Suuresti ligemale 40 aasta taguste teadmise kohaselt leidub Põhja-Eesti fosforiidiladestus fosfaadimaaki ligikaudu kolm miljardit tonni. Oksiidi (P₂O₅) kujul olev fosfor moodustab sellest 700–800 miljoni tonni. Lisaks fosforile sisaldab maak veel veel mitmeid haruldasi muldmetalle. Muu hulgas kasutatakse neid toorainena elektriautode, tuulegeneraatorite, elektroonikaseadmete, katalüsaatorite jmt tootmisel, mis muutuvad kliimaeesmärkide idee juurdumisel ühe olulisemaks.

Isegi kui ettenähtavas tulevikus Eestis fosforiiti kaevandama ei hakata, võiksid olla nõnda käepärast võtta toimivad meetodid, kuidas eraldada maagist muldmetalle kõige ohutumal ja ratsionaalsemal viisil. Juhuks kui ühe päeval leitakse tehnoloogia, kuidas kaevandada maaki piisavalt keskkonnasäästlikult ja kord juba maapõuest välja ammutatud tooret tulemuslikult töödelda.

Pikk ajalugu

Fosforiidivarude koostist, ladestute paiknemist jmt uurivad sama projekti raames Eesti geoloogiateenistus ja ülikoolide teadlased – keemiatehnoloogid. Nii tegutseb Tallinna Tehnikaülikoolis juba 1965. aastast peamiselt anorgaaniliste fosforühendite keemiat uurinud akadeemik Mihkel Veiderma loodud laboratoorium. Sarnaselt labori asutajale uuritakse seal maavarade keemilist koostist ja nende töötlemise võimalusi lähtuvalt materjalitehnoloogia vaatevinklist.

Muu hulgas tegeleb anorgaaniliste materjalide labori juhataja Andres Trikkel ressursside väärindamise programmi (ResTa) raames Eesti karbifosforiidi kvaliteedi ja omaduste uurimisega. "Meie labor tegeles ka n-ö eelmisel perioodil fosforiidi ja fosforväetiste küsimustega. Algselt oligi see mineraalväetiste ja söötade probleemlaboratoorium, kus uuriti erinevaid apatiit- ja fosforiitmaake ning nendest fosforhappe saamise mooduseid," meenutas professor.

Vanematel tehnoloogiatel on tema sõnul aga omad puudused. "Seetõttu katsetame nüüd uuemat meetodit, mis meie praeguste teadmiste silmis edukalt vähendab seniseid puudujääke ning võimaldab samaaegselt eraldada fosfaatmaagist muud kasulikud ja huvitavad komponendid, näiteks haruldased muldmetallid," sõnas Trikkel.

Praegu ollakse katsetega laboratoorsel tasandil. Lõppeesmärk on skaleerida need katsetused aga lõpuks tööstuslikku tootmisse. Teisisõnu saaks töödelda sarnaste meetodite abil grammide ja liitrite asemel sadu ja tuhandeid tonne apatiiti – fosforit sisaldavat kaltsiumfosfaati. Trikkel tunnistas siiski, et sinnamaani on minna veel pikk tee.

Praegu on teadlaste käsutuses vaid kolm uuemal ajal nn Rakvere fosforiidiväljalt võetud proovi ja mõned vanemad. Ühtlasi võib oodata, et kaks aastat kestva projekti nii kaugele ei jõuta. Samas on tegu riikliku huviga. Teadlastele on antud selge sõnumiga uurida, mida Eesti maapõu sisaldab ja millistel tingimustel oleks võimalik seal leiduvat kasutusele võtta.

"See on kaugelevaatav protsess, milles meie peamine tähelepanu on fosfaatmaagil. Püüame arendada tegelikult maailmas juba tuntud soolhappelise töötluse tehnoloogiat, mis võimaldab maagist kätte saada ka haruldased muldmetallid," kirjeldas Trikkel oma laboratooriumi uurimistöö põhisuunda.

Seni on arendanud töörühm aluseks võetud tehnoloogia mitmeastmeliseks. Esmalt eraldatakse fosforiidist soolhappes lahustuv osa, misjärel sadestatakse lahusest haruldased muldmetallid. Selle tulemusel tekib haruldaste muldmetallide kontsentraat, millest saab neid ükshaaval eraldama hakata. Järele jääb soolhappes lahustumatu kvartsliiv.

Järgmises astmes sadestatakse lahusest kaltsiumvesinikfosfaat, mis on juba sisuliselt fosforväetis, Vajadusel saab töödelda seda edasi fosforhappeks. "Katsed näitavad, et maagist on võimalik kätte saada üle 90 protsenti seal sisalduvatest haruldastest muldmetallidest," lisas Trikkel. Samal ajal vaatavad teadlased aga ka neid mineraale, millele tuleks fosforiiti kaevandades samuti kasutus leida, näiteks kuulub nende sekka graptoliit-argilliit jt.

Uus kullapalavik?

Eesti kunagine fosforiiditööstus kasutas enamasti vaid väävelhappega töötlemisel põhinevat tehnoloogiat. Mujal maailmas tehakse seda tänapäevani. Selle käigus jääb aga suur osa väärtuslikke elemente jääb rikastusjääkidesse, fosforkipsi. Tulemusena tekib suurel hulgal jäätmeid või lähevad väetistesse ehk kanduvad edasi tootesse.

Seejuures ei tunne inimkond veel kuigi hästi muldmetallide toksikoloogiat. Teisisõnu pole veel sugugi selge, mis täpselt juhtub, kui need ühendid väetiste koostises põllule satuvad. Katsetes tuleb seega jälgida ka selliste ohtlike elementide käitumist. Võimaliku konkurentsieelisena leidub Eesti fosforiidis mürgist kaadmiumi suhteliselt vähe ja maak pole ka radioaktiivne.

Raskesti edasi töödeldavat fosforkipsi tekib ka Tehnikaülikoolis täiustataval soolhappelisel töötlemisel. Jääk on aga teadlaste hinnangul puhtam ja seda saaks kasutada näiteks ehitusmaterjalide tootmiseks.

Trikkeli sõnul jääb kõigi haruldaste muldmetallide summaarne sisaldus Eesti fosforiidikihis keskmiselt tasemele 1000 ppm (mg/kg) ehk kaevandatavas maagis ligikaudu 0,1 protsenti. Võrdlusena on nende sisaldus kasvõi Venemaa Koola poolsaare maardlate apatiidikihis kuus korda kõrgem.

Liiatigi on haruldasi muldmetalle kokku 15, koos ütriumi ja skandiumiga 17. Neist igaühe sisaldust tuleks vaadelda eraldi. Eesti fosforiidilademest võetud proovide kohaselt leidub seal kõige rohkem kergeid haruldasi muldmetalle, näiteks lantaani, tseeriumi ja neodüümi.

Muu hulgas läheb neid käimalükatud rohepöörde valguses tuulegeneraatorite, elektriautode akude ning mootorite ja supermagnetite tootmiseks. Kõige lihtsamalt saab nende kasutusala vibreerivate mobiiltelefonidega. Nii värinat kui ka heli tekitavad kõlarites haruldasi muldmetalle sisaldavad minimagnetid. Ilma haruldaste muldmetallideta ei oleks olemas ka värvilisi puutetundlikke ekraane.

Kirju keemia

Andres Trikkel tunnistas, et tehnoloogia, mida uuritakse, pole lihtsate killast. Tööstuslikke seadmeid pole välja valitud. Laboritingimustes on aga katseliselt tõestatud, et meetod töötab ja selle edasiarenduse võiks suunata prototüübi tasemele.

"Me ei pea kasutama rikastatud fosfaadimaaki, piisab purustatud maagist. Nii jääb ära flotatsiooniprotsess, mis kujutab endast suurt koormust keskkonnale. Töötlemisel tuleb täpselt doseerida happekulud ja jälgida lahuse pH-d," kirjeldas Trikkel tehnoloogia eeliseid.

"Tegelikult on protsessis vaja küllaltki madala kontsentratsiooniga soolhapet – kuni viis protsenti. Happelises keskkonnas saame sadestada välja raskmetallid, raua, haruldased muldmetallid ja fluori. Just lenduvate fluoriühendite eraldumine on senise tehnoloogia juures probleem," märkis professor. Happelisusetasemega edasi mängides saavad teadlased kätte kaltsiumvesinikfosfaat, mille saab edasi toota fosforhapet. Viimaks taasmoodustatakse soolhape.

Protsess on tundlik pH reguleerimise osas. "Omajagu tegemist sellega on, aga kõige kurvem tulevik oleks, kui fosfaatmaak Eestist lihtsalt välja viiakse ja me ise seda edasi ei töötle," sõnas Trikkel.

Professor lisas, et soolhappe neutraliseerimiseks plaanitakse kasutada lubjakivi asemel põlevkivituha aluselist leotuslahust. Sellega saab vähendada protsessi süsinikdioksiidi emissiooni. Ühtlasi leitakse sellega põlevkivitööstuse suurjäätmele vähemalt osaline rakendus.

Fosforiidi kaevandamiseni jõudmine sõltubki Trikkeli hinnangul tegelikult sellest, kui tõhusalt suudetakse väärindada nii fosforiiti kui ka kaasnevaid mineraale, aherainet ja tekkivaid kõrvalsaadusi. Sama oluline on, kuidas õnnestub säästa keskkonda, sh põhjavett ja lahendada sotsiaalseid probleeme. "Vähemalt lähitulevikus ei pruugi see kõik majanduslikult sugugi otstarbekas olla," nentis Andres Trikkel.

Kuigi teadlased ei ole veel otseselt kontakti võtnud, siis sellise tehnoloogia võimaliku kasutajana näevad nad Sillamäel asuvat Silmetit. Metallurgia- ja keemiaettevõte on terve Euroopa suurim haruldaste muldmetallide ehk siis neid sisaldavate oksiidide ja karbonaatide tootja. Tehases mõnekümne kilomeetri kaugusel ammutatava tooraine kasutamine võiks olla märksa mõislikum, kui selle sisse vedamine USA-st Californias asuvast kaevandusest.