Kovy vzácných zemin, a jak je získat

LAciné CEny PRasat NEdovolily PRométheovi SMésti EUrópu . to je začátek věty, kterou biflují studenti chemie. Je to mnemotechnická pomůcka, jak si zapamatovat sled lantanoidů, neboli kovů vzácných zemin v Mendělejevově periodické tabulce.

Právě těmto kovům bylo věnováno jedno z témat konference Zpětný odběr, kterou pravidelně pořádá společnost Asekol. Tyto kovy, označované jako REE – Rare-Earth Elements nebo KVZ – Kovy vzácných zemin, se totiž v posledních letech staly strategickými surovinami elektrotechnického průmyslu. Zároveň se na ně obrací pozornost při recyklaci vysloužilých elektronických a elektrotechnických zařízení.

„Jde o specifickou skupinu vzácných kovů, které se využívají téměř výhradně v hightech oborech, jako je výroba mobilních a satelitních telefonů, hybridních motorů, permanentních magnetů, infračervené optiky nebo komponentů OZE. Takřka celou světovou produkci těchto prvků (95 %) má ve svých rukou Čína a svoji dominanci dále zvyšuje tím, že vstupuje do zahraničních firem, které těží ve světě zbylých pět procent,“ uvedl na konferenci Mgr. Pavel Kavina, PhD, ředitel odboru surovinové a energetické bezpečnosti Ministerstva průmyslu a obchodu. „Na podzim 2009 se Čína rozhodla omezovat těžbu REE kvůli uzavírání neekologických či nebezpečných dolů a začala limitovat vývoz. Vyspělé země – EU, Japonsko či USA, které své někdejší doly uzavřely – byly naprosto bezmocné a zasaženy na velmi citlivém místě.“


Vedle těžby věnuje vzestupující Čína již mnoho let velkou pozornost tomu, co Mgr. Kavina označil za „surovinovou diplomacii“ pro zajištění dostatku nerostných a energetických zdrojů pro své hospodářství. Podobný trend sledují i další, zejména mimoevropské země, jako jsou Japonsko nebo Jižní Korea.

V Evropské unii začala diskuse o tzv. superkritických komoditách v pracovních skupinách v letech 2010-2011. „EU v té době absolvovala to, co mají ostatní globální hráči vyřešeno již několik desetiletí,“ poznamenal k tomu na konferenci Mgr. Kavina. Diskuse vyústily v definování čtrnácti superkritických komodit. Vedle kovů vzácných zemin je v nich zastoupen antimon, beryllium, fluorit, gallium, germanium, grafit, hořčík, indium, kobalt, niob, platinové kovy, tantal a wolfram.

Právě pro potíže se získáváním těchto materiálů z primární těžby se stále větší pozornost obrací na již použitá zařízení na konci své životnosti, z nichž by se recyklací dala získat významná množství těchto cenných materiálů.

KDE JE NAJDEME

Kovy vzácných zemin najdeme prakticky v každé z kategorií odpadních elektrických a elektronických zařízení, jak je definuje evropská směrnice (2012/19/EU).

Prvek europium je například důležitým kovem, který se používá pro výrobu LED osvětlení. Kromě toho ho najdeme v zařízeních pro air conditioning, dotykových monitorech, TV, LCD, ve velkých tiskárnách a zdravotnických přístrojích, hodinkách, váhách, různých malých zařízeních včetně hraček a samozřejmě v osobní elektronice, jako jsou mobily, GPS nebo počítače – v souhrnu ho nacházíme u zařízení kategorie jedna až šest podle směrnice OEEZ.

Další prvek, erbium, se používá při výrobě laserů a superrychlých optických kabelů, osvětlení a tak dále, obecně v zařízeních v kategorii 3-5. Neodym se používá při výrobě miniaturních reproduktorů nebo elektrických motorků k bezkabelovému napájení různých zařízení. Počítač například může mít v magnetech hard disku až šest gramů neodymu.

Díky magnetickým a polovodivým vlastnostem se používá cer v katodách a kondenzátorech, pro získání žluté barvy v monitorech nebo žluté zabarvení skla (obecně kategorie 2-6).

PODPORA RECYKLACE

„Kovy vzácných zemin jsou 200krát častější než zlato. Jejich ložiska však nejsou dostatečně velká a koncentrovaná na to, aby stála za to je vytěžit,“ uvedl na konferenci Zpětný odběr J. J. Santos, výkonný ředitel španělské společnosti Sustainable Alcublas Ltd. Co. Podle jeho slov existují značné mezery ve zpětném získávání KVZ z vysloužilých spotřebičů, mělo by se to však změnit.

„Je dva až desetkrát efektivnější recyklovat kovy, než je těžit. Polovina světové oceli se recykluje, protože je na to trh. Totéž se stane u KVZ. Na vytváření recyklačních metod pracují různé země a odborníci se shodují, že bude trvat ještě nějaký čas, než se recyklace na průmyslové úrovni začne vyplácet.“ To je vyjádření Archima Steinera, výkonného ředitele organizace Rare Earths UNEP (New York, 2011).

V Evropě se počátkem tohoto roku rozběhl projekt REMANENCE, který Evropská komise podpořila skoro deseti miliony euro. Je zaměřen na hledání postupů pro materiálové využití a recyklaci KVZ, zejména magnetů s obsahem neodymu, železa a bóru (NdFeB), které se vyskytují v mnoha elektrických a elektronických zařízeních na konci životnosti.

V Japonsku zase začal letos platit zákon podporující využívání KVZ z mobilů a dalších zařízení.

Japonci o této aktivitě hovoří jako o „urban mining“ – recyklaci hodnotných materiálů z velkých skladišť použitých WEEE.

DESIGN, KTERÝ MYSLÍ DOPŘEDU

Ve svém zákoně však Japonci nepodporují jen rozvoj recyklace. Zaměřují se i na výrobce různých spotřebičů: měli by lépe spolupracovat při designu výrobků, aby se snížily náklady na zpětné získávání těchto kovů ze zařízení po konci životnosti.

O tomto trendu hovořil na konferenci také Maximilian Ueberschaar z Technické Univerzity v Berlíně. Na recyklaci orientovaný design produktů vyžaduje podle něj detailní informace o chemických a fyzikálních vlastnostech v rámci analýzy životního cyklu. Pro recyklaci je nejdůležitější uvolnění materiálů obsahujících konkrétní kovy. „Recyklační procesy musí být do průmyslu integrovány strategicky. Nesmíme sledovat jen zisk jako jediné kritérium“, řekl ve své přednášce Ueberschaar.

„Můžeme uchránit mnoho přírodních zdrojů, omezit emise CO2, a také ušetřit peníze tím, že budeme recyklovat kovy vzácných zemin, které jsou v našich starých zařízeních. Těžba kovů je nákladná, zpracování starých přístrojů a nové využití kovů je levnější a snadnější,“ uzavřel na konferenci J. J. Santos.

Zdroj: přednášky konference Zpětný odběr 2013, pořádané společností Asekol v květnu 2013.

 

LANTHANOIDY

Jésou skupina patnácti chemických prvků počínajících lanthanem, tedy prvků s protonovým číslem 57 až 71. Spolu se skandiem a yttriem tvoří skupinu prvků vzácných zemin. Veškeré lanthanoidy vykazují velmi podobné chemické chování, jejich soli jsou značně podobné sloučeninám hliníku. V přírodě se lanthanoidy vyskytují pouze ve formě sloučenin. Jejich výskyt na Zemi není nijak řídký. Nejčastěji zastoupený cer je celkově 26. prvkem v pořadí elementárního složení zemské kůry a i nejméně běžné lutecium vykazuje 200krát vyšší obsah v kůře než zlato.

Lanthan La

Cer Ce

Praseodym Pr

Neodym Nd

Promethium Pm

Samarium Sm

Europium Eu

Gadolinium Gd

Terbium Tb

Dysprosium Dy

Holmium Ho

Erbium Er

Thulium Tm

Ytterbium Yb

Lutecium Lu

 

KATEGORIE OEEZ

(podle směrnice 2012/19/EU ze dne 4. července 2012 o odpadních elektrických a elektronických zařízeních)

1. Velké spotřebiče pro domácnost

2. Malé spotřebiče pro domácnost

3. Zařízení informačních technologií a telekomunikační zařízení

4. Spotřební elektronika a fotovoltaické panely

5. Osvětlovací zařízení

6. Elektrické a elektronické nástroje (s výjimkou velkých stacionárních průmyslových nástrojů)

7. Hračky, vybavení pro volný čas a sporty

8. Zdravotnické prostředky (s výjimkou všech implantovaných a infikovaných výrobků)

9. Přístroje pro monitorování a kontrolu

10. Výdejní automaty

 

CO JE V IPHONU

iPhone je cvičení ve vysokoškolské chemii. Kovy vzácných zemin jsou klíčové v komponentách, jež zajišťují, aby telefon svítil, měl jasný obraz a vydával zvuk.

Barevný monitor: Yb, La, Pr, Eu, Ga Te, Dy

Monitor: La, Ce, Pr

Obvody: La, Pr, Ne, Ga, Dy

Reproduktory: Pr, Ne, Ga, Te, Dy

Vibrace: Ne, Te, Dy

Složení iPhonu

Cu 21,960 %

Co 20,460 %

Si 7,100 %

Al 4,050 %

Fe 3,290 %

Ni 3,210 %

Ca 2,290 %

P 2,180 %

Na 0,895 %

Sn 0,933 %

K 0,947 %

Cr 0,726 %

Sr 0,847 %

S 0,356 %

Nd 0,161 %

Er 0,162 %

Ta 0,120 %

In 0,009 %

Ostatní (méně než 0,009 %) 30,300 %

 

„Soupeřit se bude o stále více specifické a těžko nahraditelné komodity. Většina trendů se bude rodit a odehrávat mimo evropský prostor.“

Mgr. Pavel Kavina

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *