Sabbie d’Ucraina: Il Tesoro Nascosto per l’Autonomia Europea di Titanio e Altro!

Amici, parliamoci chiaro: l’Europa ha un problemino, e non da poco, con le materie prime critiche (le cosiddette CRM). Siamo un po’ come quel cuoco sopraffino che però deve comprare quasi tutti gli ingredienti fuori casa. Immaginate la scena: dipendiamo tantissimo dalle importazioni, e questo ci rende vulnerabili a qualsiasi scossone geopolitico, restrizione commerciale o monopolio di mercato. Non proprio una situazione ideale, vero? Ecco perché progetti come il REPTiS (che sta per Responsible Extraction and Processing of Titanium and Other Primary Raw Materials for Sourcing EU Industrial Value Chains and Strategic Sectors) sono una vera e propria boccata d’aria fresca, anzi, una miniera di opportunità!

E indovinate un po’ dove si cela una parte importante della soluzione? Proprio nelle sabbie pesanti ucraine, ricche di un minerale chiamato ilmenite (FeTiO3), da cui si estrae il titanio. E non solo! Queste sabbie sono un vero scrigno che custodisce anche elementi delle terre rare, niobio, tantalio e scandio. Insomma, un bel bottino!

Ma perché proprio il titanio è così importante?

Beh, pensateci un attimo. Il titanio è sulla lista delle CRM dal 2017, e non a caso. È il supereroe dei materiali: leggerissimo ma ultra-resistente, e pure a prova di corrosione. Fondamentale per settori chiave come l’aerospaziale (immaginate aerei più leggeri che consumano meno), la difesa, le attrezzature mediche (protesi biocompatibili, ad esempio) e, udite udite, le tecnologie per l’energia rinnovabile. Quindi, capite bene che assicurarsi una fornitura stabile e sostenibile di titanio è cruciale per la nostra competitività industriale e per quella transizione verde di cui tanto parliamo.

Il progetto REPTiS, finanziato da Horizon Europe, nasce proprio da questa urgenza. L’obiettivo? Sviluppare soluzioni sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico per estrarre e processare il titanio e altre materie prime direttamente qui, nel nostro “cortile di casa” europeo, o quasi. E l’Ucraina, con i suoi vasti giacimenti, gioca un ruolo da protagonista come partner strategico. Il consorzio REPTiS è una squadra bella nutrita: 11 partner da sette paesi UE/SEE (Belgio, Francia, Germania, Polonia, Spagna, Svezia e Austria) più due partner ucraini. Una filiera completa, dall’estrazione alla produzione di materiali in titanio pronti all’uso.

Il vecchio e il nuovo: come si produce il titanio?

Tradizionalmente, la produzione di polveri di titanio e delle sue leghe è un percorso ad ostacoli, energivoro e con un impatto ambientale non da poco. Il metodo più diffuso combina il processo Kroll e l’EIGA (Electrode Induction Melting Gas Atomization).

Vi spiego in breve il processo Kroll:

• Si parte dal concentrato di ilmenite.
• Prima fase: fusione con carbonio per produrre scoria di titanio e ghisa (con produzione di monossido di carbonio, non proprio il massimo).
• Seconda fase: la scoria di titanio (che contiene l’80-90% di TiO2) viene clorurata per ottenere tetracloruro di titanio (TiCl4). Qui si generano un sacco di cloruri di scarto, tipo quelli di ferro e calcio. Pensate che per ogni tonnellata di spugna di titanio, si producono circa 850-1000 kg di rifiuti solidi da smaltire!
• Infine, il TiCl4 viene raffinato e ridotto con magnesio per ottenere la spugna di titanio metallico.

Un processo a più stadi, ad alta intensità energetica e che, come abbiamo visto, produce un bel po’ di scarti.

Poi c’è l’EIGA, usato per produrre polveri sferiche di titanio. Anche questo è molto energivoro e, spesso, meno del 50% della polvere atomizzata rispetta le specifiche dimensionali richieste. Il resto? Spesso scartato, perché riciclare il titanio è complesso.

Insomma, un consumo energetico totale per Kroll + EIGA che si aggira sui 322 GJ per tonnellata di polvere di titanio prodotta. Una cifra da capogiro!

La rivoluzione: il Processo Velta Ti

Ed è qui che entra in gioco l’innovazione, con il Processo Velta Ti, inventato e brevettato da VELTA. Questo metodo è stato sviluppato proprio per superare gli svantaggi del Kroll + EIGA. I benefici? Eccoli qua:

• Costi ridotti per i prodotti finiti.
• Niente rifiuti solidi e liquidi. Avete capito bene, zero!
• Impronta di carbonio significativamente ridotta: parliamo di un taglio del 50-80% rispetto ai processi convenzionali, usando elettricità con un’impronta di carbonio media. Una manna dal cielo per l’ambiente!
• Miglior controllo sulla dimensione delle particelle delle polveri.
• Migliore omogeneità nella distribuzione degli additivi nelle leghe.

Come funziona, in soldoni? Si parte dall’idrolisi di una soluzione acquosa di sali di titanio per ottenere particelle cristalline di TiO2. Poi, attraverso fasi di precipitazione, calcinazione e riduzione (usando magnesio e calcio metallico), si arriva a formare polveri di leghe di titanio di alta qualità e con bassi gradi di ossigeno. E i sottoprodotti? Valorizzati, non buttati!

Un tesoro sotto i nostri piedi: il giacimento di Byrzulivske

Ora, facciamo un salto in Ucraina, nella regione di Kirovohrad. Qui si trova il giacimento di ilmenite di Byrzulivske, un tipico deposito di sabbie pesanti con particelle piccolissime (meno di 8 mm). Immaginatevi dei campioni di carotaggio: si vedono strati di sabbia di colori diversi. Attualmente, si estraggono e lavorano le sabbie giallastre superficiali. Ma c’è di più!

Sotto questo strato, c’è la cosiddetta “crosta di alterazione”, di colore grigio-verdastro. È composta da ilmenite alterata, vari ossidi di ferro e, soprattutto, minerali argillosi come la caolinite. Finora, questa crosta non veniva utilizzata. Ed è qui che il progetto REPTiS vuole fare la differenza, sviluppando un nuovo schema di lavorazione anche per queste sabbie “dimenticate”.

Come si tira fuori l’oro nero (il titanio) dalle sabbie?

L’ilmenite si trova in vari tipi di depositi, spesso insieme ad altri minerali pesanti. L’estrazione avviene principalmente tramite dragaggio o scavo a secco o idraulico. La cosa buona è che, essendo sabbie, di solito non serve frantumarle ulteriormente.

Il processo di arricchimento attuale in Ucraina prevede:

• Setacciatura e deslimatura con idrocicloni (per rimuovere le particelle più fini).
• Separazione gravimetrica a più stadi (con spirali di Humphrey) per separare la frazione leggera (principalmente sabbia di quarzo) dai minerali pesanti.
• La frazione di minerali pesanti viene drenata, essiccata e poi sottoposta a quattro passaggi di separazione magnetica ad alta intensità.

Il risultato? Un concentrato con almeno il 96% di ilmenite, con un recupero dell’85-86%. Mica male! Però, ci sono ben sei sottoprodotti che attualmente finiscono nei bacini di decantazione. Un vero peccato, perché lì dentro potrebbero esserci ancora tante cose preziose!

La nostra missione (se decidiamo di accettarla!)

Come parte di questo grande sforzo di ricerca, ci tufferemo nell’analisi della distribuzione delle varie materie prime critiche (terre rare, niobio, tantalio, scandio) in tutti questi flussi di prodotto. L’obiettivo è sviluppare uno schema di lavorazione per recuperarle e integrarlo nell’impianto esistente. Vogliamo ottimizzare l’impianto attuale per migliorare sia la qualità che il recupero del concentrato di ilmenite.

E la famosa crosta di alterazione? Testeremo e valuteremo un nuovo approccio per il suo arricchimento, direttamente con prove su scala industriale in Ucraina. Non solo: studieremo la purezza della caolinite per vedere se possiamo usarla come additivo nell’industria del calcestruzzo. Immaginate: trasformare uno “scarto” in una risorsa per costruzioni più sostenibili! Infine, esploreremo tecniche avanzate di separazione gravimetrica per trattare i fanghi ultrafini degli idrocicloni, cercando di recuperare fino all’ultima briciola di valore.

Il Dipartimento di Trattamento dei Minerali (Chair of Mineral Processing) ha un ruolo chiave in tutto questo: dall’estrazione sostenibile dell’ilmenite alla valorizzazione dei sottoprodotti. Ci occuperemo anche di sviluppare protocolli di campionamento per quantificare le CRM in tutti i flussi dell’impianto, essenziale per capire cosa abbiamo tra le mani e pianificare le future attività estrattive. Il Dipartimento di Metallurgia dei Metalli Non Ferrosi, invece, si concentrerà sulla valorizzazione dei sottoprodotti derivanti dal processo Velta Ti.

Insomma, c’è un sacco di lavoro da fare, ma l’entusiasmo è alle stelle! Stiamo parlando di ottimizzare processi, sviluppare nuove tecnologie, recuperare materiali preziosi dagli “scarti” e, soprattutto, contribuire a rendere l’Europa un po’ più padrona del proprio destino per quanto riguarda le materie prime. Un passo alla volta, stiamo cercando di costruire una filiera più resiliente, sostenibile e, perché no, anche più intelligente. E le sabbie ucraine sono lì, pronte a svelarci i loro segreti.

Questo progetto non è solo ricerca fine a sé stessa; è un tassello fondamentale per garantire che le industrie strategiche europee abbiano accesso alle risorse di cui hanno bisogno, oggi e domani. E chissà, magari tra qualche anno, quando useremo un dispositivo medico super avanzato o voleremo su un aereo più efficiente, potremo pensare che un pezzetto di quella meraviglia tecnologica arriva proprio da un granello di sabbia ucraina, lavorato con ingegno e rispetto per l’ambiente. Non è affascinante?

Fonte: Springer