Residui minerari: da scarto a risorsa

Una strategia multidisciplinare per la valorizzazione dei residui minerari, nell’ottica di una loro conversione da scarto (problema ambientale) a nuova fonte di materie prime ad elevato valore commerciale.

Contenuto realizzato nell’ambito del progetto CNR 4 Elements

Figura 1. Un’area della miniera di Ferro e Manganese di Joda West (India)

di Daniela Guglietta, Stefano Milia, Adalgisa Scotti

Nel mondo la distribuzione geografica delle diverse materie prime è variegata, sia in termini di produzione che di consumo. Per questo motivo vi è un continuo scambio di materie prime tra Paesi produttori, ricchi di risorse naturali, e Paesi utilizzatori che le impiegano nei loro processi industriali.  Nonostante la lunga tradizione estrattiva, l’Europa è oggi dipendente dai Paesi extra-UE per l’approvvigionamento di materie prime, consumando il 23% della produzione globale e auto-producendo solo il 3%. La recente pandemia dovuta al virus SARS-CoV-2, oltre a causare la perdita di vite umane, ha spezzato il fragile equilibrio tra domanda e offerta di materie prime a livello mondiale, come dimostrato dalla difficoltà di reperimento sui mercati con costi maggiorati e dai conseguenti ritardi nella produzione. Per garantire la competitività dell’UE senza compromettere il conseguimento della neutralità climatica, entro il 2050 occorre separare la crescita economica dall’uso delle risorse, abbandonando l’attuale  modello economico lineare (prendi-usa-getta) per passare ad un approccio circolare, nel quale il ciclo di vita di un materiale è prolungato attraverso una progettazione intelligente che consideri il suo riutilizzo, riciclo e rigenerazione. Metalli, minerali e materiali naturali sono parte integrante della nostra vita quotidiana e l’accesso sostenibile a tali risorse costituisce una questione di importanza strategica per l’ambizione dell’Europa di realizzare il Green Deal e la transizione ecologica, verde e digitale (articolo del 25/11/2021 – Rinnovabili.it). L’estrazione e la trasformazione delle risorse naturali sono all’origine della metà delle emissioni totali di gas a effetto serra e di oltre il 90% della perdita di biodiversità e dello stress idrico. Per questo motivo le materie prime essenziali rappresentano un settore prioritario nel Piano d’azione per l’economia circolare, che mira a favorire il loro uso efficiente e il riciclo, e prevede la “condivisione delle migliori pratiche per il recupero di materie prime critiche dai rifiuti minerari e dalle discariche” (Azione n. 39). A livello nazionale la transizione verso un’economia basata sul recupero di materie prime ha assunto un ruolo strategico ed è alla base dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza varato dal Governo Italiano per rilanciare la competitività industriale in modo ambientalmente sostenibile.

Fino ad oggi, i registri dei rifiuti estrattivi sono stati sviluppati al solo scopo di ridurre o prevenire i danni ambientali, senza considerare il possibile recupero di risorse. La Commissione Europea e l’Istituto Europeo di Innovazione e Tecnologia (EIT) stanno promuovendo azioni per mappare il potenziale approvvigionamento di materie prime critiche da depositi e siti minerari dismessi, con l’obiettivo di ridurre la dipendenza di materie prime dai Paesi extra-UE e aumentare la competitività industriale.

In Italia l’ISPRA (Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale) ha pubblicato nel 2017 un ”Inventario delle strutture di deposito di rifiuti estrattivi, chiuse o abbandonate, di tipo A”, che contiene anche informazioni sul contenuto mineralogico basato sulla tipologia di estrazione che veniva condotta e sui dati di caratterizzazione. Da questo inventario risulta che nei depositi di rifiuti estrattivi italiani sono presenti materie prime che la Commissione Europea considera critiche, ovvero risorse essenziali dal punto di vista economico ma caratterizzate da rischi di approvvigionamento [4].

In Italia è stata accertata e confermata la presenza di queste importanti materie prime in quelli che fino ad oggi sono stati considerati scarti, ma che rappresentano delle potenziali risorse ancora sfruttabili, Nonostante l’avanzamento delle conoscenze sui residui minerari, ad oggi i dati riguardanti la loro composizione mineralogica e chimica, le proprietà fisiche e la loro localizzazione sono ancora parziali e poco omogenei.

In questo contesto, il CNR-IGAG ha sviluppato un approccio multidisciplinare integrato per la caratterizzazione e la mappatura dei residui minerari, e per la loro valorizzazione come risorsa. Tale approccio è stato applicato ad una miniera di ferro e manganese in India (Figura 1) nell’ambito del progetto TECO. 

Come mostrato in Figura 2, questo approccio combina:

  1. caratterizzazione chimica, fisica e mineralogica dei residui minerari;
  2. remote sensing per la mappatura e la classificazione dei residui minerari contenenti minerali e metalli;
  3. fitoestrazione assistita da micorrize (MAP, Mycorrhizal-assisted phytoextraction) per l’accumulo di materie prime nei tessuti;
  4. metodi idrometallurgici e/o elettrochimici avanzati per il recupero delle materie prime secondarie e critiche accumulati nella biomassa vegetale.
Figura 2. Schema dell’approccio multidisciplinare

La caratterizzazione chimica effettuata mediante spettrometro a fluorescenza a raggi X a dispersione di energia, e quella mineralogica eseguita mediante diffrattometria a Raggi X hanno evidenziato l’abbondanza di ferro e manganese e la presenza di questi due elementi in minerali con percentuali variabili nei residui minerari (punto 1).

La classificazione dell’immagine satellitare Sentinel-2A (punto 2) ha evidenziato nel sito minerario le aree con presenza di depositi di residui ricchi di ferro e manganese (Figura 3). I dati sono stati archiviati in un geodatabase, che rappresenta uno strumento utilissimo per la gestione dei residui minerari e per la selezione di campioni contenenti minerali e metalli di pregio da trattare con la tecnica di fitoestrazione assistita.

Figura 3. Tipologie di residui accumulati in aree non più coltivate (a,b) o lungo i bordi delle strade della miniera (c,d).

Il processo MAP (punto 3) consente di concentrare gli elementi di interesse presenti nei residui minerari  nei tessuti di specie vegetali opportunamente scelte, sfruttando la sinergia con specie fungine (micorrize arbuscolari) che ne aumentano la capacità estrattiva. In vista dell’applicazione del processo in scala reale, si rende necessario curare ed ottimizzare tutti gli aspetti operativi e ingegneristici allo scopo di massimizzare il recupero di materie prime e contestualmente ridurre lo stato di contaminazione del sito oggetto di intervento.

Per un recupero sostenibile di materie prime secondarie e critiche dalle biomasse da un punto di vista economico ed ambientale, riveste particolare rilevanza l’applicazione dei processi idrometallurgici (punto 4) che consentono, attraverso l’utilizzo di specifici reagenti innovativi e delle tecniche elettrochimiche, il loro recupero selettivo ad alto grado di purezza, che ne determina un adeguato riutilizzo commerciale.

I depositi di residui minerari possono quindi diventare delle “nuove miniere” attraverso appropriate strategie innovative di gestione che puntino a minimizzare l’impatto ambientale e proteggere la salute umana. Grazie ai risultati conseguiti e alla facile replicabilità, questo approccio multidisciplinare può essere considerato il primo passo per promuovere l’applicazione di tecnologie integrate, economicamente sostenibili, socialmente accettabili, eco-compatibili e innovative per la gestione efficiente e lo sfruttamento sostenibile dei residui minerari in un contesto di economia circolare e sarà replicato in aree minerarie dismesse in Italia e Argentina nell’ambito del progetto di cooperazione scientifica e tecnologica fra Ministero italiano degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale (MAECI) e il Ministero argentino della Scienza, Tecnologia e Innovazione (MINCyT).

Autori: Daniela Gugliettaa, Stefano Miliaa, Adalgisa Scottia,b

a Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IGAG)

b International Center for Earth Sciences Comisión Nacional de Energía Atómica (ICES-CNEA- Argentina)


Gruppo di lavoro: Giovanna Cappaia,b, Rosamaria Salvatoric, Stefano Ubaldinia, Francesca Trapassoa, Daniele Passeria

a Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IGAG)

b Dipartimento di Ingegneria civile, ambientale e architettura – Università degli Studi di Cagliari

c Istituto di Scienze Polari del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISP)

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