Werkcollege 2-uitwerking
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Like this? Share it with your network

Share
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
126
On Slideshare
124
From Embeds
2
Number of Embeds
1

Actions

Shares
Downloads
0
Comments
0
Likes
0

Embeds 2

http://ocw.tudelft.nl 2

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. Werkcollege voorbereiding van Jair Knorringa voor woensdag 19 februari 2014 Gekozen stof: Gallium Vragen: •Wat zijn de belangrijkste bronnen? Waar bevinden die zich? Gallium is niet vrij te vinden in de natuur. Je kan het door elektrolyse onttrekken aan galliumhydroxide oplossingen. (By Joseph Cafariello, 2014) het materiaal is vooral te vinden in China. Zij produceren als een van de weinige landen Gallium en hebben er ook het meeste van. Bronnen in Europa: Hongarije, Slowakije en Duitsland voornaamste productie. (webdictaat) • Wat zijn de belangrijkste kenmerken van het winningsproces? Gallium win je dus niet uit de vrije natuur, maar vanuit zijn geïoniseerde toestand met de lading +3. Je kan gallium dan eruit onttrekken met een elektrolyse reactie van bijvoorbeeld galliumhydroxide met kaliumhydroxide. Het zin in mineralen zoals diaspore bauxiet. Ook in steenkool en aardolie is het te vinden. Het wordt niet gewonnen uit schroot. (webdictaat) •Wat is de omvang van het materiaalgebruik? Kun je dat specifiek maken voor de EU of voor Nederland? Gallium is een kritieke grondstof geworden voor de EU en ook Nederland. Het is een stof die in heel veel producten zit. Het kan zomaar zijn dat je uren naar Gallium aan het staren bent zonder het door te hebben en te weten dat het Gallium is. In Nederland wordt het gebruikt voor thermometers, LCD schermen (telefoon, tv en computer) en zonnepanelen als vloeibare afsluiting voor apparaten die sterk verhit worden. 2010 gallium consumptie wereld: 280 ton. (Dehnavi, 2013) •Waarvoor wordt het materiaal gebruikt? Zijn er voor die toepassingen directe alternatieven? Gallium wordt gebruikt in legeringen met een laag smeltpunt. Dit zorgt ervoor dat de metalen soepeler worden bij lage temperaturen waardoor ze makkelijker en productiever werken. Ook zorgt dit voor energiebesparing omdat je de machine niet hoeft op te warmen. Gallium heeft zelf namelijk een laag smeltpunt. Het kan in vaste toestand voor je liggen en als je het vastpakt gaat het smelten (vergelijkbaar met chocola). Hier is niet zomaar een alternatief voor. Ook wordt gallium gebruikt in thermometers als mengsel van indium, tin en gallium, dit mengsel is bij kamertemperatuur vloeibaar. Dit is de vervanger van kwik in thermometers dat zorgt voor een beter milieu. Gallium is ook erg bruikbaar in het stabiliseren van plutonium. (By Joseph Cafariello, 2014) Foto CC SA BY: bilgiustam.com
  • 2. •Wat zijn relevante technologische ontwikkelingen die het gebruik van dit materiaal substantieel zal verkleinen/vergroten? Dit hebben wij niet kunnen vinden. Wel zijn ze bezig om manieren te vinden om gallium te recyclen uit producten. Iets wat nu niet gebeurt omdat het waarschijnlijk niet rendabel is. Op het moment gebruiken we 18% van de totaal geproduceerde hoeveelheid gallium. Er wordt verwacht dat als de productie gelijk blijft we in 2030 400% nodig van wat we produceren. Het gebruik zal naar verwachting tussen de laatste metingen in 2006 en 2030 ruim met een factor 20 toenemen. Gallium is een bijproduct bij het produceren van aluminium kool, dit zou kunnen helpen om de productie van Gallium te kunnen verhogen zonder veel extra kosten te maken. Citaat: “Een echte doorbraak in hogere efficiency, waar wij iets aan kunnen gaan hebben, komt uit Zweden. Daar is men er in geslaagd om halfgeleiders te maken van Gallium Arsenide (GaAs). Hiermee kan de efficiency van de huidige panelen met 25% verhoogd worden. Tijdens het productieproces wordt een inkt gevormd uit nanodeeltjes welke vanuit een soort inktjetprinter op zonnepanelen kan worden geprint. Men verwacht dat vanaf 2016 de techniek kan worden toegepast.” (Mister Sunshine, 04/11/2013) • Verast over de resultaten? We waren allen redelijk verast over hoe weinig er toch eigenlijk te vinden was. Je moest echt wel graven in wat uitgebreidere wetenschappelijke artikelen om relevante informatie te vinden. Bronnen: By Joseph Cafariello, 2014: http://www.wealthdaily.com/articles/investing-in-gallium/4958 Webdictaat (Mister Sunshine, 04/11/2013): http://mistersunshine.net/1/post/2013/04/het-gallium- zonnepaneel.html afbeelding 1: http://www.wealthdaily.com/articles/investing-in-gallium/4958 afbeelding 2: UKERC Materials Handbook Gallium Dehnavi 2013: http://www2.lwr.kth.se/Publikationer/PDF_Files/LWR_EX_13_23.pdf Auteurs: Dirk-jan Michels Anneroos Renaud Jaïr Knorringa
  • 3. Kritieke materialen ‘Magnesium’ Magnesium komt in de vrije natuur enkel als onderdeel van een mineraal voor. Het reageert namelijk snel met water of lucht. Er zijn veel verschillende, rotsachtige mineralen waar magnesium in zit: dolomiet, magnesiet en serpentiet (magnesiumertsen). Volgens Wikipedia was in 1988 de productie van magnesium verdeelt als volgt: omzetting van dolomiet (42%), metaalzouten (36%), zeewater (18%) en magnesiet (4%). Het proces van produceren voor één kilo kost relatief veel energie, vergeleken met andere lichte metalen. Maar naar het volume gekeken is het energiezuiniger dan bijvoorbeeld aluminium of zink. Onder de grond zitten echter de grootste magnesiumvoorraden, in de vorm van magnesiumzout (of magnesiumchloride). Uit pekel in ondergrondse zoutlagen wordt het magnesiumzout gewonnen dat met de scheikundige methode elektrolyse omgezet wordt in magnesium. Ook in zeewater komt magnesium voor. Verder komt magnesium voor in het menselijk lichaam. De belangrijkste bronnen bevinden zich onder andere in de Verenigde Staten. China heeft de grootste voorraden maar de Verenigde Staten heeft grootste marktmacht op het gebied van verwerking van magnesiumzout. Dit is zo omdat het magnesiumzout waarschijnlijk in China uit de grond wordt gehaald en daarna verscheept naar de VS waar het verwerkt kan worden. De prijzen voor magnesium zijn relatief duur, omdat in de VS hoge importprijzen worden gevraagd voor magnesiumbronnen uit China. Nederland heeft echter ook zelf de beschikking over hoogwaardig magnesiumzout, dit wordt ook wel bischofite genoemd. In Nederland wordt het nog niet gebruikt voor het maken van magnesium maar voor vuurvaste materialen. Het winningsproces van magnesium gebeurd meestal door middel van elektrolyse of met behulp van metallothermische reductie. In 2003 waren metallothermische reductieprocessen verantwoordelijk voor 25% van de magnesiumproductie in de wereld, de andere 75% werd geproduceerd middels elektrolyseprocessen.1 Bij metallothermische reductie vindt onder hoge temperatuur ( 1000 C) een reductiereactie of waarbij (positieve) metaalionen worden omgezet in metaalatomen. Bij elektrolyse wordt MgCl2 opgesplitst in Mg en Cl. Op de website van indexmundi.com2 staat de volgende informatie over de wereldwijde productie van magnesium. Deze waarden zijn echter niet geheel plausibel omdat de productie van de VS niet is verwerkt in deze tabel. De uiteindelijke totale waarden zijn in werkelijkheid dus (vele malen) hoger. MAGNESIUM: ESTIMATED PRIMARY WORLD PRODUCTION, BY COUNTRY (Metric tons)- 1 http://nl.wikipedia.org/wiki/Metallothermische_reductie 2 http://www.indexmundi.com/en/commodities/minerals/magnesium/magnesium_t8.html Country- 2007 2008 2009 2010 2011 Brazil 18,000 15,000 16,000 16,000 16,000 Canada 16,3003 2,0003 -- -- -- China 625,000 559,000 501,000 654,000 661,000 Israel 29,6184 32,0514 19,4054 23,309r, 4 30,000 Kazakhstan 21,000 21,000 21,000 21,000 21,000 Malaysia -- -- -- -- 2,000 Russia3 37,000 37,000 37,000 37,000 37,000 Serbia 2,000 1,500 1,500 1,500 1,500 Ukraine 2,500 2,000 2,000 2,000 2,000 United States W W W W W
  • 4. --- Total 751,000 670,000 598,000 755,000r- 771,000 Over de omvang van het materiaalgebruik is weinig te vinden, alleen dat 47% van de wereldproductie door Europa wordt geïmporteerd (zie Webdictaat). Het opvallendste en tevens ook het belangrijkste eigenschap van magnesium is het bijzonder lage soortelijk gewicht. Auto-onderdelen kunnen bijvoorbeeld een stuk minder zwaar worden als zij niet van staal, maar van magnesium gemaakt worden. De kwaliteit blijft gehandhaafd. Legeringen van aluminium en magnesium worden veel gebruikt in de luchtvaartindustrie. Hier is 'lichtgewicht' immers van groot belang. Behalve de toepassing van magnesium in constructies, dient dit metaal soms ook als katalysator in biochemische reacties - en dus in de landbouw. Magnesium is namelijk een essentieel onderdeel van biologische systemen. Alle planten bevatten magnesium. Chlorofyl, de stof die ervoor zorgt dat groene bladeren zuurstof produceren, is opgebouwd met één magnesiumatoom. 3 Voor deze toepassingen van magnesium bestaan niet direct hele voor de hand liggende alternatieven. Er zou eventueel carbon of aluminium gebruikt kunnen worden om magnesium te vervangen. Doordat er vooral in de industrie die zich richt op vervoersmiddelen wordt gezocht naar lichtere materialen zal het er wellicht voor kunnen zorgen dat de vraag naar magnesium afneemt. Bij bijvoorbeeld auto’s wordt er vandaag de dag steeds meer gewerkt met het lichte carbon. Dit doen ze om het voertuig zo licht mogelijk te maken, waardoor het brandstof gebruik afneemt. In de onderstaande afbeelding4 zijn een aantal onderdelen van een auto te zien die gemaakt kunnen worden van magnesium. Deze materialen zouden in principe ook van carbonvezel gemaakt kunnen worden waardoor het gebruik van magnesium zou kunnen afnemen. Tot slot staat er op de site van het VNMI dat er onderzoek gedaan wordt om in Nederland ook omzetting van 3 http://www.vnmi.nl/index.php?page=13 informatiepagina over magnesium. 4 http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=ktn&NM=246
  • 5. magnesiumzout tot magnesium plaats te laten vinden, aangezien Noord-Nederland in het bezit is van veel magnesiumzout. Aangezien in de toekomst meer vraag zal komen naar magnesium voor de productie van lichte auto's is het erg nuttig om de voorraden in Nederland te gaan gebruiken, dit zal goed voor de economische markt zijn in Nederland, maar er moet wel eerst geïnvesteerd moeten worden. Groepje 1 Magnesium Anne Boijmans Lennert van Gestel Misiu Smits
  • 6. Platinum group materials (PGMs) Foto CC SA BY: Linksboven: 3dnews.ru, rechtsboven: Mike Beauregard
  • 7. De platinumgroep metalen is een verzamelnaam voor zes kostbare metalen met gelijkwaardige eigenschappen. Onder deze groep vallen de metalen, ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) en platinum (Pt). Platinumgroep metalen (afgekort PGMs) zijn zeer zeldzame metalen in de aardkorst. Wat zijn de belangrijkste bronnen? Waar bevinden die zich? Zo ongeveer 90% van de wereld PGM reserves liggen in Zuid-Afrika, dit land is ook wereldleider in de productie van platina. De nummer 2 wat betreft de reserves is Rusland met een aandeel van 8,7% en verder hebben de VS en Canada een klein aandeel van 1,7%.1 Wat zijn de belangrijkste kenmerken van het winningsproces? De PGMs worden vooral gewonnen uit mijnen. Er zijn twee verschillende methodes, bij de ene methode worden de ruwe erts uit mijnen gewonnen, hierbij worden er telkens een aantal gaten in een wand geboord waarna die gevuld worden met explosieven. Het gruis wordt afgevoerd en vervolgens nogmaals verfijnd, dit om de mineralen die de pgm bevatten bloot te stellen. De deeltjes worden gemixt met water en speciale reagens en er wordt lucht door het mengsel gepompt. Door de belletjes die hierbij ontstaan, drijven de deeltjes naar de oppervlakte en worden verwijderd van het sop mengsel. Dan moeten de basis metalen en de PGMs gesplitst worden. Dit wordt gedaan met zilver en goud. Deze stoffen lossen op in een bepaald middel in tegenstelling tot de basis metalen. Bij de andere methode gaat volgens de open-pit methode, hierbij wordt een enorme ‘pit’ afgegraven en worden de stukken steen afgegraven en vermalen tot gruis. Vervolgens wordt dit gruis op de zelfde manier verwerkt als bij de mijn variant hierboven.2 Wat is de omvang van het materiaalgebruik? Het mondiale verbruik in 2006 en het verwachte verbruik in 2030 door Europa staat hieronder weergeven. 3 Naast deze data is er nog specifiekere data over het gebruik van PGM’s, bij sommige metalen ontbraken echter gegevens over de vraag per regio maar voor sommige metalen was die informatie wel te vinden. Wereldwijd wordt er een grote groei verwacht. In 2013 was de vraag naar platina in Europa 55,1 ton en wereldwijd 261,9 ton. De totale vraag wereldwijd voor ruthenium in 2013 was 25,8 ton en voor iridium was 6,2 ton. De Europese vraag naar rhodium was in 2013 3,5 ton en wereldwijd 22,9 ton. De vraag naar Palladium was in 2013 60,5 ton in Europa en de totale vraag was 299,5 ton. 4 1 http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/annex-v-b_en.pdf p 153 2 http://en.wikipedia.org/wiki/Platinum_group 3 http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/report-b_en.pdf p 7 4 http://www.kitco.com/charts/livepalladium.html http://www.kitco.com/charts/livegold.html http://www.kitco.com/charts/liveplatinum.html
  • 8. De volgende grafieken geven een beeld van de vraag naar platina en palladium, uitgedrukt in geld. Ter vergelijking is ook de goudprijs weergegeven. De tijdsperiode beslaat 5 jaar en de prijzen zijn uitgedrukt in USD per ounce. 5 Het specifieke verbruik voor Nederland en Europa is niet gelukt om te specifiëren. Wereldwijd wordt er een grote groei verwacht. In 2013 was in Europa 55,1 ton en wereldwijd 261,9 ton. De totale vraag wereldwijd voor ruthenium in 2013 was 25,8 ton en voor iridium was 6.2 ton. De Europese vraag naar rhodium was 3,5 ton en wereldwijd 22,9 ton. Palladium was 60,5 ton in Europa en de totale vraag was 299,5 ton. Waarvoor wordt het materiaal gebruikt? Zijn er voor die toepassingen directe alternatieven? Platinumgroep metalen worden gebruikt voor autokatalysatoren, sieraden, katalysatoren, elektronica, glas, medische toepassingen, autotechniek en turbinebladen. Platinum en palladium wordt veel gebruikt in juwelen. Het zijn witte metalen en hebben een ‘fineness' van 950 tot 990. Dit betekend dat 950 op de 1000 delen is PGM. Even een vergelijking. 18 karaats goud heeft een ‘fineness' van 750. Deze juwelen zijn voornamelijk populair in China. Iridium en Ruthenium worden vooral gebruikt als opvuller in juwelen. Ze hebben vrijwel nooit een hoger aandeel dan 0.5%. Platinum wordt ook veel gebruikt in het maken van glas. Dit vooral omdat het niet gevoelig is voor erosie en daardoor erg lang mee gaat. Er wordt ruim 10000 kg per jaar van gebruikt. Dit glas zit in flatscreens en computermonitoren, vooral in Azië. Ook wordt het in glasvezel verwerkt. De nieuwe snelle internettechnologie. Ook verbruikt de glasindustrie ruim anderhalf duizend kg per jaar aan Rhodium. Wat zijn relevante technologische ontwikkelingen die het gebruik van dit materiaal substantieel zal verkleinen/vergroten? Er zijn geen directe alternatieven, alleen binnen de platinum groep zelf. De technologie zal substantieel vergroten voor het gebruik van de PGMs, het wordt in steeds meer elektronica gebruikt voor superconductivity. Ook de complexiteit van de elektronica zal alleen maar toenemen de komende decennia waardoor de vraag ook zal groeien voor de materialen. 5 http://www.kitco.com/charts/livepalladium.html http://www.kitco.com/charts/livegold.html http://www.kitco.com/charts/liveplatinum.html
  • 9. Bronnenlijst http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/critical/index_en.htm http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/annex-v-b_en.pdf http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/files/docs/report-b_en.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Platinum_group http://www.platinum.matthey.com/about-pgm/production http://www.platinum.matthey.com/about-pgm/production/south-africa http://www.platinum.matthey.com/publications/market-data-tables http://www.kitco.com/charts/livepalladium.html http://www.kitco.com/charts/livegold.html http://www.kitco.com/charts/liveplatinum.html
  • 10. Door Esmée Tijhuis, Jesse Bloemhof, Jolanda de Hoog, Fleur de Wit en Marijne Kramer 19/02/2014 Beryllium Productie Beryllium wordt verkregen uit berylliumertsen. De belangrijkste ertsen zijn Bertrandite, beryl, chrysoberyl en Fenakiet. 1 Kostbare vormen van beryl zijn de half edelstenen aquamarijn en smaragd. Het mineraal beryl, [Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 ] wordt geroosterd met sodiumhexafluorosilicate, Na 2 SiF 6, bij 700 °C tot berylliumfluoride dat in water oplosbaar is. Om zuivere Beryllium te krijgen, moet er nog een stap worden gedaan. Beryllium kan gemaakt worden door reductie van berylliumfluoride BeF2 met magnesium bij 1300 °C. BeF 2 + Mg  MgF 2 + Be Figuur 1, winningsproces9 Beryllium is zeldzaam en kan vooral in de aardkorst worden teruggevonden. In zeewater is er slechts een hele lage concentratie aanwezig. De berylliumertsen komen vooral uit Argentinië, India, Madagaskar, Rusland, de VS, China, Kazachstan en Brazilië. Nederland produceert geen Beryllium. De mijnen van China, Kazachstan en de VS zijn de enige mijnen die genoeg voorraad hebben om beryllium op industriële schaal te produceren.7 Een klein deel van beryllium wordt verkregen uit beryl, een stof die ook wordt gewonnen in de mijnen van Brazilië, Argentinië en andere Zuid-Amerikaanse landen. In deze mijnen bevat het gesteente 3,0 – 5,0% beryllium, maar omdat het harder is dan het gesteente in Amerika, China en Kazachstan is het lastiger dit gesteente te zuiveren.4 In de VS word beryllium vooral gewonnen uit Bertrandite. Dit is niet zo hard als beryl en komt meer aan de oppervlakte voor, dus het is een aantrekkelijke plaats om beryllium te winnen.4,6
  • 11. Kenmerken winningsproces Beryllium smaakt zoet, maar proeven word sterk afgeraden aangezien het zeer giftig is. Verder is het winningsproces van beryllium gevaarlijk, omdat de stof kankerverwekkend is. Beryllium komt bij de productie in de lucht en het water terecht. Inademing of drinken van beryllium heeft grote gevolgen. Een grote mijn in de VS is ‘Delta Plant. Om een idee te krijgen van de hoeveelheden die geproduceerd worden: ongeveer 400 ton Bertrandite en ongeveer 10 ton beryl kunnen per dag geproduceerd worden bij de ‘Delta plant’. Omvang materiaalgebruik Het wereldwijde consumptie van beryllium wordt geschat op 400 Mton. In de EU wordt maar 30 Mton gebruikt. De grootste gebruiker van beryllium in Europa is Duitsland.5 Toepassingen2,3 · Vooral in legeringen met koper wordt het element veel toegepast. Goede eigenschappen zijn dat het een goede geleider is van zowel elektriciteit als warmte, de legering is licht, sterk, stijf en hard en weerstaat corrosie en vermoeiing. Het wordt veel in de luchtvaart-, ruimte- en defensie-industrie toegepast. · Omdat beryllium een lage massadichtheid heeft, word het vaak gebruikt voor röntgenvensters van te maken. De straling word dan niet sterk geabsorbeerd, maar toch is beryllium wel sterk genoeg om het vacuümsysteem te kunnen afsluiten. · Ook wordt beryllium gebruikt als een zwakke neutronenbron, omdat neutronen vrijkomen als het word blootgesteld aan α-straling. · Beryllium vormt ook een essentieel onderdeel als een nieuw type zuiniger en veiliger brandstofstaven voor kernreactoren. · In luidsprekenconussen · Berylllium is zowel sterk als licht in gewicht. Daardoor vormt het een goed materiaal voor vleugelplatvormen in militaire diensten. · Als glasvezelkapel op de zeebodem, omdat het corrosie kan weerstaan. Technologische ontwikkelingen/alternatieven Een project van SERDP heeft een nanokristallijn koper elektrolytisch proces ontwikkeld wat op een milieuvriendelijke manier een koperlegering produceert dat de gewenste eigenschappen van koper-bellyrium bevat. Deze nano gestructureerde koperlegeringen zijn niet giftig, maar beschikken wel over de eigenschappen lichtgewicht en sterkte. Deze nieuwe techniek wordt nu al succesvol ingezet voor grote platen en hoge geleidbaarheiddraden die worden gebruikt op diverse militaire toepassingen.8 Figuur 2, stukje beryl4
  • 12. Voor de enthousiaste lezer is meer informatie over ‘Delta Plant’ te lezen op de volgende site: http://elementsunearthed.com/tag/bertrandite/ Op deze site staan filmpjes en informatie over het winnen van Bertrandite, een ruime beschrijving van de productie van Beryllium en de toepassingen ervan. Bronnen: (1)Wikipedia, beryllium http://nl.wikipedia.org/wiki/Beryllium (2)wetenschap.infonu 2013, eigenschappen en toepassingen van beryllium http://wetenschap.infonu.nl/techniek/116100-eigenschappen-en-toepassingen-van- beryllium.html (3)visionair.nl 2012, het periodiek systeem beryllium http://www.visionair.nl/wetenschap/het-periodiek-systeem-beryllium-be-nr-4-van- 118/ (4)Beryllium Science & Technology Association, Beryllium Extraction http://beryllium.eu/about-beryllium-and-beryllium-alloys/facts-and- figures/beryllium-extraction/ (5)Beryllium Science & Technology Association, Production Statistics http://beryllium.eu/about-beryllium-and-beryllium-alloys/facts-and- figures/production-statistics/ (6) Beryllium, Sources of Beryllium http://www.beryllium.com/sources-beryllium (7) rivm, 2010, Beryllium en berylliumverbindingen http://www.rivm.nl/rvs/Images/Beryllium%20en%20berylliumverbindingen%2008 %20f_tcm35-54880.pdf (8)SERDP 2013, Innovative Plating Process for Beryllium Alternatives http://www.serdp.org/News-and-Events/In-the-Spotlight/Innovative-Plating-Process- for-Beryllium-Alternatives (9) Figuur 2 http://beryllium.eu/about-beryllium-and-beryllium-alloys/facts-and- figures/beryllium-extraction/
  • 13. Werkcollege 2: Kritieke materialen Wietse Kruijsse Fuuk van der Scheer Duco Slooff Figure 1: Productie van Idium Indium Bronnen Wereldwijd is er een voorraad van 6000 ton Indium, wat economisch rendabel is om te winnen. Indium bevindt zich voor het grootse gedeelte in zink-. ijzer, koper-, looderts Los Indium is gevonden in Rusland en ook een beetje in Siberië.1 China is de grootste producent van Indium. China produceert 60-80 % van de wereldwijde vraag. Dit is best logisch aangezien er in China veel fabrieken staan om chips en LCD schermen te produceren. En in deze producten wordt Indium veel gebruikt. Doordat China de grootste producent is van Indium heeft zij veel invloed op de prijs van Indium. Volgens kennislink is de beperkte beschikbaar mede dankzij China, die de export van Indium beperkt en zo ook de prijs opdrijft van Indium. Winningsproces Indium wordt meestal gewonnen als bijproduct. Verschillende soorten erts zoals zink, ijzer, lood en koper. Uit 1 ton zin wordt bijvoorbeeld ongeveer 28 gram Indium gevonden. Eerst wordt het algemene proces van erts uitgevoerd. De erts wordt gedolven en gesmolten. Aan het eind kunnen bijproducten uit het mengsel gehaald worden. Indium kan uit een zoutoplossing gewonnen worden door te schudden met een chloroformoplossing. Vervolgens wordt door middel van elektrolyse de indium eruit gehaald, doordat dit neerslaat. 1 http://www.lenntech.com/periodic/elements/in.htm
  • 14. Werkcollege 2: Kritieke materialen Wietse Kruijsse Fuuk van der Scheer Duco Slooff Toepassingen materiaal 2 In WO II werd Indium gebruikt als coating voor lagers van hele goede vliegtuigen. Vanaf 1950 werd Indium gebruikt in legeringen en als soldeermateriaal. In 1980 werd Indium fosfaat ontwikkeld en werden er semiconductoren en Indium-tinoxide gebruikt om LCD displays te ontwikkelen. Verder wordt Indium gebruikt om de smelttemperaturen van stoffen te verlagen3 en om als lichtfilter in natrium lampen. In figuur 1 is de productie te zien wereldwijd van Indium. De vraag stijgt echt bijna exponentieel vanaf 1980.4 Dus dat is sinds het gebruik van Indium in LCD displays. Directe alternatieven voor die toepassingen? Er is wel een ontwikkeling gaande om de schaarste middelen te vervangen door minder schaarse middelen zoals ijzer, aluminium, natrium, kalium en calcium. Dit kan het materiaalverbruik verkleinen. 5 Onderzoekers van Max Planck denken binnenkort een alternatief te hebben, dit zal het metaal grafeen moeten zijn. Daarnaast zijn er ook exportbeperkingen voor China ingesteld om het materiaalverbruik van Indium te beperken. Relevante technologische ontwikkelingen materiaalverbruik verkleinen/vergroten? Tegenwoordig zijn zonnepanelen een enorme hype om groene stroom op te wekken. Alleen voor het produceren van zonnecellen is silicium, indium, cadmium, telluur nodig. Om aan de globale energieconsumptie te voldoen met zonnecellen is er enorm veel Indium nodig. De globale voorraad van indium is slechts één procent van de benodigde hoeveelheid om deze zonnecellen te maken6 . Hierdoor ontstaat er steeds meer schaarste. Vooral nu er een nieuw techniek is ontwikkeld voor de zonnecellen (dunne-film zonnecellen) en in deze nieuwe techniek wordt juist Indium gebruikt. Dus als deze techniek zal gaan groeien en in massaproductie gaat heeft dit veel effect op de voorraad Indium. Hergebruik van Indium is ook een goede oplossing. Op dit moment is de recycling markt veel groter dan de productiemarkt. In VS hebben technologie ontwikkeld om Indium te herbruiken, alleen deze techniek is nog efficiënt genoeg. Door research moet uiteindelijk een efficiëntie van 60-65 procent behaald worden.7 2 http://en.wikipedia.org/wiki/Indium 3 http://www.webelements.com/indium/ 4 U.S. Geological Survey, 2013, http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140 5http://www.peakoil.nl/2007/12/20/duurzame-energie-doorbaken/ 6https://www.milieudefensie.nl/publicaties/down-to-earth-magazine/artikelen/driegend-metaaltekort-voor- duurzame-energie 7 www.smg-indium.com/marktet.html
  • 15. Metallothermische reductie vindt plaats onder hoge temperaturen (rond 1000 O C). Dit is een chemische reductiereactie. In het geval van Het kritieke materiaal magnesium Bronnen van magnesium Magnesium wordt alleen gewonnen als mineraal. Dit gebeurt veel in de zee, en op landoppervlak met name in China, Canada, VS en Rusland12 . De productie van zuiver magnesium vindt dus ook vooral plaats in deze landen. Zuiver magnesium kan uiteindelijk overal geproduceerd worden, want daar zijn bepaalde installaties voor nodig. Maar omdat je wel de mineralen nodig hebt die veelal uit de bovengenoemde drie landen komen, is Europa toch afhankelijk van andere landen. Dit is een van de redenen waarom magnesium een kritiek materiaal is voor de EU. In figuur 13 zie je vanuit welke materialen zuiver magnesium voornamelijk gewonnen wordt. Figuur 1Bronnen Magnesium Kenmerken winningsproces Magnesium komt niet als vrije stof in de natuur voor dit komt doordat het zeer gemakkelijk reageert met waterstof en zuurstof. Het is dus alleen te vinden als onderdeel van een mineraal. Om zuiver magnesium te krijgen moet dit dus gescheiden worden dat kan op twee manieren. Uit MgCl2 (via elektrolyse) of uit MgO (via metallothermische reductie)4 . Bij elektrolyse wordt een stof onder invloed van elektrische stroom gesplitst in twee verschillende stoffen. Hier worden dus magnesium en chloor gescheiden5 . Hoe dit gaat is weergegeven in figuur 2. magnesium speelt de stof FeSi een belangrijke rol in deze reductiereactie6 . De metallothermische reducties zijn goed voor zo’n 25% van de totale productie, en de elektrolyse voor de overige 75%. Omvang materiaal gebruik Wereldwijd werd in 2002 1,8 miljoen ton magnesium geproduceerd. Dit zal ongetwijfeld niet exact overeenkomen met het verbruik, maar geeft wel een indicatie. Recentere gegevens of specifiekere gegevens over bijvoorbeeld de EU of Nederland bleken onvindbaar. Toepassingen & alternatieven Het bijzondere aan magnesium is dat het zeer licht maar toch sterk is. Om deze reden is het een zeer gewild materiaal binnen de auto- en vliegtuigindustrie. Ook binnen de markt van de communicatie- 1 http://ec.europa.eu/enterprise/policies/raw-materials/critical/index_en.htm 2 http://www.intlmag.org/magnesiumbasics/where.cfm 3 http://www.empr.gov.bc.ca/Mining/Geoscience/IndustrialMinerals/Documents/Magnesium.pdf 4 http://nl.wikipedia.org/wiki/Magnesium 5 http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrolyse 6 http://www.vnmi.nl/index.php?page=13 Figuur 2 Elektrolyse van Magnesium
  • 16. onderdelen is het materiaal gewild voor laptop- en telefoononderdelen en het wordt vaak gebruikt in bijvoorbeeld grasmaaimachines en schrijfmachines. Een andere toepassing is dat magnesium gebruikt wordt in legeringen met bijvoorbeeld aluminium. Daarnaast is magnesium ook zeer populair als voedingssupplement7 , maar ik denk niet dat dit de reden is dat het een kritiek materiaal is; het woord materiaal zegt eigenlijk al genoeg. Bovendien kun je magnesium binnenkrijgen als mineraal. Het is lastig om rendabele alternatieven voor magnesium te vinden. Dit komt doordat het een zeer licht materiaal is dat toch heel sterk is. Door het grote gebruik van magnesium en het feit dat de Europese Unie niet zelf magnesium kan leveren maar dit moet kopen van landen zoals China, Rusland en Canada is magnesium een kritiek materiaal. Technologische ontwikkelingen In Australië is een groot onderzoek aan de gang naar magnesium. Omdat er momenteel zoveel maatschappelijke druk is om zo min mogelijk brandstof te verbruiken is magnesium zeer interessant. Men probeert hier voornamelijk kosten te verminderen in het productieproces van zuiver magnesium. Deze kostenreductie zou het materiaal nog gewilder maken. Een andere technologische ontwikkeling is bijvoorbeeld de auto-industrie, maar wel op een ander gebied. Er is bijvoorbeeld één auto van Toyota. Zij hebben voor elektrische auto’s een batterij op basis van magnesium uitgevonden die zowel goedkoper als krachtiger kan worden dan de huidige lithium-ion batterij die wordt gebruikt in elektrische auto’s. Ook dit zal de vraag naar magnesium alleen maar doen toenemen89 . 7 https://www.google.nl/#q=magnesium 8 http://www.alurvs.nl/aluminium/artikelen/702/ 9 http://www.magnesium-technology.com/nl/projecten