Eesti geoloog aitab Kreekas lahendada haruldaste muldmetallide tasakaaluprobleemi ({{commentsTotal}})

Johannes Vindi ees laual on purk valget värvi alumiiniumoksiidiga, tumepunane kivim boksiit ja käes punase muda proov.
Johannes Vindi ees laual on purk valget värvi alumiiniumoksiidiga, tumepunane kivim boksiit ja käes punase muda proov. Autor/allikas: Erakogu

Haruldaste muldmetallide tasakaaluprobleem seisneb selles, et ühtse kogumina kaevandatavaid metalle ei vajata tööstuses samades proportsioonides. Suur nõudlus mõnede metallide järele tekitab teiste metallide paratamatu ületootmise, kirjutab Ateena tehnikaülikooli doktorant Johannes Vind, kes lõpetas eelmisel aastal kiitusega Tartu ülikooli geoloogia magistriõpingud.

Vind otsib Marie Curie projektis Red Mud ehk Punane Muda mõistlikke rakendusi alumiiniumi tootmisjääkidele. Selleks uurib ta alumiiniumoksiidi tootmise jälgelementide (keemiline element, mis moodustab kivimi koostisest vähem kui 0,1 protsenti – toim.) käitumist ning kirjeldab tekkivate jäätmete mineraale väärtuslike metallide seisukohast. Tema kolleegid eraldavad jäätmetest sobivaid metalle ning arendavad tehnoloogiaid, et alumiiniumi tootmisest üle jäävat materjali saaks ladustamise asemel kasutada näiteks ehitusmaterjalides või mõne muu ressursina.

Alumiiniumi maak boksiit sisaldab sõltuvalt kaevandamispiirkonnast erinevas kontsentratsioonis haruldasi muldmetalle. Sellisteks metallideks nimetatakse lantanoidide seeria elemente, kuhu liigitatakse sarnaste omaduste ja kasutusvõimaluste tõttu ka skandium ja ütrium. Neid nõndanimetatud haruldusi kasutatakse mobiiltelefonidest hübriidautodeni, tuulegeneraatoritest säästulampideni.

Haruldastest muldmetallidest on korduvalt räägitud kui kriitilisest ressursist nii piiratud maardlate hulga kui Hiina poolt kehtestatud turupiirangute ja sellest tulenenud järsu hinnatõusu tõttu. Harvem on mainitud, et haruldaste muldmetallide jätkusuutlikuks kasutamiseks on vajalik leida lahendusi neile metallidele iseloomulikule tasakaaluprobleemile. Belgia teadlaste hinnangul on see olulisemgi mure kui raskused uute maardlate leidmisega. Alumiiniumitehas Kreekas Korintose lahe ääres. Pildi vasakul all nurgas on ladustatud tumepunast värvi alumiiniumi maak boksiit. (Allikas: alhellas.com) 

Nõudlus ja tootmine ei ole tasakaalus

Haruldased muldmetallid ei esine maakoores ega maakides üksikuid elemente arvestades ühtlaselt, vaid küllalt erinevate sisaldustega. Geokeemias on tuntud seaduspära, et elemendi järjenumbri suurenedes muutub vastav element haruldasemaks. Seetõttu leidub kergemaid haruldasi muldmetalle palju rohkem kui raskemaid.

Ressursi kasutamise seisukohast ei ole turu- ja tehnoloogiline vajadus kõigi haruldaste metallide järele ühtlane. Enamikes kaasaegsetes tehnoloogiates vajatakse puhtaid metalle, mitte nende segusid. Nii saabub olukord, kus suur nõudlus harva esineva metalli järele tekitab arvukamalt esineva metalli paratamatu ületootmise.

Praegu on üheks nõudlust juhtivaks metalliks neodüüm, mis on väga oluline tugevate püsimagnetite komponent. Tagajärjeks on aga tseeriumi, praseodüümi ja samaariumi ületootmine. Väga suur nõudlus on ka düsporoosiumi järele, mille sisaldus maakides on reeglina madal. Proportsioonide iseloomustamiseks võib välja tuua, et Hiinas asuva mastaapse Bayan Obo kaevanduse maagi kõigist muldmetallidest moodustab tseerium 50 protsenit ja düsporoosium 0,1 protsenti.

Olukord mitte ainult ei tekita üleliigseid laovarusid ja kahjusid tootjatele, vaid on ka ressursi ebaotstarbekas kasutamine. Harvem esineva ja suurema nõudlusega metalli tootmiseks kaevandatakse suur hulk maaki ja arvukamalt esinevad metallid jäävad kasutamata.

Punane muda, mis alumiiniumi tootmisest üle jääb, sisaldab tootmisväärsel hulgal haruldasi metalle. (Allikas: Ra Boe/Wikimedia Commons)

Kuidas saavutada tasakaal?

Vajadus konkreetsete metallide järele on ka ajas muutuv ning pikas plaanis raskesti prognoositav. Näiteks arvatakse, et praegune praseodüümi ülejääk võib mõne aja pärast muutuda hoopis puudujäägiks, kui magnetilisi külmutusseadmeid hakataks massiliselt tootma.

Üheks tasakaaluprobleemi lahendamise võimaluseks on kasutusele võtta rohkem eri tüüpi maardlaid, kus haruldaste muldmetallide suhtelised sisaldused on tavapärasest erinevad. Teiseks jätkusuutlikuks võimaluseks on kaevandus- ja metallitööstuse jäätmete kasutamine ressursina. Näiteks alumiiniumitööstuse jääk, niinimetatud „punane muda“, sisaldab tootmisväärsel hulgal haruldasi metalle.

Samuti on vaja välja töötada edasijõudnud meetodeid elektroonika taaskasutamiseks. Suurt rõhku pannakse püsimagnetite taaskäitlemise viiside arendamisele.

Uuendusi oodatakse tehnoloogiates, et vähendada metallide kulu, leida rakendusi liias toodetud metallidele ja asendada väga haruldaste elementide kasutamine teiste materjalidega. Vajalik oleks luua suurt kogust lantaani ja tseeriumi sisaldavaid tooteid, sest need materjalid on saadaval suures hulgas ja madala hinnaga.

Kas teadsid, et...?

• Haruldasi muldmetalle kasutatakse püsimagnetites, katalüsaatorites, luminofoorlampides.
• Väheses hulgas kasutatakse euroopiumi helendavates turvaelementides, näiteks euro rahatähtedel.
• Tseerium on sedavõrd odav metall, et see on tavaline komponent harilike välgumihklite tulekivis, moodustades 38 protsenti tulekivi massist.
• Eesti on üks väheseid haruldaste muldmetallide tootjaid maailmas, Molycorp Silmeti tehas Sillamäel kasutab selleks mujalt sisse toodud toormaterjali.

Toimetaja: Katre Tatrik, Tartu ülikool



Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: