{"id":11273,"date":"2014-01-17T08:48:55","date_gmt":"2014-01-17T08:48:55","guid":{"rendered":"https:\/\/scienzaegoverno.org\/openpublish_article\/recupero-di-metalli-rari-dai-rifiuti-elettronici\/"},"modified":"2014-01-17T08:48:55","modified_gmt":"2014-01-17T08:48:55","slug":"recupero-di-metalli-rari-dai-rifiuti-elettronici","status":"publish","type":"openpublish_article","link":"https:\/\/www.scienzaegoverno.org\/?openpublish_article=recupero-di-metalli-rari-dai-rifiuti-elettronici","title":{"rendered":"Recupero di metalli rari dai rifiuti elettronici"},"content":{"rendered":"

1. Premessa<\/em><\/p>\n

La denominazione metalli rari, o terre rare<\/em> (in inglese Ree, Rare Earth Elements<\/em>) viene utilizzata per indicare una serie di materiali in realt\u00e0 tutt\u2019altro che rari, anzi largamente diffusi sulla crosta terrestre: si pensi che la loro quantit\u00e0 \u00e8 paragonabile a quella di nichel, rame, zinco o piombo e che alcuni di essi sono pi\u00f9 abbondanti dell\u2019argento o dello stagno (Villavecchia Eigenman, 1982); persino i due elementi pi\u00f9 rari (tulio e lutezio) sono all\u2019incirca 200 volte pi\u00f9 comuni dell\u2019oro. <\/strong>Essa deriva piuttosto dal fatto che in passato erano ritenuti presenti solo in minerali rari e che le loro concentrazioni in peso sono piuttosto basse, variando da una decina a qualche centinaio di parti per milione,fattore questo che rende la loro estrazione e lavorazione complesse e costose [01]. Nondimeno, le loro peculiarit\u00e0 sono tali da renderle particolarmente apprezzate e idonee alla realizzazione di una vasta serie di beni a tecnologia avanzata, cui conferiscono propriet\u00e0 difficilmente ottenibili con materiali alternativi. Per tale motivo i loro consumi nei Paesi occidentali sono andati crescendo sensibilmente nell\u2019ultimo decennio, contribuendo a spingerne in alto la quotazione, che, complice, ad un certo punto, una forte riduzione dell\u2019offerta sui mercati internazionali, ha toccato livelli estremamente elevati.<\/p>\n

In questa nota discuteremo sull\u2019opportunit\u00e0 di ridurre il ricorso all\u2019estrazione mineraria, ponendo l\u2019accento sulle interessanti prospettive che si delineano in merito all\u2019implementazione di tecnologie di recupero delle terre rare da rifiuti che li contengono, ed in particolare dalle apparecchiature elettriche ed elettroniche (Raee).<\/p>\n

2. Caratteristiche e impieghi<\/em><\/p>\n

Chimicamente le terre rare sono un gruppo di diciassette elementi, costituito da scandio, ittrio e dalla serie dei lantanidi [1<\/strong>]<\/a>, quindici metalli appartenenti al terzo gruppo e al sesto periodo della tavola periodica, con numero atomico compreso tra 57 e 71, vale a dire: lantanio (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), promethio (Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio (Dy), olmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), itterbio (Yb) e lutezio (Lu). Questi presentano tutti lo stesso numero di elettroni di valenza, in quanto, al crescere del numero atomico, gli elettroni vanno a riempire progressivamente non il livello pi\u00f9 esterno, bens\u00ec il sottolivello 4 f; di conseguenza, sono caratterizzati da propriet\u00e0 chimiche pressoch\u00e9 identiche, il che rende molto complesso separare gli uni dagli altri. Allo stato elementare sono metalli teneri di colore grigio lucente, che conducono molto bene la corrente elettrica e reagiscono energicamente con l\u2019acqua e l\u2019ossigeno atmosferico; hanno, nei principali composti, numero di ossidazione +3 e presentano in molti casi paramagnetismo (Sienko \u2013 Plane, 1968), <\/strong>perl\u2019elevata probabilit\u00e0 che i 7 orbitali del livello 4f contengano elettroni spaiati. Hanno, inoltre, notevoli propriet\u00e0 di fotoluminescenza. Le terre rare non hanno minerali propri che le contengano in concentrazione pi\u00f9 o meno significativa, ma sono diffuse in natura in un centinaio di minerali, sotto forma di ossidi, carbonati, silicati, fosfati, associate ad altri elementi. quali calcio, berillio, ferro, alluminio ecc. La loro fonte pi\u00f9 ricca \u00e8 la monazite (un fosfato complesso), tuttavia sono presenti in quantit\u00e0 sufficiente per l\u2019estrazione anche in altri minerali, quali la bastnaesite (un fluorocarbonato), la xenotina e, seppure in misura minore, nell\u2019apatite e nell\u2019uraninite. L\u2019estrazione avviene con procedimenti diversi a seconda del tipo di minerale: ad esempio, se si parte dalla monazite, si pu\u00f2 ricorrere alla flottazione, mentre nel caso della bastnaesite, ricca di carbonati, si fa ricorso generalmente al trattamento con acido cloridrico a caldo, che trasforma i carbonati in cloruri solubili, separando poi le terre rare dagli altri componenti solubilizzati mediante precipitazione sotto forma di idrati; questi vengono successivamente calcinati, dando luogo cos\u00ec ai relativi ossidi (pi\u00f9 precisamente, si ottengono miscele dei diversi ossidi, che possono essere frazionate con vari sistemi, per isolare i singoli componenti [02]).<\/p>\n

Le terre rare sono fondamentali nella realizzazione di innumerevoli prodotti ad alta tecnologia, in cui sono presenti quasi sempre sotto forma di ossidi o di leghe con altri metalli: computer, iPhone, iPad, laser, sensori, sistemi di navigazione, superconduttori, marmitte catalitiche, batterie per auto elettriche<\/strong>, motori per veicoli ibridi, magneti permanenti, generatori per turbine eoliche, impianti fotovoltaici, lampade fluorescenti costituiscono solo alcuni dei settori di impiego, per non parlare di applicazioni strategiche in campo militare, quali motori aerei avanzati, missili intelligenti eradar sofisticati (al punto che, si sostiene, una loro penuria metterebbe in crisi le stesse Forze Armate). In particolare, negli hard disk, negli impianti eolici e nei motori ibridi sono ampiamente utilizzate leghe neodimio – ferro – boro e samario- cobalto; nei fosfori degli schermi a cristalli liquidi si ritrovano europio, lutezio e ittrio;nelle lampade fluorescenti, ittrio, lantanio, cerio, europio, gadolinio e terbio.<\/strong> Un discorso a parte pu\u00f2 farsi per l\u2019erbio: questo elemento, infatti, emette radiazioni alla lunghezza d\u2019onda di 1530 nm, corrispondente al minimo assorbimento delle fibre ottiche in silice, per cui appare particolarmente adatto ad amplificare mediante laser i segnali luminosi delle reti in fibra ottica.<\/p>\n

3. Il monopolio della produzione mineraria cinese e i motivi di una scelta alternativa <\/em><\/p>\n

La produzione mondiale di terre rare nel 2012 \u00e8 stata stimata in circa 110.000 tonnellate, lievemente inferiore a quella dell\u2019anno precedente. La Cina, con il 97% del totale, ne detiene praticamente il monopolio, pur possedendo solo il 40% circa delle riserve accertate. Questo perch\u00e9 i bassi prezzi di mercato degli anni passati ed il notevole impatto ambientale generato dai processi estrattivi hanno indotto gli altri Paesi ad abbandonare la produzione e a ricorrere, per la copertura del proprio fabbisogno, alle pi\u00f9 convenienti importazioni. Recentemente, per\u00f2, lo straordinario incremento dei consumi interni cinesi, dovuto al poderoso sviluppo industriale del Paese, ha portato ad una drastica riduzione delle esportazioni, che dal 2005 al 2010, con l\u2019imposizione di quote e dazi, si sono pi\u00f9 che dimezzate, passando da 65.609 a 30.256 tonnellate (tabella 1). Secondo alcuni, tale riduzione, pi\u00f9 che dalla necessit\u00e0 di assicurare risorse sufficienti al mercato nazionale, deriverebbe da una precisa scelta strategica della Cina, volta a costringere le multinazionali straniere utilizzatrici di terre rare a trasferire le loro produzioni nel Paese, come, del resto, hanno gi\u00e0 fatto alcune industrie occidentali, tra cui la Apple [03].<\/p>\n

In verit\u00e0, al di l\u00e0 di questi sospetti pi\u00f9 o meno fondati, va detto che la minore offerta ai Paesi occidentali \u00e8 stata determinata anche dalla recente chiusura, da parte dello Stato, di numerose piccole miniere abusive, che alimentavano un traffico illegale calcolato nel 30% delle esportazioni totali, nonch\u00e9 da un programma di estrazione pi\u00f9 razionale che la Cina sembra voler intraprendere, avendo preso finalmente coscienza del devastante impatto ambientale connesso ad uno sfruttamento insano delle miniere come \u00e8 stato quello finora attuato.<\/p>\n

In ogni caso, la diminuzione delle forniture, unita ad una domanda sempre pi\u00f9 consistente da parte del mondo occidentale, ha portato nella prima decade degli anni Duemila ad una sensibile lievitazione dei prezzi, che sono aumentati in qualche caso anche di trenta volte [2<\/strong>]: \u00e8 il caso del disprosio, che nell\u2019arco di otto anni \u00e8 passato da 15 a 467 dollari al kg (Orati,2011[05]).<\/p>\n

In questa situazione, che rischia di diventare drammatica per l\u2019occidente, ormai largamente dipendente dalla Cina per tutte le produzionihigh tech<\/em>, le iniziative possibili sono la riattivazione di miniere abbandonate, come \u00e8 gi\u00e0 accaduto per quella di Mountain Pass, in California, che richieder\u00e0 comunque tempi non brevi per giungere ad una produzione adeguata alla domanda, e la ricerca di altri giacimenti. In effetti, sono state individuate nuove riserve, anche ingenti, in diverse parti del mondo, come Canada, Sudafrica, Groenlandia e persino nei fondali dell\u2019Oceano Pacifico: di recente \u00e8 stato scoperto, in prossimit\u00e0 del piccolo atollo giapponese di Minami Torishima, a circa 5,8 km di profondit\u00e0, un giacimento di grande importanza che potrebbe da solo soddisfare gran parte del fabbisogno nazionale.Tali riserve vanno a sommarsi a quelle gi\u00e0 note di Usa, Russia, Australia ecc., tuttavia l\u2019ipotesi di un loro sfruttamento appare pi\u00f9 che problematica per i costi elevati che questo comporta;<\/strong> tanto pi\u00f9 che, dopo il picco raggiunto nell\u2019estate 2011, a partire dal 2012 i prezzi delle terre rare sui mercati internazionali sono crollati, in conseguenza, probabilmente, sia delle difficili condizioni economiche generali, che hanno determinato una diminuzione della domanda, sia di una migliore efficienza dei materiali: si pensi che concentrati di terre rare sono passati da un prezzo medio di 82 $\/kg nel 2011 a 36$\/kg nel 2012 (Bellomo, <\/strong>2013[06]). A ci\u00f2 si aggiunge il problema del grave ed esteso impatto ambientale legato ai processi di estrazione e raffinazione delle terre rare. Questi, infatti, implicano l\u2019uso di grandi quantitativi di acidi forti, che possono determinare vaste contaminazioni del territorio e la produzione di ingenti volumi di materiale di risulta, senza considerare gli elevati livelli di radioattivit\u00e0 ai quali sono esposti i lavoratori e che persistono a lungo nell\u2019ambiente, dovuti alla frequente presenza di torio ed uranio nelle miniere di terre rare. Basti ricordare il disastro ambientale di Baiyunebo, nella Mongolia Cinese, che oggi \u00e8 un lago radioattivo di 11 chilometri quadrati (figura 1<\/strong>), o quello causato in Malaysia dalla giapponese Mitsubishi Chemicals, che, dopo essere stata costretta a chiudere, nel 1992, un impianto di raffinazione di terre rare, \u00e8 ora impegnata in un’operazione di decontaminazione da materiali radioattivi per una spesa totale di 100 milioni di dollari. La popolazione malese, ancora fortemente toccata da quell\u2019esperienza, si sta opponendo con veemenza all\u2019attivit\u00e0, peraltro gi\u00e0 avviata, di un impianto di raffinazioneda 2,5 miliardi di dollaridella societ\u00e0 australiana Lynas, malgrado questa abbia assicurato che adotter\u00e0 tutte le necessarie misure per evitare qualsiasi minaccia per l\u2019ambiente, quale, ad esempio, la diluizione e miscelazione con calce del torio radioattivo (Sher, 2013, [07]).<\/p>\n

Un altro caso emblematico \u00e8 quello dei villaggi vicini a Baotou, nella Mongolia interna, dove si trova la pi\u00f9 grande miniera cinese di terre rare, i cui abitanti sarebbero stati trasferiti altrove per la pesante contaminazione di acqua e raccolti: si valuta che i reflui della lavorazione, acidi e radioattivi, ammonterebbero annualmente a circa dieci milioni di tonnellatee rischierebbero di inquinare il Fiume Giallo, fonte idrica per centocinquanta milioni di persone (Orati,2011[05]). Per il futuro la situazione dovrebbe migliorare, se \u00e8 vero che, come sostiene Chen Zhanheng, direttore del Dipartimento accademico della Societ\u00e0 cinese delle terre rare di Pechino, \u201cIl governo ha gi\u00e0 varato leggi severe per tutelare l\u2019ambiente ed eliminare tecnologie, attrezzature e prodotti arretrati. Le fabbriche che non riusciranno ad adeguarsi andranno incontro alla chiusura o alla fusione con aziende pi\u00f9 grandi\u201d (Folger, <\/strong>[08]). Tuttavia,  la decontaminazione, come si \u00e8 visto, richiede tempi lunghi e costi elevati.<\/p>\n

Una soluzione a questi problemi potrebbe essere rappresentata dal ricorso a materiali diversi dalle terre rare, ma vi sono impieghi per i quali non si conoscono prodotti sostitutivi, come nel caso, ad esempio, dei display a cristalli liquidi utilizzati per i monitor di computer e televisori, in cui si fa uso di europio e fosforo rosso (Enea, <\/strong>[09]). Alcune industrie automobilistiche, dal canto loro, stanno riducendo le quantit\u00e0 di terre rare utilizzate nelle auto elettriche e ibride ricorrendo a tecnologie differenti, come ha fatto la Toyota; che nella Prius impiegava addirittura 25 kg di metalli rari; lo stesso orientamento \u00e8 seguito da alcune imprese costruttrici di impianti eolici. La prospettiva pi\u00f9 interessante, cui si sta guardando oggi con sempre maggiore attenzione, sembra essere, tuttavia, il recupero di tali metalli dai rifiuti di apparecchiature che li contengono e, in particolare, da quelle elettriche ed elettroniche.<\/p>\n

4. Il recupero delle terre rare dai Raee<\/em><\/p>\n

L\u2019ampia diffusione dei consumi nel settore delle apparecchiature elettriche ed elettroniche, caratterizzato, peraltro, da cicli di vita dei prodotti sempre pi\u00f9 brevi, fa s\u00ec che i rifiuti da esse derivati rappresentino una risorsa importante per il recupero di terre rare, che potrebbe esserenotevolmente incrementato, considerando che in ambito Ue, dei 17 kg pro capite prodotti ogni anno, ne vengono raccolti separatamente circa 7: si tratta evidentemente di una media, in quanto si va dai 22 kg della Scandinavia ai 2 della Grecia e ai 4,3 dell\u2019Italia, quantitativo quest\u2019ultimo di poco superiore all\u2019obiettivo minimo di 4 kg prescrittodalla Direttiva 2002\/96\/CE [3<\/strong>]<\/a> per i Raee provenienti dai nuclei domestici [4<\/strong>]<\/a>. Questo valore, tuttavia, sar\u00e0 applicato fino al 31 dicembre 2015, in quanto, a partire dal 2016, inbase a quanto stabilito dalla Direttiva 2012\/19\/UE del 4 luglio 2012, il tasso minimo di raccolta in ciascuno Stato membro dovr\u00e0 essere pari al 45% del peso medio delle apparecchiature immesse sul mercato nei tre anni precedenti, per aumentare gradualmente negli anni successivi fino a raggiungere, nel 2019, il 65% o, in alternativa, l’85% del peso dei Raee prodotti. Tale Direttiva, che deve essere recepita dagli Stati membri entro il 14 febbraio 2014, prescrive, tra l\u2019altro, che Raee raccolti separatamente <\/strong>non possano essere smaltiti se <\/strong>non siano stati preventivamente sottoposti a trattamento adeguato (ai sensi dell\u2019art. 8) e che la raccolta e il trasporto siano eseguiti in maniera da consentire condizioni ottimali per il riutilizzo, il riciclaggio o il confinamento delle sostanze pericolose. Facendo riferimento, in particolare, alle cinque grandi categorie di Raee previste dalDm n. 185 del 25 settembre 2007, i quantitativi raccolti in Italia nel 2012 sono stati stimati in poco meno di 240.000 tonnellate (tabella 2).<\/p>\n

Tra le iniziative di recupero intraprese, di particolare interesse \u00e9 il progetto messo a punto dal Laboratorio E – Waste Lab, i cui primi risultati sono contenuti nel Report 2012. [10]. Il laboratorio, che nasce da un partenariato multidisciplinare cui partecipano il Politecnico di Milano, la Regione Lombardia, Amsa, Stena S.p.A, ed Assolombarda, ha l\u2019obiettivo dimassimizzare il valore del riciclo dei rifiuti da apparecchiature elettriche ed elettroniche, fornendo agli investitori interessati elementi di valutazione utili ai fini dell\u2019efficacia del recupero di terre rare e di metalli preziosi. I ricercatori hanno esaminato criticamente una vasta mole di studi riportati in letteratura, effettuando un\u2019analisi comparativa delle tecnologie utilizzabili nelle tre fasi principali del processo, ossia:<\/p>\n