«Kiuslik» metall võib muuta Eesti energiatööstust
12. juuli 2023, 09:00
Et Eesti maapõues peituvat fosforiiti kätte saada, tuleb esmalt eemaldada seda kattev graptoliitargilliidi kiht, viimane aga sisaldab muu hulgas ka vanaadiumi ja kui graptoliitargilliiti juba ammutada, siis oleks ju mõistlik sealt kõik väärtuslikud koostisosad välja võtta ja rahvusliku majanduse teenistusse rakendada, kirjutab ajakirjanik Ain Alvela.
Tallinna Tehnikaülikooli (TalTech) loodusteaduskonna geoloogia instituudi maavarade ja rakendusgeoloogia osakonna vanemteadur Rutt Hints tegeles kolme aasta vältel vanaadiumi (V) Euroopas kriitiliste maavarade hulka arvatud metalli sisalduse uurimisega Eesti graptoliitargilliidi lademes.
Vanaadium on oluline oma omadustelt tugevate, aga samas kaalult kergete terasesulamite tootmisel. Tulevikus nähakse vanaadiumi uue laia kasutusalana vanaadium-redoksakude tootmist, mis võiksid leida kasutamist tuule- ja päikeseelektrijaamade juures energiasalvestitena. Veel on prognoositavalt kasvamas vanaadiumi nõudlus elektriautode kerede tootmisel, et need oleksid tavalisest rauasulamist kergemad ja annaksid autodele pikema läbisõidu. Kuna vanaadium-redoksakude elektrimahtuvus on väike, siis elektrisõidukite akudeks need ei sobi.
Praegu on nii, et lõviosa vanaadiumist tuleb maailma metallitööstustele Hiinast, seda sõltuvust soovib aga Euroopa Liit edaspidi jõuliselt vähendada. Mitte ainult vanaadiumi, aga ka haruldaste muldmetallide (HMM), räni ja muude maavarade osas. Sestap otsitakse aktiivselt võimalusi nende kohapealses regioonis kaevandamiseks ja tootmiseks.
Oma doktorikraadi kaitses Rutt Hints aga hoopis 2009. aastal Tartu Ülikoolis Kalle Kirsimäe juhendamise all ning siirdus pärast seda tööle TalTechi geoloogia instituuti. Viimastel aastatel on ta osalenud mitmes Eesti karbifosforiiti või maapõueressursse üldisemalt puudutavas uurimistöös. Üks neist käsitleb ka vanaadiumi levikut ja esinemisvorme graptoliitargilliidis ning võimalike tehnoloogiate leidmist selle eraldamiseks. Teadusuuringud viidi ellu Eesti Teadusagentuuri ressursside väärindamise programmi (ResTa) raames, kust saadi ka sellele vajalik rahastus.
Väärtuslikud maavarad lisaks fosforiidile
Graptoliitargilliit, mida veel üsna hiljuti nimetati ka diktüoneemakildaks, on tumepruun, kõvaks muutunud ja orgaanilise ainega rikkalikult segunenud setteline savikivim, tegelikult madala kvaliteediga põlevkivi. Olgu veel lisatud, et Eestis asub fosforiidikiht üldiselt kohe graptoliitargilliidi all, mis tekitab ka fosforiidi kättesaamisel probleeme, sest kui graptoliitargilliiti purustada, ning see puutub kokku hapnikuga, võib järgneda nn musta kilda isesüttimine.
Kui geoloogiliste uuringute ja teadlaste töö keskmes on praegu ennekõike fosforiit – selle paiknemine maapõues, kaevandamise moodused, kaevandamise keskkonnamõjud ja töötlemise tehnoloogiad, siis kõrvuti sellega tegelevad teadlased ka kõikvõimalike muude valdkondadega, mis fosforiidikaevandamisega tahes-tahtmata kaasnevad.
Nii leidub graptoliitargilliidis lisaks vanaadiumile ka molübdeeni (Mo) ja uraani (U). Neist esimest kasutatakse peamiselt samuti rauasulamite, sh roostevaba terase tootmiseks. Uraani isotoopi U-235 kasutatakse tuumareaktorite kütusena. Kusjuures erinevus vanaadiumiga seisneb selles, et kui molübdeeni või uraani eraldamine graptoliitargilliidist pole praegustele tehnoloogiatele teab mis suur probleem, siis vanaadiumiga on mitmel põhjusel teine lugu.
«Kui räägime tulevikus toimuvast fosforiidi avakaevandamisest, siis peame arvestama graptoliitargilliidi kihiga, mis paikneb fosforiidikihtide peal ja mis tuleb sealt niikuinii eemaldada,» räägib Rutt Hints. «Selle juures on meil kaks võimalust – kas sellest saab ladustatav jääde või teeme sellest väärindatud ressursi. Laiemalt on üks suund uuringutes ressursi väärindamine, teine graptoliitargilliidi ebaõige käitlemisega seotud keskkonnariskide vältimine.»
Rutt Hints viitab siin sellele, kuidas nõukogude ajal Maardus fosforiidikaevandamise käigus tõsteti graptoliitargilliit lihtsalt suurtesse aheraine hunnikutesse, millesse hapnik ja vihmavesi ligi pääses ehk tehti kõik nii valesti, kui andis. Paratamatult läks see jäätmemägi peagi põlema ning tekkinud keskkonnareostusega tegeleti aastaid.
«Kui räägime tulevikus toimuvast fosforiidi avakaevandamisest, siis peame arvestama graptoliitargilliidi kihiga, mis paikneb fosforiidikihtide peal ja mis tuleb sealt niikuinii eemaldada.» Rutt Hints
Tema sõnul on tänapäeval olemas küll oskusteave, kuidas graptoliitargilliiti matta nii, et isesüttimist ei toimu, ent erimeetmeid tuleks seejuures niikuinii rakendada, sest tegemist on nn NORM looduslikke radionukliide sisaldava ainega. Ja ikkagi oleks otstarbekas ühtlasi sealt kõik kasulikud koostisosad välja võtta ja väärindada, kui me seda kihti juba kord oleme liigutanud.
Kus see vanaadium seal kildas siis istub?
Vanaadiumi kättesaamine mustast kildast, et üldse selle väärindamisest saaks juttu olla, on siiani olnud seotud mitme probleemiga. Metallide eraldamiseks kasutatavad leostamistehnoloogiad ja nende uurimine on andnud suhteliselt häid tulemusi molübdeeni, uraani ja kaasnevate sulfiidide eraldamiseks, aga vanaadiumi puhul need kuigi hästi ei tööta – seda saab niimoodi kätte vaid piiratud koguse.
«Meie uuringu eesmärk oligi välja selgitada, millistes graptoliitargilliidi komponentides vanaadium istub, kuidas seda sealt kätte saada ja senisest efektiivsemalt väärindada,» kirjeldab Rutt Hints. «Keeruliseks teeb selle asjaolu, et graptoliitargilliit on n-ö kompleksne maak, milles metallide levik pole kuigi tüüpiline. Et aru saada, millistes osades vanaadium peitub, tuleb teha väga spetsiifilisi kõrgtehnoloogilisi uuringuid.»
Vanaadiumi puhul oli küsimus selles, kas see on seotud graptoliitargilliidi orgaanilistesse kompleksidesse või on see hoopis silikaatide koosseisus. Sõltuvalt sellest tuleb valida ka eraldamiseks sobilik tehnoloogia. Ja kuna meie graptoliitargilliit on mustade kiltade seas maailmas ainulaadne, siis tuleb ka selle käitlemise tehnoloogia luua nii, et ega kuigi palju eeskujusid mujalt maailmast võtta ei ole. Muide, meie graptoliitargilliidile analoogilist kihti Rootsis nimetatakse ka maarjakildaks.
Kogu maavarade uurimine on pikaajaline protsess ja võib kesta mitme inimpõlve vältel. Mis ei tähenda, et täna uuringute tulemusel saadud teadmised oleksid kasutud. Nii on tavapärane, et täna kaevandatavate maagileiukohtade taga võib olla piltlikult öeldes meie vanaisade uurimistöö. Ja alati peab arvestama, et teadusuuringu tulemus ei pruugi vastata alguses püstitatud hüpoteesile. Ka see on tulemus.
Rutt Hints ütleb, et uuring annab siiski esimest korda aimu, kus ja millisel kujul vanaadium seotud on. Edaspidi oleks nüüd lihtsalt vaja saadud geoloogilisi ja tehnoloogilisi tulemusi katseseeriatega laiemalt testida.
Töötlemine osutub keerulisemaks kui arvati
Nii läks tegelikult ka kõnealuse uuringu puhul. Kui algul lähtusid teadlased hüpoteesist, et vanaadium paikneb savimineraalide koosseisus. Et aru saada, kuidas, kus ja millises olekus vanaadium Eesti graptoliitargilliidi lasundis asub, oli uuringu oluline osa katsed sünkrotronis ehk elektronide kiirendis. Tulemus lükkas varasemad arvamused vähemalt osaliselt upakile, sest ilmnes, et vanaadium ei ole seotud ainult ühte ühendisse, vaid ilmselt esineb seda mitmes erinevas vormis, põhilised on vanaadiumi-väävliühendid orgaanikas.
Rutt Hints nendib, et see on uudne teadmine, varem vanaadiumi-väävliühenditest maailmas suurt ei teatud.
«Seetõttu tuleb väärindamistehnoloogiates arvestada vanaadiumi erinevaid esinemisvorme. Mis muudab kogu tegevuse keerulisemaks,» selgitab Hints. «See võib tähendada ka seda, et vanaadiumi tuleb hakata eraldama näiteks kaheetapilise protsessi käigus. Seega jõudsime arusaamisele, et meil on vähemalt kaks kompleksi, kuhu vanaadium on seotud ja sellest tuleb nüüd edaspidi tehnoloogiate väljatöötamisel lähtuda.»
Ta on seisukohal, et teadlase vaates on kolm aastat ühe põhjaliku ja vettpidava tulemuseni jõudva teadusuuringu jaoks häbematult lühike aeg, seda enam, et alati võib ette tulla üllatusi ja tavaliselt need üllatused pigem pidurdavad kui kiirendavad edasiliikumist. Nõnda ei andnud ka siinkohal kõneks olevad tehnoloogilised uuringud vanaadiumi väärindamise võimaluste osas lõplikku lahendust. Samas on Hints seisukohal, et kui midagi nii mastaapset juba kord ette võtta, siis tuleb see teha korralikult, sh tegeleda ka riskide maandamise ja muu kaasnevaga. Sest kui me seda ei tee, võime tulevikus silmitsi seista oluliste keskkonnariskide või -kahjudega, nagu juhtus nõukogudeajal innukalt fosforiiti kaevandades, millele nn fosforiidisõda lõpuks kriipsu peale tõmbas.
Vanaadium kui fosforiiditööstuse kõrvalsaadus
Üks on selge – kui me kunagi ka jõuame fosforiidi ja kaasnevate maavarade kaevandamise ja väärindamiseni, siis igal juhul peab ka vastav tööstus asuma kohapeal, sest pole mingit mõtet hakata maaki või nagu seda kunagi tehti – fosforiidipuru – üle ilma laiali vedama, et teised selle töötlemiselt tulu teeniksid.
Lisaks hüdrometallurgia võimalustele on teadlased hakanud tähelepanu pöörama metallide bioleostamise tehnoloogiate uuringutele. Hintsi arvates võivad kõne alla tulla kombineeritud väärindamistehnoloogiad, kus n-ö kiirete lahendustega võetakse graptoliitargilliidist välja suurem osa vanaadiumist ja hilisemates järelrikastamise etappides eraldatakse ülejäänud vanaadiumi näiteks bioleostamisega. Või hoopis vastupidi. Nii olemegi olukorras, kus fosforiiditootmises oleme toimivatele tehnoloogiatele üksjagu lähemal kui nendes tehnoloogilistes protsessides, mis puudutavad vanaadiumi eraldamist graptoliitargilliidist.
Geoloogiateenistus on teinud puurimiste, analüüside ja rehkenduste abil kindlaks, et Eestis leidub ühes tonnis graptoliitargilliidis umbes üks kilogramm vanaadiumi. Rutt Hints ütleb, et üleilmses mõistes on seda vähe – see pole rikas vanaadiumimaak, pigem on see kivimikompleks, milles on kõrgendatud vanaadiumisisaldus. See arusaam kehtib ka molübdeeni ja uraani kohta. Näiteks kui räägime looduslikust uraanimaardlast, siis sealne kivim sisaldab ikka vähemalt kümme korda rohkem uraani kui meie graptoliitargilliit. Uurida tuleb seda aga sellepärast, et fosforiidini pääsemiseks peame graptoliitargilliidi kihi niikuinii pealt eemaldama. Ja kui suur osa maailma vanaadiumist tuleb terasetööstuse kõrvalproduktina, siis meie oludes oleks tegemist fosforiiditööstuse kõrvalproduktiga.