Gruvarbetare kan snart skura högar av industriavfall för att utvinna sällsynta metaller som behövs för produkter som elektronik, pacemakers, flygplansdelar och cykelredskap.

Forskare försöker ta reda på hur man återvinner metaller som är begränsade i Europa från material som ofta dumpas eller används i applikationer av låg kvalitet. De hoppas att denna metallåtervinning också kommer att bidra till att minska industrins påverkan på miljön

För närvarande , de flesta metaller som används i Europas industrier importeras, vilket innebär att leveranser kan påverkas av instabilitet i de länder där de bryts. De kan också bli föremål för politiska beslut om att begränsa exporten eller att införa tullar som USA:s på stål och aluminium.

CHROMIC-projektet syftar till att ändra detta beroende genom att söka återvinna metaller från avfall och biprodukter som redan finns i EU.

'Vi vill utveckla teknik som kan hjälpa Europa att bli mer självberoende för viktiga metallresurser i framtiden, 'säger doktor Liesbeth Horckmans, från det flamländska institutet för teknisk forskning (VITO) i Mol, Belgien, vem är projektkoordinator.

CHROMIC fokuserar på en grupp metaller som vanligtvis används i vardagen - krom, vanadin, molybden och niob. Alla fyra metaller läggs till stål för att göra det mer hållbart eller öka dess hållfasthet, men krom är också en värdefull kemikalie och pigment. Vanadiumlegeringar är också idealiska för tillverkning av cykelramar och redskap, medan niob används i proteser och pacemaker på grund av dess allergivänliga egenskaper. Molybden finns i militär rustning, flygplansdelar och gödselmedel.

Cirka 45% av krom, dock, kommer till Europa från utlandet medan 100% av de andra tre metaller importeras från Sydafrika, Brasilien, USA, Kina, Ryssland, Kazakstan och Turkiet. Men var och en av dessa metaller finns i betydande mängder i industriella biprodukter som ofta kasseras i EU.

'Vi fokuserar på stålslagg (stenigt avfall), rostfritt slagg och ferrokrom slagg, sade Dr Horckmans. För närvarande, laget tittar på nya slagg som produceras, även om de har övervägt att öppna gamla industriella deponier också.

Extraktion

Att utvinna metaller från industriella rester är dock inte lätt. Metallerna finns som fina partiklar som måste separeras från resten av avfallet. Dr Horckmans och hennes team utvecklar ett antal metoder för att ta bort dem, inklusive användning av magnetfält för att dra ut metallpartiklar och vatten för att lösa metallen så att den sedan kan återvinnas från lösningen.

'Vi utvecklar en ny process baserad på en kombination av ny och befintlig teknik där vi kan återvinna metallpartiklar (från några av slaggen) som kan återinföras direkt i stålprocessen, sade Dr Horckmans.

Från de källor de undersöker, teamet tror att deras teknik skulle kunna återhämta sig runt 91, 000 ton av dessa metaller om året, motsvarar 5-10% av EU:s årliga användning. Men teknikerna kan tillämpas på andra typer av industriellt slaggavfall, såsom förbränningsugn, för att öka sina mängder.

Dessutom, Dr Horckmans och hennes kollegor tittar på hur man kan återanvända det kvarvarande materialet efter att de har extraherat metallen. Metaller utgör vanligtvis mindre än 5% av avfallet, så hela processen skulle inte vara hållbar om resten inte också återanvänds, sade doktor Horckmans.

Metallhaltiga slagg används redan i byggindustrin som aggregat i betong eller asfalt, till exempel, så det återstående avfallet kan användas på liknande sätt. Men det material som lämnas kvar efter att metallen har tagits bort kommer att bestå av finare korn, medan de ursprungliga slaggarna är klumpiga.

Teamet har utvecklat ett sätt att göra tegel av detta material genom att forma dem till rektangulära block och använda koldioxid för att skapa en reaktion som cementerar partiklarna tillsammans. 'Det är en av applikationerna vi vill testa, sade Dr Horckmans.

Projektet kännetecknar en rörelse som kallas cirkulär ekonomi, som syftar till att återanvända kasserade och avfallsmaterial för nya ändamål.

Andra liv

Ett annat projekt med ett liknande mål är inriktning på olika metaller. METGROW+ -projektet syftar till att återvinna nickel, zink och koppar från slam och rester från produktion av metaller som rostfritt stål och zink.

De är också intresserade av mindre vanliga metaller som indium, gallium, germanium, kobolt och krom, varav några används för att göra datorer, elektronik och batterier.

'Det vi försöker utveckla är inte specifikt för en materialström, säger projektkoordinatorn Dr. Päivi Kinnunen från VTT Technical Research Center i Finland i Esbo. Istället, de har valt avfallsflöden som finns över hela Europa, så att deras resultat kan användas i stor utsträckning.

Teamet utvecklar ny teknik som kan kombineras med befintliga processer för att utvinna metaller på ett ekonomiskt genomförbart sätt. Metallhalten i avfallskällorna är mycket låg och flera olika behandlingar krävs ofta för att få tillbaka den. De driver nu flera piloter i Finland, Polen, Belgien och Spanien för att testa de olika teknikerna på olika material av låg kvalitet.

'Vi försöker få den bästa kombinationen av olika tekniker, sade Dr Kinnunen.

Om laget är framgångsrikt, resultaten kan förändra spelet. Europa importerar för närvarande nästan 100% av sin indiumförsörjning, till exempel, och forskarna tror att de skulle kunna producera 80% av det från de källor de riktar in sig på. För gallium, de ska kunna extrahera 30% av den nödvändiga tillgången.

'Jag tror att det finns en enorm potential, sade Dr Kinnunen.

Det överblivna materialet, som normalt skulle hamna på en deponi, kommer också att få ett andra liv. Än så länge, de undersöker om det kan användas för att skapa byggmaterial genom att göra det till ett ämne som liknar cement.