Zrównoważone technologie środowiskowe a metalurgia

Idea zrównoważonego rozwoju jest coraz szerzej uwzględniana w rozwoju gospodarczym i działaniu firm z wielu sektorów przemysłu. Nacisk na ochronę środowiska i konieczność wprowadzenia zmian podnoszone są już nie tylko przez aktywistów środowiskowych. Świadomość ekologiczna wśród społeczeństwa z roku na rok jest coraz wyższa. Technologie środowiskowe, czyli takie, których przewaga konkurencyjna polega na ich mniejszej uciążliwości dla środowiska naturalnego, mają także zastosowanie w metalurgii.

Pozyskiwanie zasobów naturalnych, w szczególności przemysł wydobywczy, a następnie rafinowanie wydobytych surowców trudno raczej zaliczyć do branż z niewielkim wpływem na środowisko. Oczywiście, że mamy niewielki wpływ na proces dewastacji środowiska naturalnego przez przemysł wydobywczy, jednak nasza świadomość procesów technologicznych i sposobu ich zastosowania, sposobu, w jaki traktujemy zużyte materiały i produkty już tak. To w naszej gestii leży świadomy wybór producenta, od którego kupimy dany produkt, którego wytworzenie, a następnie recykling, ma najmniejszy wpływ na środowisko. Unikając trucicieli przyrody powodujemy, że zadziałają czynniki rynkowe i firmy będą zmuszone stanąć przed wyborem – dostosować się, wprowadzić odpowiednie środki zapobiegawcze i zostać na rynku lub zbankrutować, płacąc olbrzymie kary za niedostosowanie się do międzynarodowych standardów ochrony środowiska oraz zrównoważonego rozwoju.

Zrównoważony rozwój opiera się na trzech głównych filarach – społeczeństwo, środowisko naturalne oraz gospodarka, które są zasilane za pomocą wydajnych źródeł energii i surowców, odpowiedniej gospodarki odpadami oraz opłacalnego procesu produkcyjnego. Przyjrzyjmy się niektórym metalom, procesowi ich wydobycia, rafinacji, stworzenia docelowego produktu oraz w późniejszym etapie – ponownego wykorzystania. Głęboko wierzymy, że poniższe informacje pomogą w zrozumieniu, jak olbrzymi wpływ na nasze środowisko i przyszłość może mieć świadomy wybór dostawców materiałów i produktów.

Tantal jest kluczowym metalem w przemyśle elektronicznym, między innymi dzięki jego zastosowaniu w kondensatorach. Szacuje się, że ponad 40% światowej produkcji tantalu jest wykorzystywane właśnie do tych zastosowań, z tym, że dzięki recyklingowi elektroodpadu odzyskuje się jedynie 1% tego metalu. Ta informacja jest dość zaskakująca biorąc pod uwagę, że elektroodpady są najszybciej rosnącą kategorią odpadów na świecie. Dodatkowo, z roku na rok wydajność odzyskiwania metali z elektroodpadów znacząco się polepsza i tanieje, więc jest szansa na to, że w niedługiej przyszłości odzyskiwanie metali wchodzących w skład urządzeń elektronicznych stanie się normą. Odzyskiwanie surowców jest bowiem znacznie wydajniejsze od klasycznego wydobycia – zarówno z ekonomicznego punktu widzenia, jak i wpływu na środowisko. Gospodarka o obiegu zamkniętym (ang. circular economy) powoli staje się nowym paradygmatem ekonomicznym, który powinien odcisnąć silne piętno na sposobie myślenia przedsiębiorców na świecie. W skali rocznej dzięki recyklingowi odzyskuje się około 25-30% światowej produkcji tantalu. Daje to około 500 ton tantalu każdego roku. Skąd więc tak duża różnica w porównaniu z elektroodpadem? Odpowiedź jest banalna – technologia. W typowym urządzeniu elektronicznym ilość tantalu jest porównywalna z ilością w jego rudach, ale urządzenie elektroniczne składa się również z innych pierwiastków – złota, palladu lub miedzi, które odzyskiwane są z wykorzystaniem metod pirometalurgicznych, w wyniku czego tantal w formie tlenku klasyfikowany jest jako odpad (popiół), a odzyskanie go jest nieopłacalne. Tylko czy naprawdę w tym wszystkim chodzi o opłacalność ekonomiczną, ewidentnie krótkowzroczną?

Istnieją dwa główne źródła otrzymywania aluminium – pierwotne, z boksytu (ang. bauxite) oraz wtórne, z recyklingu. Boksyt jest skałą osadową będącą podstawową rudą glinu, zawieracjącą 30-50% tlenku glinu. Górnictwo boksytu jest związane z drastyczną ingerencją w środowisko naturalne – usunięciem roślinności, zanieczyszczeniem wód gruntowych oraz olbrzymim zużyciem energii. Kopalnie wykorzystują energię elektryczną, którą uzyskują za pomocą silników spalinowych zasilanych przez paliwa kopalne – węgiel, ropę i gaz ziemny. Szacuje się, że aby uzyskać 1 tonę boksytu, należy zużyć 150 MJ energii (cca 41.6 kWh), co sprawia, że górnictwo boksytu jest jednym z najmniej energochłonnych gałęzi górnictwa. Brzmi nieźle, prawda? Błąd! Wyprodukowanie wtórnego aluminium wymaga jedynie 5% tej energii. Ale oszczędność energii to nie wszystko. Podobne proporcje dotyczą emisji gazów cieplarnianych.

Tytan, wbrew powszechnemu domniemaniu, nie jest metalem rzadkim, lecz jego wysoka cena jest związana procesem rafinacji. Obecnie najpopularniejszą metodą rafinacji jest wieloetapowy, skomplikowany proces Krolla, który wymaga dużych nakładów energetycznych oraz jest bardzo pracochłonny. Wyprodukowanie tytanu jest sześciokrotnie droższe niż wyprodukowanie stali.

Proces Krolla składa się z następujących etapów:

• chlorowanie: tlenek tytanu w obecności węgla tworzy TiCl₄;
• redukcja i separacja: etap, podczas którego TiCl₄ jest poddany redukcji za pomocą magnezu i powstaje tzw. gąbka tytanowa;
• przetapianie: w tym etapie gąbka tytanowa jest przetapiana w piecu próżniowym;
• elektroliza: etap, podczas którego chlorek magnezu uzyskany podczas redukcji zostaje poddany procesowi elektrolizy, w efekcie której powstaje Cl₂ oraz czysty magnez.

Odpady z czystego technicznie tytanu, posiadające niską zawartość zanieczyszczeń (głównie tlenu oraz żelaza), są przetapiane i ponownie tworzone są z nich produkty tytanowe, natomiast odpad zawierający tytan wraz z wysoką zawartością zanieczyszczeń (ferrotytan lub żelazotytan – z zawartością tytanu do 75%) jest najczęściej uwżywany jako dodatek do odazotowania i odtleniania w procesie produkcji stali. Ponowne wykorzystanie tytanu nie wymaga jego rafinacji – jest więc bardzo oszczędne dla środowiska naturalnego.

Nikiel, jak w wielu innych kwestiach, wychodzi przed szereg. Ciągle rosnące zapotrzebowanie na ten metal powoduje, że pierwotne źródła niklu muszą być nieustannie poszerzane, a co za tym idzie produkcja wtórna odgrywa bardzo ważną rolę. Nikiel może być przetapiany nieskończoną ilość razy, bez wpływu na jego jakość, dlatego jest on najbardziej odzyskiwanym metalem ze wskaźnikiem recyklingu sięgającym aż 68%. W zdecydowanej większości odzyskany nikiel wykorzystuje się do produkcji stali nierdzewnej.

Zanieczyszczenie środowiska przez proces rafinacji metali to tylko część całego obrazu. Górnictwo ma znaczny wpływ na dewastację środowiska, problem stanowią również odpady górnicze. Aby zminimalizować koszty transportu składuje się je w bezpośredniej bliskości kopalni. Hałdy składają się z odpadów zawierających minerały siarczkowe metali, które dostają się do wód gruntowych zanieczyszczając jeszcze większe obszary. Minerały siarczkowe powiązane z metalami takimi jak: ołów, cynk, miedź lub srebro mogą znacznie zakwaszać środowisko.

Aktywnie promujmy odzyskiwanie surowców z produktów odpadowych. Opłaci się to nam, naszym dzieciom i naszym wnukom, bez względu na obecny koszt ekonomiczny.

Odzyskiwanie surowców z produktów odpadowych jest opłacalne bez wględu na koszt ekonomiczny, szczególnie, gdy w grę wchodzi myślenie o przyszłych pokoleniach.

Pozostałe wpisy