Mineração de membranas: Extração sustentável de metais de alta tecnologia

A Audi Environmental Foundation juntou-se à Universidade de Mineração e Tecnologia de Freiberg para investigar novas formas de extração de elementos de alta tecnologia. Estes metais e as denominadas, terras raras são indispensáveis para as tecnologias modernas como: a fibra ótica, a fotovoltaica e os semicondutores. A tecnologia de membrana é utilizada para extrair as matérias-primas no subsolo de uma forma ecológica e sustentável.

Como recursos não renováveis, as matérias-primas metálicas são necessárias para muitas tecnologias futuras, incluindo a mobilidade elétrica. Os metais de alta tecnologia, como o índio e germânio, cobalto, lítio e terras raras estão na lista de matérias-primas críticas para a UE de 2020. Esta lista de matérias-primas economicamente críticas, com elevado risco de fornecimento, destina-se a ajudar na negociação de acordos comerciais, bem como impulsionar a investigação, a inovação e o processo sustentável de aquisição.

Muitas matérias-primas primárias só são encontradas em alguns países do mundo. A sua distribuição geográfica é desigual e o seu acesso é difícil. Em alguns casos, verificam-se em quantidades tão pequenas que a sua extração não é rentável. Além disso, as atividades mineiras têm um impacto drástico para o ambiente. Motivo suficiente para que a Audi Environmental Foundation, em conjunto com o Instituto de Engenharia de Processos Térmicos, Ambientais e de Recursos da Universidade de Mineração e Tecnologia de Freiberg, estabeleça métodos alternativos de extração para garantir a segurança das matérias-primas. O projeto de investigação de dois anos abordou a questão de como tornar a exploração mineira mais sustentável. Para este fim, os investigadores puseram a teoria em prática, tanto em laboratório como no subsolo, em ambientes operacionais reais, numa mina de investigação.

Combinação de métodos para a extração sustentável de elementos de alta tecnologia

O objetivo é extrair elementos de alta tecnologia dos minérios sem destruir o ambiente natural através de perfuração e detonação em grande escala. Em contraste com a extração convencional de minério, são aqui utilizados métodos microinvasivos semelhantes às práticas cirúrgicas modernas. Isto tem várias vantagens: não é utilizada maquinaria pesada, muito menos energia, e menos químicos, e também não há danos na paisagem. "O processo é ecológico e inovador, uma vez que as principais atividades mineiras são largamente evitadas e só podem ser extraídas pequenas quantidades de minério", diz Rüdiger Recknagel, Diretor da Audi Environmental Foundation. De acordo com Recknagel, isto reforça a independência das importações, aumentando assim a segurança do fornecimento.

O processo, conhecido como lixiviação in situ, foi desenvolvido e otimizado em laboratório antes de ser finalmente testado em condições reais na mina de investigação da Universidade de Mineração e Tecnologia de Freiberg. Em suma, faz com que os investigadores façam pequenos furos na veia mineira subterrânea. Através da lixiviação, os elementos valiosos são dissolvidos do minério com a ajuda de microrganismos que já estão presentes na mina. "As bactérias são pequenos mineiros que ajudam a transferir os íones metálicos para uma solução", explica Roland Haseneder do Instituto de Engenharia de Processos Térmicos, Ambientais e de Recursos. Através deste processo, alguns dos componentes minerais dissolvem-se. Os peritos combinam esta etapa com o tratamento direto de membrana em duas fases. "Trabalhar no local significa que não há custos de transporte ou esforços logísticos", diz Haseneder. Além disso, a fábrica separa os microrganismos e devolve-os ao processo de lixiviação, no espírito de uma economia circular.

O objetivo deste processo é separar e enriquecer o índio e o germânio de uma mistura multicomponente. Estes dois metais estratégicos são necessários para uma série de produtos de alta tecnologia, tais como ecrãs planos, ecrãs tácteis, sistemas de navegação, tecnologia de fibra ótica, chips de computador, sistemas fotovoltaicos e rolamentos para automóveis.

Eficiência nos testes subterrâneos de laboratório e de campo

Os especialistas queriam saber como funcionaria o sistema a uma profundidade de 147 metros em condições com mais de 90% de humidade e escoamento de água ácida a dez graus Celsius. Parâmetros importantes incluíam a composição da solução bacteriana, o enriquecimento com elementos alvo, os parâmetros de processo utilizados, e o rendimento dos elementos alvo. Os testes provaram a eficiência do sistema. "Ajustamos a pressão, o caudal e os processos de purificação para melhorar significativamente a separação", afirma Haseneder. Para além de que a eficiência da separação para o germânio foi aumentada em 20 por cento em comparação com as experiências de laboratório.

No futuro, este processo de extração sustentável será também utilizado para outros elementos como o cobalto em outros depósitos. O processo é especialmente adequado para a extração de elementos valiosos tanto de minérios de baixa qualidade com uma baixa concentração de materiais valiosos como de matérias-primas secundárias, bem como para utilização em locais de mineração já existentes que utilizam a infraestrutura já existente. Haseneder sugere também que o processo poderia encontrar aplicação noutros campos, tais como a mineração urbana. Na Universidade de Mineração e Tecnologia de Freiberg, a procura de parceiros adequados para aplicação em outros locais está em andamento. O grande objetivo é implementar a exploração mineira microinvasiva a nível global.