China wint zeldzame metalen rubidium en cesium uit lithiumafval

In de Chinese provincie Jiangxi draait sinds kort een unieke fabriek die de zeldzame metalen rubidium en cesium wint uit afval van lithiummijnen. Het Institute of Process Engineering, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, bouwde de installatie samen met batterijgigant Ganfeng Lithium. Het is de eerste keer dat deze metalen op industriële schaal en met hoge zuiverheid uit mijnbouwafval worden gehaald.

Metalen die altijd werden weggegooid

Rubidium en cesium komen in de natuur nauwelijks voor als op zichzelf staand mineraal. Ze zitten in kleine hoeveelheden verstopt in lithiumerts en in het zoute water van zoutmeren. Omdat de concentraties zo laag zijn, was het tot nu toe te duur en te lastig om ze eruit te halen. Mijnbouwbedrijven dumpten het restmateriaal daarom jarenlang als waardeloos afval.

Toch zijn beide metalen essentieel voor geavanceerde technologie. Rubidium en cesium worden gebruikt in atoomklokken, navigatiesystemen voor de ruimtevaart, medisch onderzoek, vaste-stofbatterijen en kwantumcomputers. De nieuwe fabriek in Jiangxi produceert cesiumcarbonaat en rubidiumcarbonaat met een zuiverheid van meer dan 99,9 procent, en de eerste commerciële partijen worden al verkocht.

Zeventien torens vervangen zeventig tanks

De doorbraak zit in een nieuw ontworpen installatie met zeventien extractiekolommen, verdeeld over vier verwerkingssecties. Waar voorheen meer dan zeventig traditionele tanks nodig waren om de metalen stap voor stap te scheiden, doet één extractiekolom nu het werk van vijftien conventionele scheidingsstappen.

Het systeem werkt via zogeheten differentiële tegenstroomextractie, een vorm van hydrometallurgie waarbij vloeistoffen in tegengestelde richting langs elkaar stromen zodat metalen zich efficiënt laten scheiden. Dat scheelt niet alleen ruimte: het oplosmiddelverbruik daalt met 40 procent en de fabriek heeft minder dan de helft van de vloeroppervlakte van een traditionele installatie nodig. Volgens de Zuid-Chinese krant South China Morning Post haalt de lijn meer dan 98 procent van het aanwezige cesium en ruim 95 procent van het rubidium uit het afval.

Minder afhankelijk van import

Voor China is dit vooral strategisch belangrijk. Het land bezit naar schatting 1,16 miljoen ton rubidiumoxide en 140.000 ton cesiumoxide aan reserves, verstopt in lithiumhoudende gesteentes en zoutmeren. China heeft bijna 40 procent van de wereldwijde rubidiumvoorraad in lepidoliet-erts, maar mist eigen winbare voorraden pollucietertsen, het mineraal waar cesium doorgaans uit wordt gehaald. Daardoor moest Peking cesiumerts importeren uit Canada, Australië en Zimbabwe.

Met de nieuwe technologie kan China die kritieke mineralen nu zelf uit binnenlands industrieel restmateriaal halen. Samen met bestaande productielijnen komt de nationale capaciteit uit op ongeveer 3.000 ton rubidiumzout-equivalent per jaar. Het is dezelfde strategie die China eerder toepaste bij zeldzame aardmetalen: grootschalige binnenlandse verwerking combineren met eigen extractietechnologie om de productiekosten ver onder die van buitenlandse concurrenten te drukken.

Nu opkomende technologieën zoals perovskiet-zonnecellen en kwantumnetwerken verder opschalen, zal de vraag naar deze nichemetalen sterk toenemen. De proeffabriek laat zien dat laagwaardige, aan lithium gekoppelde rubidium- en cesiumbronnen zich industrieel en schoon laten verwerken, ook uit restmateriaal van lithiumraffinage. Dat maakt bredere commerciële uitrol van deze technologie waarschijnlijk.