Reevaluarea unor resurse de materii prime critice din depozitele de skarn din România ca premiză a dezvoltării autohtone de materiale avansate
Responsabil proiect: CS I Dr. Ștefan MARINCEA
Descriere
Comunicatul COM/2020/474 al Comisiei Europene (Critical raw materials resilience: charting a path towards greater security and sustainability) plasează boraţii, magneziul şi wolframul între mineralele critice pentru spaţiul european, făcând ca existenţa unor depozite ale acestora în depozitele de skarne din România să devină un atu pentru dezvoltare. Cercetările recente au demonstrat fezabilitatea extragerii borului din boraţi fero-magnezieni de tipul ludwigitului, dar şi importanţa folosirii boraţilor magnezieni, stabili în raport cu cei lagunari care constituie baza depozitelor de boraţi exploatate în prezent, ca dopant în betoanele ecranante de neutroni. Expansiunea cererii de conducte şi cabluri submerse a condus la o cerere nemaiîntâlnită de magneziu metal, fără de care nu se poate imagina sudura subacvatică. A crescut necesarul de W datorită utilizării sale extinse în oţelurile înalt aliate şi drept carbură de W, imperios necesară pentru ajutajele rachetelor. Sunt tot atâtea argumente pentru iniţierea unui studiu extins asupra depozitelor de skarn din România care conţin aceste minerale/metale. Studiul propus are ca obiectiv caracterizarea paragenetică, mineralogică, cristalochimică, din punct de vedere a proprietăţilor fizice, termice şi vibraţionale a unor boraţi magnezieni (ludwigit, szaibelyit, kotoit, fluoborit, suanit, pertsevit), oxizi de magneziu (periclaz, brucit) şi wolframaţi (scheelit, hidrotungstit) pentru facilitarea studiilor de preparare şi reducerea costurilor aferente. Se au în vedere studii asupra boraţilor magnezieni de la Cacova Ierii, Maşca Băişoara, Ocna de Fier, Băiţa Bihor şi Pietroasa, a marmurelor cu brucit de la Budureasa şi Pietroasa (Măgura Guranilor), a depozitelor de scheelit de la Băiţa Bihor, Oraviţa, Ciclova şi Valea Mraconia. Studiul propus răspunde unor preocupări mai vechi ale instituţiei, ca şi implicării sale în tematicile europene grupate în proiectul EP-GSEU, în derulare. El va beneficia de colaborări în curs cu parteneri din Belgia (Université de Liège), Statele Unite (Rice University, Texas) şi Franţa (Ecole Nationale Supérieure des Mines – Saint Etienne) constituindu-se ca temă suport pentru reambularea temei de colaborare ştiinţifică bilaterală între România şi Regiunea Wallonă din Belgia (tema 4 BM/2021). Studiul va avea în acelaşi timp un intens caracter formaţional, întrucât îşi propune asigurarea logisticii pentru două teze de doctorat şi un masterat dedicate domeniului.
Obiective
Cercetarea va fi orientată spre studiul cristalochimic, cristalografic, de politipie, de comportament termic, Raman şi IR al unor minerale din grupul tungstaţilor, boraţilor magnezieni, oxizilor de Mg dar şi al unor minerale paragenetice sau asociate. Efectuarea de vârste Re-Os pe molibdenit (cu resurse exterioare proiectului) va contribui la stabilirea epocii metalogenezei, premiză esenţială în orientarea explorării. Silicaţii calcici şi carbonaţii asociaţi vor fi de asemenea investigaţi, pentru a se stabili procedeul optim de separare. Rafinamentele structurale, analizele termice şi spectrometrice ale mineralelor din aceste grupuri sunt de multe ori rare în literatură, lipsa de informaţie îngreunând procesarea mineralurgică. Principalele obiective ale proiectului sunt: (1) caracterizarea depozitelor din punct de vedere mineralogic, geochimic şi al cristalografiei mineralelor componente; (2) determinarea proprietăţilor cristalografice şi fizice ale compuşilor de W, B, Mg şi corelarea lor cu chimismul acestora, în scopul de a facilita ameliorarea tehnologiilor de procesare; (3) compararea cristalochimiei, proprietăţilor fizice şi cristalografiei compuşilor analizaţi cu caracteristicile similare ale mineralelor analoage disponibile în colecţiile Muzeului Geologic Naţional şi Litotecii Naţionale; (4) dezvoltarea pachetelor analitice specifice (microscopie electronică, difracţie de raze X în pulberi, spectrometrie de absorbţie în IR şi spectrometrie Raman) pentru diagnosticarea rapidă şi identificarea fazelor de alterare din depozitele de scheelit, boraţi, brucit – periclaz, care sunt în general ignorate; (5) determinarea structurii cristaline a unor minerale noi, de mare interes academic; (6) dezvoltarea unui model genetic pentru fiecare depozit, (7) determinarea structurilor cristaline ale unor minerale cu conţinut de elemente critice; (8) asigurarea premizelor pentru asigurarea participării membrilor echipei de cercetare la congrese şi simpozioane de profil; (9) asigurarea suportului logistic pentru masterate şi doctorate în curs şi pentru activităţi de cooperare internaţională; (10) stabilirea premizelor pentru preconcentrarea/concentrarea în vederea preparării a unor minerale precum szaibelyitul, brucitul, kotoitul, ludwigitul, scheelitul; (11) stabilirea premizelor pentru folosirea unor boraţi magnezieni precum kotoitul şi szaibelyitul ca minerale industriale.
Cercetările recente au demonstrat fezabilitatea extragerii borului din boraţi fero-magnezieni de tipul ludwigitului, dar şi importanţa folosirii boraţilor magnezieni, stabili în raport cu cei lagunari (care constituie baza depozitelor de boraţi exploatate în prezent), ca dopant în materiale absorbante de neutroni. Nu a fost încă investigată posibilitatea utilizării szaibelyitului ca fibră-suport pentru tencuieli, în calitate de substituent al azbestului crisotilic, iar studiul de faţă îşi propune să evidenţieze caracteristicile specifice care ar permite aceasta. În privinţa capacităţii borului de absorbant de neutroni, este cunoscută capacitatea sa de a absorbi neutronii, în cursul fisiunii atomice, fapt care controlează rata reacţiei de fisiune, putând să o încetinească sau chiar să o stopeze fără a fisiona el însuşi. Utilizarea unor boraţi stabili, precum cei magnezieni, în „betoanele grele” cu baritină, nu a fost încă, după cunoştinţele noastre, investigată.
În privinţa W, rolul său în oţelul aliat folosit ca suport al turbinelor eoliene, sau în carbura de W folosită ca material compozit în cadrul ajutajelor rachetelor, dar şi al turbinelor bazate pe combustia de hidrogen, îl fac indispensabil pentru industriile europene şi l-au transformat într-un material strategic, interzis exportului în afara UE, dar şi într-un material important pentru energie. Europa produce doar 2 % din W necesar diferitelor industrii (circa 1 % prin Portugalia şi circa 1% prin Austria) şi consumă 6 % din producţia mondială!
Rolul Mg în industriile europene a fost multă vreme subestimat şi redus la utilizarea în industria materialelor refractare (ex. şamote de furnal) a oxizilor de magneziu. Mai nou, s-a dovedit a fi, prin proprietăţile sale, un material foarte important pentru energie: de trei ori mai uşor ca aluminiul, magneziul este indispensabil ca ingredient în aliajele folosite pentru palele turbinelor eoliene; proprietatea sa de a arde în atmosferă anoxică cu un puternic efect exoterm îl face indispensabil pentru sudura subacvatică, deci pentru dezvoltarea pipe-line-urilor. Folosirea procedeului de obţinere a Mg din calcare brucitice practicat de China, cel mai mare producător mondial, anume dezoxidarea silicotermică, poate oferi o soluţie de valorificare pentru importantul depozit de la Budureasa, prospectat în al optulea deceniu al secolului trecut.
Fezabilitatea proiectului propus este ridicată, întrucât: (1) se bazează pe un sistem de acorduri ferme de cooperare cu unităţi de învăţământ superior din Franţa (Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne), Belgia (Université de Liège), Statele Unite (Rice University, Huston) şi Germania (Ruhr Universität, Bochum), şi pe utilizarea unei tehnici analitice deja cunoscute de o parte dintre participanţii români la proiect datorită stagiilor anterioare la parteneri; (2) are ca fundament logistica în expansiune a Institutului Geologic al României, angajator al tinerilor participanţi la proiect (masteranzi, doctoranzi); (3) se bazează pe rezultate preliminare încurajatoare; (4) se înscrie într-o linie definită ca prioritară de Comisia Europeană şi va contribui, în caz de finanţare, la cofinanţarea tematicii stabilite de proiectul Orizont Europa cu acronim GSEU (Geological Service for Europe – grant agreement No. 101075609), de tip Coordination and Support Action, şi de tematica consorţiului EIT Raw Materials la care instituţia coordonatoare este partener asociat, alături de totalitatea serviciilor geologice din Europa respectiv alături de alte 114 entităţi academice, de învăţământ şi de producţie minieră şi metalurgică din Europa; (5) are ca fundament, alături de eşantioanele care vor fi prelevate, eşantioane omoloage din colecţiile de valoare inestimabilă ale Muzeului Geologic Naţional; (6) se bazează pe colaborarea cu Universitatea din Bucureşti şi cu Academia Română, care, prin prin şcolile doctorale de specific, sunt cei mai mari formatori naţional de resursă umană calificată în domeniul geonomic, dar şi pe parteneriate, acorduri ferme de colaborare şi planuri de învăţământ comune cu instituţiile partenere din străinătate; (7) are ca premiză formarea de specialişti de interfaţă (mineralogie teoretică – mineralogie aplicată) într-un domeniu prioritar pentru angajator, Institutul Geologic al României; (8) se bazează pe experienţa unor echipe de specialişti cu certă vizibilitate internaţională; (9) are ca premiză folosirea certă a resursei umane nou calificate, încadrată cu contract de muncă pe perioadă nedeterminată de instituţia coordonatoare; (10) se bazează pe parteneriate în curs cu beneficiari direcţi ai unei părţi din rezultatele cercetării, care au deja sau au solicitat licenţe de explorare/exploatare la Băiţa Bihor (Vast Resources, S.C. Băiţa Bihor SA).
REZULTATE
