Santorinil arutati Euroopa haruldaste muldmetallide hetkeseisu ja tulevikku — milline on Eesti roll?

Meeldetuletuseks, et haruldasi muldmetalle (HMM) kasutatakse mitmesugustes (kõrg)tehnoloogilistes rakendustes, nagu püsimagnetid, valgustid, katalüsaatorid, võite lugeda varasemat Eesti Geoloogi artiklit. HMM nimetatakse ka metallide „vitamiinideks“, kuna enamasti kasutatakse neid väikestes kogustes, samas annavad nad materjalidele väga spetsiifilisi ja olulisi omadusi.

Laiema ülevaate saamiseks esitan kõlama jäänud põhisuundumused järgnevate punktidena.

• HMM nõudlus on jätkuvalt kasvavas trendis, eriti arvestades suurenevat elektrisõidukite ja tuulegeneraatorite tootmist (HMM kasutatakse magnetites).
• Hiina on endiselt maailma suurim HMM tootja (>90%), murettekitav on rahvavabariigi illegaalse kaevandamise osakaal (raske hinnata, kuid arvatakse olevat 40–50% kogu toodangust).
  
• HMM tasakaaluprobleem on aktuaalne ja süvenev, see väljendub suures nõudluses teatud HMM vastu (neodüüm, praseodüüm) ning teiste HMM-de ülejäägis (tseerium), millele ei leidu olulisi rakendusi.
• Euroopas puuduvad HMM kaevandused ja neid ei toodeta ka ühegi teise toorme kaasproduktina. Puudub HMM väärtusahel toormest kuni tooteni, seega on meil suur ja haavatav sõltuvus muust maailmast (eelkõige Hiinast).
• Euroopas on küllaldasel hulgal HMM maagi leiukohti ja maardlaid (Joonis 2). Neist olulisemad asuvad väga vanade kivimite esinemispiirkondades (Gröönimaa, Skandinaavia), väiksemad Prantsusmaal, Kreekas ja Balkani poolsaare lääneosas ning HMM ilminguid on veel mitmetes teistes riikides. Ainuke raskete HMM poolest silma paistev Norra Kärri maardla asub Rootsis, kuid sealne projekt seisab silmitsi juriidiliste probleemidega. Niisiis võib ümber lükata ettekujutuse, nagu oleks HMM leiukohad maailmas kontsentreerunud vaid piiratud asukohtadesse.
  
• Kõige lähemal reaalsele MHH maagi kaevandamisele on Kvanefjeldi projekt Gröönimaal Greenland Minerals and Energy Ltd eestvedamisel. Olulised kokkulepped on saavutatud, rikastamis- ja tootmiskatsed tehtud ning kui aastaks 2018 saadakse vajalikud load, siis 2020 loodetakse alustada ulatuslike puurimistöödega. HMM oksiidide kontsentraati hakatakse tootma 30 000 tonni aastas ning kõrvalproduktiks on uraan. Seetõttu väheneb oluliselt HMM puhul levinud probleem radioaktiivsete jäätmete tekkimise osas. On näidatud, et Kvanefjeldi kaevandamisjääkide radiatsiooni tase jääb sealse loodusliku fooni piiresse. See asjaolu lisab projekti konkurentsivõimesse suure eelise, sest tihti on oluliseks kaevanduse avamise takistuseks just jäätmete võimalik radiatsiooni tase. Keemiliste sarnasuste tõttu leidub HMM mineraalides või nendega kaasnevates mineraalides reeglina tooriumi ning tihti ka uraani.
• HMM ümbertöötlemine on lapsekingades ja tekitab ekspertides vastakaid arvamusi – ühelt poolt öeldakse, et sel viisil saaks tagada Euroopa HMM varustatuse ja vältida tasakaaluprobleemi, teisalt leitakse, et ulatuslik ümbertöötlemine on hetkel liiga keerukas ega kata kogu toorme vajadust. Keerukust lisab ka asjaolu, et seadmed, nagu tuulegeneraatorid ja elektriautod, on pika elueaga ning nende suunamine taaskäitluse ahelasse võtab aastaid aega.
• Aktiivselt uuritakse edasi HMM uusi võimalikke maardlaid ning täiendatakse vastavaid andmebaase, arendatakse eraldamise tehnoloogiaid harvem esinevatest mineraalidest, HMM asendamist enamlevinud metallidega, ümbertöötlemist, eraldamist teisestest maakidest (kaevandusjäätmed, metallurgiatööstuse kaasproduktid).

Eesti roll

Kuidas paikneb sellel pildil Eesti? Juba konverentsi avakõnes mainiti Eestit kui Euroopa ainukest HMM tootjat. Sillamäel asuv NPM Silmet tehases kasutatakse HMM tootmiseks imporditud eelnevalt kontsentreeritud toormaterjali. Koha peal mingit kaevandamist ei toimu.

Silmeti tehases algas HMM tootmine 1970. aastatel ja tänasel päeval toodetakse seal 3000 tonni HMM produkte aastas. Pärast Molycorpi Inc. pankrotti, kes mitme aasta vältel tehast omas ja juhtis, on kompanii ümber struktureeritud ettevõtteks Neo Performance Materials. Selle tõttu on ka Sillamäel asuvale tehasele antud nimeks NPM Silmet. Toormaterjal tuuakse mitmelt poolt maailmast ja toodete hulgas on puhtad metallid ning sulamid. Väärib mainimist, et selliseid tehaseid on maailmas küllaltki vähe. Eesti on HMM tootmises maailmakaardil omades 2% kogu maailma HMM töötlemise võimekusest (Joonis 3). Joonisel näha olev Prantsusmaa osakaal Solvay tehase näol ei vasta hetkeseisule, seal lõpetati tootmine 2016. aastal. Niisiis oleks NPM Silmeti tehase osalusega võimalik täita lünk Euroopa HMM väärtusahelas, kui leida sobilikud maagid, mida töödelda. Euroopa on HMM tööstuse osas maha jäänud ja vajalikud käigud on jäänud õigel ajal tegemata. Võib arutleda, et sisuliselt ei oleks vajadust tootmisüksusi nullist üles ehitada ning mahuka teadus- ja arendustöö arvelt oleks võimalik aega ja raha kokku hoida.

Millest rääkisid Eesti geoloogid?

Eesti geoloogidest pidasid ettekande Tartu Ülikooli külalisprofessor Alvar Soesoo, uurimuse kaasautoriks Kalle Kirsimäe (Tartu Ülikool) ning mina (Johannes Vind), kaasautoritena lõid Kreeka kolleegide kõrval kaasa Päärn Paiste ja Alan Tkaczyk Tartu Ülikoolist.

Soesoo tutvustas vähetuntud fakti, et HMM-e esinemine on tuvastatud Eesti fosforiidis ehk oobulusliivakivis. Nimelt sisaldavad fosfaatsed brahhipoodide kojad teatud määral HMM-e, keskmised sisaldused jäävad vahemikku 1500–2000 grammi tonni kohta. See ei anna kindlasti välja HMM maagi mõõtu, kuid fosforiidi kasutuselevõtu korral võiks tegemist olla kõrvalproduktiga, millest saaks eeldada majandluslikku väärtust. Soesoo esitas intrigeeriva mõtte, et kui arvestada fosforiidi (koos HMM-ga) esinemist Põhja-Eestis, NPM Silmeti tehase olemasolu ning sadamate ja muu infrastruktuuri lähedust, võiks arendada ka ideed HMM tootmisest Eesti ressursist. Omaette huvitav küsimus on, kust HMM-d neisse fossiilsetesse kodadesse said? Üks võimalus on, et HMM-d on sinna kantud hilisemate kivimis liikunud lahuste abil pärast esialgset settimist. Praegused uuringud on aga algusjärgus ja järeldusi pole veel võimalik teha.

Oma ettekandes kirjeldasin skandiumi esinemist Kreeka boksiidis, boksiidijäätmetes ja selle metalli käitumist alumiiniumoksiidi tootmise käigus. Skandium on üks väärtuslikumaid HMM-e ning erandlik selle poolest, et ei moodusta iseseisvaid maardlaid. Ta ei kontsentreeru maakoores maakmineraalidesse, tootmisväärsed sisaldused võivad olla kõigest 100–200 grammi tonni kohta ja kogu tootmine toimub eranditult teiste metallide nagu uraani või titaani kaasproduktina. Jäätmetes on skandium seotud raudoksiidiga, mis moodustab jääkidest põhilise osa alumiinium- ja titaanoksiidi kõrval. Arvestades umbes kahekordset rikastumise kordajat boksiidijäätmetesse võrreldes boksiidiga, võivad need jäätmed saada oluliseks skandiumi saamise allikaks ja lähiaastatel rajatakse selle testimiseks Kreekasse piloottehas.

Kasutatud materjal ning lisalugemine:

• Balomenos, Efthymios, et al. „The EURARE Project: Development of a Sustainable Exploitation Scheme for Europe’s Rare Earth Ore Deposits.“ Johnson Matthey Technology Review 61.2 (2017): 142–153
• Fortier, S. M. & Gambogi J., „Global REE Supply Chains And Material Flow“, 2nd Conference on European Rare Earth Resources, 2017
• ERES2017 konverentsi koduleht  ja täismahus artiklikogumik
• Euroopa haruldaste muldmetallide kaardirakendus
• EURARE projekt
• Eesti Geoloogi varasem artikkel
• Silmeti tehasest
• HMM tasakaaluprobleemist
• Skandiumi projekt

Autor: 

Johannes Vind, Ateena Tehnikaülikooli doktorant