Metale ziem rzadkich i surowce krytyczne - cenny zasób dla Głównego Instytutu Górnictwa – PIB

Odzysk metali ziem rzadkich (REE) i surowców krytycznych (CRM) to kluczowy kierunek badań oraz rozwoju krajowej i unijnej polityki surowcowej, szczególnie w kontekście transformacji energetycznej, rozwoju nowoczesnych technologii oraz redukcji zależności od dostaw z krajów trzecich. Metale ziem rzadkich to specyficzna grupa 17 pierwiastków chemicznych i wszystkie z nich są zaliczane do surowców krytycznych. Neodym, cer, lantan czy skand są nieodzowne dla produkcji zaawansowanej elektroniki czy odnawialnych źródeł energii, a ich pozyskiwanie coraz częściej koncentruje się na recyklingu i odzysku z odpadów przemysłowych, z uwagi na ograniczoną dostępność pierwotnych złóż i dominację azjatyckich dostawców. Szacuje się, że 90-95% światowego przetwarzania metali ziem rzadkich kontrolują obecnie Chiny.  Ważne zmiany na rynku surowców krytycznych przynosi wdrożenie europejskiego Aktu w sprawie surowców krytycznych (CRMA) w maju 2024 roku, który nakłada na państwa Unii obowiązek zwiększenia wydobycia, przetwarzania oraz recyklingu surowców krytycznych.

Główny Instytut Górnictwa – Państwowy Instytut Badawczy realizuje szereg innowacyjnych działań związanych z pozyskiwaniem tych pierwiastków z odpadów przemysłowych, przede wszystkim z popiołów lotnych i z odpadów przemysłowych.

Innowacyjne projekty realizowane przez GIG-PIB

SPOCRAM – odzysk metali ziem rzadkich z odpadów hutniczych

Projekt SPOCRAM koncentrował się na odzysku metali i surowców krytycznych z żużli hutnictwa cynku i ołowiu w regionie śląsko-krakowskim. W ramach projektu opracowywano narzędzie informatyczne które umożliwia analizę ekonomiczną potencjalnego odzysku metali oraz ocenę opłacalności inwestycji. Narzędzie składa się z trzech elementów: Kalkulator REE, Aplikacja SPOCRAM i formularz. Aplikacja SPOCRAM to jego kluczowy element. Program jest zintegrowany z interaktywną mapą obiektów, bazą danych zawierającą lokalizację, dane opisowe zwałowisk lub wytwórcy odpadów oraz skład chemiczny tych odpadów, w tym zawartość wybranych surowców krytycznych (CRM) i pierwiastków ziem rzadkich (REE). Dzięki zastosowaniu zaawansowanych algorytmów sztucznej inteligencji, aplikacja SPOCRAM pomaga prognozować przyszłą opłacalność wydobycia surowców wtórnych i identyfikować najefektywniejsze metody odzysku metali ziem rzadkich z odpadów przemysłowych. Projekt współfinansowany był przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu INNOGLOBO

RareAsh – odzysk metali ziem rzadkich z popiołów lotnych

Do ważnych projektów należał również RAREASH, zrealizowany przez międzynarodowe konsorcjum w ramach konkursu ERA-MIN. Jego celem było opracowanie metod ekstrakcji metali ziem rzadkich z popiołów lotnych powstających podczas spalania węgla. W ramach tego projektu analizowano różne stężenia kwasu siarkowego oraz warunki reakcji, aby zoptymalizować proces ługowania i zwiększyć efektywność odzysku metali takich jak cer, lantan, neodym, skand i itr. Dzięki temu opracowano nowy sposób odzysku metali ziem rzadkich metodą hydrometalurgiczną z popiołów pochodzących z energetycznego wykorzystania paliw kopalnych. Badania w ramach projektu RareAsh wykazały, że zastosowanie nowoczesnych metod hydrometalurgicznych pozwala na zwiększenie efektywności odzysku REE nawet o 40% w porównaniu do tradycyjnych metod. Wyniki badań mogą zostać wykorzystane przy projektowaniu nowych instalacji odzysku metali ziem rzadkich w Europie.

Patent na odzysk tytanu – kolejny sukces GIG-PIB

GIG-PIB w 2025 roku uzyskał również patent na innowacyjną metodę odzysku tytanu z popiołów lotnych. Tytan został zaliczony w 2020 roku do listy surowców krytycznych UE. Jest dodawany do żelaza, aluminium, wanadu, molibdenu i innych. Stopy tytanu są wykorzystywane w rożnych gałęziach przemysłu np. przemyśle lotniczym, wojskowym, procesach metalurgicznych itp. Nowa metoda opracowana przez GIG-PIB pozwala na jego efektywne pozyskiwanie z popiołów lotnych UPS, otrzymanych z energetycznego wykorzystania paliw kopalnych, takich jak węgiel kamienny lub brunatny. W czasie badań wykazano wysoką zawartość tytanu w otrzymanych koncentratach.

Waste2CRM – Określenie potencjału pozyskiwania krytycznych surowców z odpadów górniczych oraz opracowanie metody ich skutecznego odzyskiwania

Celem projektu jest określenie potencjału wykorzystania odpadów wydobywczych jako alternatywnego źródła surowców krytycznych oraz opracowanie skutecznych metod ich odzysku.W Polsce znajduje się obecnie ok. 150 hałd na których znajduje się ok. 1,5 mld ton odpadów pogórniczych, które w dużej mierze mogą stać się źródłem metali ziem rzadkich oraz innych surowców strategicznych. Badaniami objęte są odpady zdeponowane na hałdach pokopalnianych pochodzące z wydobycia węgla kamiennego, a dzięki współpracy z partnerami z Grecji i Hiszpanii uwzględniono również odpady z węgla brunatnego. W ramach projektu przeprowadzona zostanie inwentaryzacja strumieni odpadów wydobywczych, wykonywane są wiercenia i pobrano próbki do szczegółowej analizy pod kątem zawartości cennych pierwiastków. Kolejnym etapem prac będzie opracowanie technologii efektywnego odzysku wybranych surowców krytycznych, uzupełnione o kompleksowe studium techniczno-ekonomiczne oraz ocenę wpływu na środowisko. Projekt realizowany jest w ramach Funduszu Badawczego dla Węgla i Stali.

CRMsDataSpace – europejska baza danych surowców krytycznych

Celem tego projektu jest stworzenie wspólnej europejskiej bazy danych dotyczącej zasobów surowców krytycznych, ze szczególnym uwzględnieniem możliwości odzysku tych surowców z zamkniętych składowisk odpadów górniczych. W ramach projektu Stworzenie europejskiej platformy danych cyfrowych – scentralizowanej geoprzestrzennej bazy danych do identyfikacji, oceny i mapowania surowców krytycznych na składowiskach odpadów wydobywczych. Przeprowadzone zostaną oceny geochemiczne i metalurgiczne pozwalające na analizę potencjału surowców krytycznych w odpadach górniczych. Opracowane zostaną też modele biznesowe dla odzyskiwania CRM. Projekt realizowany jest w ramach Funduszu Badawczego dla Węgla i Stali.

Wyzwania odzysku metali ziem rzadkich

Odzyskiwanie metali ziem rzadkich i surowców krytycznych to ważny krok w budowaniu niezależności surowcowej Europy. Dzięki innowacyjnym projektom, takim jak te realizowane w GIG-PIB oraz nowatorskim technologiom odzysku, Polska może stać się jednym z liderów w pozyskiwaniu surowców krytycznych z alternatywnych źródeł. W obliczu rosnącego zapotrzebowania na metale ziem rzadkich i ich ograniczonej dostępności, działania GIG-PIB są nie tylko ważne, ale wręcz niezbędne dla przyszłości transformacji energetycznej i przemysłowej.

Dzięki nowoczesnym laboratoriom i współpracy z międzynarodowymi instytucjami badawczymi, GIG-PIB jest ważnym ośrodkiem badawczym w zakresie surowców krytycznych w Europie. Planowane są już kolejne inicjatywy badawcze w zakresie alternatywnych metod odzysku, w tym zastosowanie technologii biometalurgicznych.