Snel lezen

  • a
  • b

Verschenen in Chemiemagazine, november 2013

Fluorescerend poeder in spaarlampen en TL-buizen bevat zeldzame aardmetalen, waaronder enkele die ook letterlijk zeldzaam zijn. Solvay-dochter Rhodia ontwikkelde een procedé waarmee ze vrijwel volledig worden teruggewonnen en hergebruikt in dezelfde toepassing. Voor het sluiten van de cirkel kreeg het bedrijf onlangs de Europese Responsible Care Award.

Het Belgische chemiebedrijf Solvay is wereldleider in zeldzame aardmetalen en –oxiden voor speciale toepassingen. Die toepassingen varieren van ‘flat screens’ tot mobieltjes en van windturbines en batterijen tot spaarlampen en tl-buizen. De zeldzame aardmetalen vormen een groep van zeventien elementen. Op zich zijn ze niet zeldzaam, maar er zijn maar weinig plaatsen op aarde waarin ze voorkomen in winbare hoeveelheden. In de Europese Unie gelden ze als grondstoffen, waarvan de aanvoer het meest ‘kritiek’ is. Tegelijkertijd neemt de economische ervan betekenis toe door miniaturisering van elektronische producten en door de groeiende behoefte aan ‘groene’ energie. Zo zijn zeldzame aardmetalen onder meer van belang voor magneten in windturbines en elektromotoren en voor batterijen

“Zes jaar geleden hebben we het besluit genomen om onderzoek te gaan doen naar mogelijkheden om zeldzame aardmetalen te gaan recyclen”, vertelt Frederic Carencotte, industrieel directeur van Solvay Rare Earths. Dat was dus ruimschoots voor de schaarste en prijsschommelingen als gevolg van de Chinese maatregel om de export van deze stoffen te beperken. Carencotte: “Het was een strategische keuze: we wilden de aanvoer van onze grondstoffen verbreden.”

Inzamelen

Voor spaarlampen en TL-buizen bestaat een goedwerkend inzamelsysteem. In Frankrijk gebeurt dat door Recylum, een non-profit organisatie die in 2005 is opgericht door vier producenten (waaronder Philips), maar waarin nu nagenoeg alle betrokken partijen deelnemen, tot en met de nationale organisatie van burgemeesters. Volgens de website van Recylum wordt ondertussen de helft van de afgedankte spaarlampen en TL-buizen in Frankrijk lampen ingezameld en het percentage is stijgend.

Naast spaarlampen kijkt Solvay ook naar mogelijkheden om zeldzame aardmetalen uit andere producten te winnen. Samen met het Belgische bedrijf Umicore heeft het bedrijf een industrieel procedé ontwikkeld voor terugwinning en hergebruik van zeldzame aardmetalen uit nikkel-metaalhydride accu’s van de kleinste AAA-batterij tot de accu’s in hybride auto’s. Met andere partners wordt een procedé ontwikkeld voor het terugwinnen van zeldzame aardmetalen uit magneten, zoals die onder meer in windturbines worden gebruikt.

Fosforpoeder

Terug naar de spaarlampen en TL-buizen. Deze zijn aan de binnenzijde bekleed met een wit, fluorescerend poeder en gevuld met een edelgas en kwikdamp onder lage druk. Tussen de twee elektroden aan het uiteinde van de buis vindt een gasontlading plaats, waardoor kwikdamp ultraviolet licht gaat uitzenden. In de fluorescerende laag wordt de ultraviolette straling omgezet in zichtbaar licht.

Het fluorescerend poeder, ook wel fosforpoeder geheten, bevat een beetje halofosfaat. Daarnaast bevat het glaspoeder (20%), aluminiumoxide (10%) en een zestal zeldzame aardmetalen (20%), die in verschillende combinaties bepalend zijn voor de kleur van het licht. Carencotte: “We zien de samenstelling van jaar tot jaar veranderen. Dat heeft vooral te maken met de evolutie van de technologie om lampen te produceren, waarvan de kleur van het licht past bij de wensen van de consument.”

Scheiden

Ingezamelde spaarlampen en TL-buizen worden gesorteerd en verwerkt door gespecialiseerde recyclingbedrijven die ze scheiden in glas, kwik, metaal en kunststof, die ook weer worden hergebruikt. De fosforpoeders kunnen er op verschillende manieren uit worden gehaald. Sommige bedrijven zuigen de lampen leeg, andere breken het glas en scheiden dan het poeder af. De recyclingbedrijven leveren het fosforpoeder af bij de fabriek van Solvay in Saint Fons, een plaatsje in de buurt van Lyon. Met behulp van chemische en fysische methoden worden fosfaat, glaspoeder en aluminiumoxide gescheiden van zeldzame aardmetalen en voor verdere verwerking en hergebruik naar andere bedrijven afgevoerd. De zeldzame aardmetalen worden door Solvay zelf opgewerkt.

Het poeder bevat ook kwik – de feitelijke lichtbron van spaarlamp en TL-buis. De concentratie ligt rond de 1000 ppm dus moeten er de nodige voorzorgsmaatregelen worden genomen om te voorkomen dat de gezondheid van mens en milieu wordt bedreigd. In de fabriek in Saint Fons wordt in een reeks destillatiestappen het kwik uit het fosforpoeder gedampt. “Daarbij maken we gebruik van de best beschikbare technieken, zoals actieve kool en harsen, om te voorkomen dat kwik ontsnapt als damp of als vloeistof”, zegt Carencotte. “Eenmaal verwijderd sturen we het naar een gespecialiseerd bedrijf voor opwerking zodat het weer kan worden gebruikt.”

Het mengsel van zeldzame aardmetalen wordt gescheiden en geschikt gemaakt voor hergebruik in een fabriek van Solvay-Rhodia in La Rochelle, aan de andere kant van Frankrijk aan de Atlantische kust. Dat gebeurt onder meer via vloeistof-vloeistof extractie, waarbij de zeldzame aardmetalen in een reeks van tegenstroombaden worden gescheiden op soortelijk gewicht volgens het principe, hoe meer baden, hoe beter de scheiding.

Life+

Het hele procedé, dus zowel de installaties in Saint Fons als die in La Rochelle, is ontwikkeld met steun van de Europese Unie, meer in het bijzonder het Life+ programma, dat zich specifiek richt op het steunen van milieuprojecten. Na vier jaar onderzoek werd in 2011 besloten tot de bouw van de installaties.

De capaciteit is nu 1500 ton per jaar, voldoende om alle fosforpoeder dat vrijkomt in de Europese Unie te verwerken. Omdat de hoeveelheid fosforpoeder de komende jaren zal stijgen door toename van het aantal spaarlampen en TL-buizen en door toename van de inzameling wordt in een tweede fase gemikt op een uitbreiding tot 3300 ton per jaar.

Momenteel worden diverse nieuwe mijnen geopend voor de winning van zeldzame aardmetalen. Desgevraagd zegt Carencotte niet bang te zijn voor een prijsdaling, waardoor het rendement van het recyclingprocedé onder druk zou komen te staan. “Zoals ik in het begin al zei, zijn we er niet aan begonnen vanwege de stijging van de prijs van zeldzame aardmetalen. We zullen er dus ook niet mee ophouden zo gauw de prijzen gaan dalen. Voor ons is van belang dat we voor de lange termijn verzekerd zijn van voldoende aanvoer en recycling van zeldzame aardmetalen is daarvoor essentieel.”

Joost van Kasteren