταχειρισμένα προϊόντα, όπως κουτάκια αναψυκτικών, αναπτύσσεται ταχύτατα στις ΗΠΑ. Το αλουμίνιο αποτελεί βασικό υλικό για ελαφριά οχήματα και εφαρμογές που απαιτούν αντοχή στη διάβρωση. Η εγχώρια επεξεργασία βωξίτη, σε συνδυασμό με την ανάκτηση γαλλίου, σκανδίου και άλλων κρίσιμων υλικών σε κλειστό κύκλο παραγωγής, θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά τη βιομηχανική αυτάρκεια των ΗΠΑ.
Αναφερόμενη στην ασφάλεια, υπογραμμίζει ότι η ερυθρά ιλύς μεταφέρεται και αποθηκεύεται πάντοτε σε ειδικά δοχεία, ενώ εφαρμόζονται αυστηρά πρωτόκολλα περιβαλλοντικής υγείας και ασφάλειας.
Όσον αφορά τις μελλοντικές ανάγκες των ΗΠΑ σε κρίσιμα μέταλλα, σημειώνει ότι η ετήσια κατανάλωση γαλλίου ανέρχεται περίπου στους 20–30 τόνους, ενώ μόνο το σημείο Gramercy στη Λουιζιάνα διαθέτει περίπου 30 εκατ. τόνους αποθηκευμένης ερυθράς ιλύος. Με συγκέντρωση γαλλίου της τάξης των 50 ppm, το απόθεμα αυτό θα μπορούσε να περιέχει έως και 1.500 τόνους γαλλίου, εκ των οποίων αρκεί να ανακτηθεί μόλις το 1/30 για να καλυφθούν οι εγχώριες ανάγκες.
Αντίστοιχα, η κατανάλωση σκανδίου στις ΗΠΑ κυμαίνεται στους 7–10 τόνους ετησίως. Με περιεκτικότητα περίπου 80 ppm, το ίδιο απόθεμα στη Λουιζιάνα θα μπορούσε να περιέχει έως και 2.400 τόνους σκανδίου, επαρκείς όχι μόνο για την εγχώρια αγορά αλλά και για εξαγωγές.
Για το τιτάνιο, η περιεκτικότητα στην ερυθρά ιλύ κυμαίνεται από 1% έως 10%. Αν υποτεθεί συγκέντρωση 2% σε οξείδιο τιτανίου στο Gramercy, το απόθεμα θα μπορούσε να περιέχει έως και 600.000 τόνους υλικού, ποσότητα ικανή να καλύψει σημαντικό μέρος της αμερικανικής ζήτησης διοξειδίου του τιτανίου, η οποία ανέρχεται σε 1–1,5 εκατ. μετρικούς τόνους ετησίως.
Οι συγκεντρώσεις σπάνιων γαιών στην ερυθρά ιλύ κυμαίνονται από 400 έως 2.000 ppm, ενώ οι ανακτημένες σπάνιες γαίες μπορούν να διαχωριστούν περαιτέρω και να αξιοποιηθούν για την κάλυψη εγχώριων αναγκών.
Η ερευνητική ομάδα της Gadikota έχει επίσης αναπτύξει τεχνολογίες ανάκτησης νικελίου, κοβαλτίου και μαγγανίου από χρησιμοποιημένες μπαταρίες, ανάκτησης νικελίου και μαγνησίου από πυριτικά ορυκτά, ανάκτησης χαλκού από θειούχα κοιτάσματα, καθώς και ανάκτησης αλουμινίου και μαγγανίου από dross, παραπροϊόν της δευτερογενούς επεξεργασίας αλουμινίου.
Η καινοτομία αυτών των τεχνολογιών βασίζεται στη χρήση ηλεκτροδοτούμενων χημικών διεργασιών με αναγεννώμενα υλικά, μειώνοντας την κατανάλωση χημικών και ενέργειας σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους. Παράλληλα, οι διαδικασίες αυτές λειτουργούν σε κλειστό κύκλο, επιτρέποντας την ανάκτηση πολλαπλών προϊόντων και περιορίζοντας τις εκπομπές αποβλήτων.
Τέλος, η Gadikota τονίζει ότι η αξιοποίηση δευτερογενών πόρων, όπως σκωρίες, τέφρα άνθρακα, dross αλουμινίου, γεωθερμικά άλμη και μεταλλουργικά κατάλοιπα, αποκτά ολοένα μεγαλύτερη σημασία, καθώς τα υψηλής ποιότητας κοιτάσματα εξαντλούνται, η εξάρτηση από ξένες προμήθειες αυξάνει και οι διαδικασίες αδειοδότησης νέων μεταλλείων παραμένουν αργές.
