Śląskie hałdy są pełne skarbów. To prawdziwa kopalnia surowców

Arkadiusz Biernat "Dziennik Zachodni": Przez lata patrzyliśmy na hałdy jak na problem, ale czy to może się zmienić?
Arkadiusz Baurek GIG - PIB: W pewnym sensie tak. Kryją w sobie wiele "skarbów", którymi są metale i surowce krytyczne, w tym pierwiastki ziem rzadkich. Jednak czym innym jest samo występowanie ich w hałdach, a czym innym ich ilość możliwa do odzyskania.

Skąd wiemy, co skrywają pohutnicze hałdy?

Projekt SPO-CRAM zrealizowany przez Główny Instytut Górnictwa - Państwowy Instytut Badawczy (GIG-PIB) w ramach programu INNOGLOBO Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, miał na celu stworzenie narzędzia wspierającego proces decyzyjny przy ocenie perspektyw odzysku wybranych metali i surowców krytycznych, między innymi cynku, niklu, tytanu, chromu, miedzi, cyrkonu, metali ziem rzadkich, z żużli z hutnictwa cynku i ołowiu.

Poligonem badawczym był rejon śląsko-krakowski, gdzie zdeponowana jest duża ilość zróżnicowanych żużli z historycznego [historia hutnictwa na Śląsku sięga średniowiecza - red.], jak i współczesnego hutnictwa surowców polimetalicznych. Historycznie huty znajdowały się m.in. w Katowicach, Zabrzu, Rudzie Śląskiej, Świętochłowicach.

Bazowały one na lokalnych, polimetalicznych rudach cynku i ołowiu, zawierających również pierwiastki takie jak kadm i arsen, ale także ind, gal i german - pierwiastki, których poszukiwano w badanych odpadach. Po większości z tych zakładów nie ma już nawet śladu natomiast pozostały hałdy, które też systematycznie znikają, ponieważ kruszywo z nich odzyskiwane znajduje zastosowanie w drogownictwie.

Ile tych hałd jest?

Historycznie, hałd tych było kilkadziesiąt, ale obecnie pozostało 15. Znajdują się m.in. w Katowicach, Rudzie Śląskiej, Bytomiu, Piekarach Śląskich czy Świętochłowicach. Dwie są w zachodniej Małopolsce. W ramach projektu z pięciu obiektów pobrano próbki żużli hutniczych do badań.

I co jest w tych hałdach?
Wykonaliśmy tzw. scrining z pobranych próbek. Zbadaliśmy zawartości 54 pierwiastków, wszystkie są na tzw. liście surowców krytycznych Unii Europejskiej. Jest np. arsen wykorzystywany do produkcji pewnych półprzewodników. W tej grupie występują również pierwiastki ziem rzadkich, które obejmują skand i itr oraz lantanowce. Łącznie to grupa 17 pierwiastków. Mają wiele zastosowań we współczesnym świecie. Bez nich trudno sobie wyobrazić produkcję telefonów, czy ekranów dotykowych, samochodów czy rozwój technologii kosmicznych. Trudno nawet wymienić wszystkie możliwości zastosowania. Nowoczesne technologie bez pierwiastków ziem rzadkich praktycznie nie istnieją, bez nich nie można mówić o postępie i rozwoju.

Śląskie "El dorado"?
Chciałbym przestrzec przed popadaniem w hurraoptymizm. Poszukiwane pierwiastki metaliczne znajdują się w żużlach historycznych, deponowanych przed dekadami, ale także w żużlach z bieżącej produkcji w Miasteczku Śląskim lub Bukownie. Tam wciąż działają huty, które, nie korzystają już z naszej krajowej bazy zasobowej, a sprowadzają ze świata koncentraty i inne surowce. Zawartości pierwiastków ziem rzadkich, liczone jako suma 17 metali, wahają się od kilkudziesięciu do kilkuset miligramów na kilogram. W skrócie to maksymalnie kilkaset gramów na tonę.

To mało.
I tak, i nie. Wszystko zależy od przyjętych kryteriów opłacalności odzysku w szeroko pojętym, zmiennym otoczeniu polityczno-ekonomicznym.

Po rozpoznaniu składu chemicznego odpadów zalegających na hałdach żużlowych przystąpiliśmy do wypracowania metody odzysku. Nieskuteczne okazały się metody wzbogacania fizycznego, które są najtańsze. Dlatego spróbowaliśmy metod wzbogacania chemicznego z wykorzystaniem kwasów. To rozwiązanie jest droższe i trudniejsze, ale przyniosło zamierzony skutek. Zidentyfikowaliśmy warunki, w jakich jest możliwe pozyskanie tych pierwiastków. Uzyskaliśmy bardzo wysoki stopień wzbogacenia.

W przypadku pierwiastków ziemi rzadkich koncentrat był pięciokrotnie wzbogacony w porównaniu z surowcem wejściowym. To sukces. Bo jeśli zawartość tych pierwiastków była na poziomie około 300 mg na kilogram, to po wzbogaceniu, opracowaną przez nas metodą jest to już 1500 mg na kilogram. W ramach przeprowadzonych eksperymentów, uzyskaliśmy również koncentrat cynku, w którym zawartość tego metalu była aż 11-krotnie wyższa niż we wsadzie.

Jednak są to procesy relatywnie łatwe do przeprowadzenia w warunkach laboratoryjnych, ale bardziej wymagające np. w przypadku produkcji na masową skalę. Projekt zakończyliśmy konkluzją, że z technicznego punktu widzenia możliwe jest pozyskanie koncentratów cennych pierwiastków z badanych odpadów.

Ale ekonomicznie to się jeszcze nie spina?
Na chwilę obecną koszty chemikaliów procesowych, dzięki którym można było uzyskać wspomniane koncentraty pierwiastków ziem rzadkich i cynku, są zbyt duże. Do tego dochodzą koszty środowiskowe unieszkodliwiania wytworzonych ścieków i szlamów . Ostatnią trudnością jest też surowiec wsadowy, czyli żużle hutnicze, gdzie zwyczajnie tych pierwiastków jest relatywnie mało, a matryca w której są uwiezione jest trudna do rozkładu

Co musiałoby się wydarzyć, żebyśmy próbowali sięgnąć po te odpady, aby odzyskać z nich to, co jest cenne?
Z naszych symulacji wynika, że zawartość pierwiastków musiałaby być dwukrotnie wyższa, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów odczynników wykorzystywanych do ich pozyskania o 20 procent, żeby zbliżyć się do zbilansowania procesu.

Czyli jakaś perspektywa jest?

Technicznie są gotowe metody, aby w przyszłości sięgnąć po "bogactwa" czekające w hałdach. Wszystko zależy od uwarunkowań ekonomicznych i środowiskowych. Jednak nie możemy wykluczyć hipotetycznej sytuacji, że nawet przy wysokich kosztach odzysku, decydenci zdecydują się na ten proces, bo może nie być innego wyjścia w kontekście przetrwania czy rozwoju. Musimy pamiętać, że są sytuacje, kiedy kryteria ekonomiczne mogą zejść na dalszy plan.

Nie zapominajmy, że Unia Europejska jest uboga w surowce i pierwiastki niezbędne do rozwoju zaawansowanych technologii. Większość znajduje się poza jej granicami, często na terenie krajów niestabilnych politycznie lub nastawionych konfrontacyjnie. Nie można wykluczyć działań, które będą polegać na maksymalnym wykorzystaniu tego, co już zalega na powierzchni ziemi. By wycisnąć to, co mamy jak cytrynę. Nie wspominając o sytuacjach związanych z embargami i wojną. Jednak reeksploatacja hałd nie rozwiąże wszystkich problemów, bo ta baza surowcowa z przeszłości jest ograniczona. Co ważne, dowiedliśmy w projekcie SPO-CRAM, że jest też możliwości pozyskiwania pierwiastków z aktualnie wytwarzanych żużli w działających hutach.

Nie śpimy na żyle złota. Donald Trump machnie ręką bez zainteresowania...
Może nie będzie umowy surowcowej, nie grozi nam aneksja. Wartością dodaną, wygenerowana w czasie realizacji projektu jest jednak pozyskana wiedza wskazująca, że istnieje pewna baza surowcowa dla naszego kraju i gospodarki, oparta o odpady. . Podkreślę, że obecnie postępujemy tak jak Stany Zjednoczone. Amerykanie też u siebie poszukują pierwiastków w różnego rodzaju składowiskach odpadów przemysłowych. Nie zapominajmy, że nauka cały czas się rozwija. Amerykanie już teraz uważnie przyglądają się popiołom energetycznym, które powstały w wyniku spalania węgla.

Też mamy takie składowiska.

I również je rozpoznajemy jako Główny Instytut Górnictwa-Państwowy Instytut Badawczy . Nie tylko badamy skład zalegających popiołów energetycznych, ale opracowujemy metody pozyskiwania z nich pierwiastków. To są mniej więcej podobne ilości jak w przypadku hałd pohutniczych. Być może połączenie pozyskiwania pierwiastków z wielu rodzajów strumieni odpadów mineralnych, w tym zalegających na hałdach pohutniczych i osadnikach elektrownianych, zwiększy możliwości sięgnięcia po nie.

Konieczne jest rozszerzanie wiedzy i szukanie optymalnych metod. Jednym z sukcesów naszego projektu jest opracowanie metodyki rozkładu tych odpadów. Szkielet badanych żużli jest bardzo trudny, pierwiastki są w nim niejako uwięzione. Dotąd metody stosowane w laboratoriach były nie w pełni skuteczne. Nam udało się przełamać tę barierę i umożliwić rozkład szkieletu krzemianowo-metalicznego, dzięki czemu mogliśmy sięgnąć po interesujące nas pierwiastki.

Pozostaje jeszcze kwestia tego, co skrywają hałdy pogórnicze?

Jeszcze nam brakuje pełnego rozpoznania, ale myślę, że to jest tylko kwestia czasu. GIG-PIB, wraz z Instytutem Technologii Paliw i Energii oraz Instytutem Metali Nieżelaznych już realizuje międzynarodowy projekt Waste2CRM, który jest powiązanymi z tymi hałdami. Uczestniczą w nim również Grecy i Hiszpanie.

Celem projektu jest określenie potencjału i perspektyw dla wykorzystania odpadów wydobywczych jako alternatywnego źródła surowców krytycznych oraz opracowanie metodyki ich efektywnego odzysku. Przedmiotem badań będą odpady górnicze zdeponowane na hałdach pokopalnianych, pochodzące z wydobycia węgla kamiennego w Polsce. Dzięki współpracy z jednostkami zagranicznymi, bazę uzupełnią również odpady z Grecji i Hiszpanii, w tym odpady z węgla brunatnego.

Trochę ich mamy i jeszcze usypujemy...

Tak, mamy dużo odpadów już zdeponowanych oraz tych związanych z bieżącym wydobyciem. Musieliśmy opracować strategię, pobierania reprezentatywnych próbek, bo tych hałd na Śląsku jest około 150. Trudno wszystkie sprawdzić na tym etapie badań. Dlatego wskazaliśmy takie lokalizacje, które możliwie dobrze odzwierciedlą skład odpadów ze wszystkich obszarów, gdzie prowadzone jest lub było wydobycie. Węgiel wydobywano z czterech różnych serii litostratygraficznych.

Skład chemiczny tych odpadów jest nieco inny w rejonie wschodnim, gdzie pracuje Zakład Górniczy "Janina" w Libiążu, a inny w rejonie Ruchu "Zofiówka" w Jastrzębiu-Zdroju, czy KWK "Bolesław Śmiały" w Łaziskach Górnych. Musimy najpierw sprawdzić skład chemiczny tych odpadów, zawartości surowców krytycznych, a potem możliwości ich ekstrakcji. Analizy i opracowania to tylko kwestia czasu, bo GIG-PIB jest liderem w rozpoznawaniu i badaniu potencjału surowców krytycznych w materiałach odpadowych na Śląsku.