Een ijzerertsmijn van Vale in Carajas (afb: NASA)

Jaarlijks verbruikt de wereld ongeveer 50 miljard ton zand, grind en steenslag. De verbazingwek-kende omvang van deze vraag is moeilijk te bevatten. Het is het meest door mensen gebruikte vaste materiaal. De vraag zal verder toenemen. Nu al veroorzaakt de winning van zand en grind uit rivieren, meren, stranden en oceanen op veel plaatsen een milieucrisis. Mijnafval zou een goed alternatief kunnen zijn, betogen Daniel Franks van de universiteit van Queensland (Aus) en collega’s. Niks staat (her)gebruik van afval in de weg, stellen ze.
Zand vernieuwt zich op natuurlijke wijze, maar in veel regio’s raken de natuurlijke zandvoorraden veel sneller uitgeput dan ze kunnen worden aangevuld. Woestijnzand heeft vaak korrels die te rond zijn voor gebruik in de bouw en woestijnen liggen meestal ver van steden, terwijl zandalternatieven die worden gemaakt door het breken van gesteente veel energie en kwalijke emissies veroorzaken.
Aan de andere kant wordt er in de mijnbouw elk jaar miljarden tonnen van dezelfde mineralen verpulverd en als afval weggegooid. In omvang is mijnbouwafval de grootste vorm van afval die mensen produceren.

Het onderzoek van Franks c.s. heeft uitgewezen dat bedrijven die metalen delven meer uit hun ertsen kunnen halen door mijnbouwafval ook te verwerken tot zand. Dat zou twee problemen in één keer oplossen: het gebruiken van mijnbouwafval en verminderen van de zandwinning.
De metaalsulfiden, -oxiden en -carbonaten die kunnen worden omgezet in ijzer, koper en andere metalen vormen slechts een klein deel van de enorme hoeveelheden erts die moeten worden verwerkt om daar die metalen uit te halen.
Jaarlijks produceert de wereld ongeveer 13 miljard ton aan mijnbouwafval, het gemalen gesteente dat overblijft nadat waardevolle metalen zijn gewonnen en nog eens 72 miljard ton afvalgesteente dat is opgeblazen om de ertslagen te kunnen blootleggen maar niet is vermalen. Kortom mijnbouw is een nogal verspillende bezigheid (zoals veel menselijke activiteiten).

Al tientallen jaren wordt gepleit voor (her)gebruik van dit afval, maar tot op heden gebeurt dat nauwelijks. In de afgelopen 25 jaar zijn er meer dan 18 000 onderzoeksartikelen over dit onderwerp , verschenen, maar slechts een handjevol mijnen heeft manieren gevonden om dat afval te hergebruiken en te verkopen.
Dat komt eensdeels doordat dat ‘afval’ zelden aan de strikte specificaties voldoet voor bouwmaterialen, zoals de grootte van de deeltjes, de minerale samenstelling en de duurzaamheid. Daarnaast kan dat afval gevaarlijke stoffen bevatten. ​​Dat maakt overheden en consumenten schichtig om dit materiaal te gebruiken in huizen en de gebouwde omgeving.

Oplossing?

Geen van beide problemen is onoverkomelijk, betogen de onderzoekers: maak zand rechtstreeks van erts.
Het omzetten van gesteente in metaal is een complex, meerstapsproces dat verschilt per type metaal en per type erts. Na het breken worden de mineralen in het erts doorgaans gescheiden door middel van flotatie, waarbij de metaalhoudende sulfidemineralen zich hechten aan kleine belletjes die omhoog drijven door het slib van gesteente en water.

In dit stadium wordt overgebleven erts normaal gesproken gescheiden om als afval te worden afgevoerd. Als het erts verder wordt verwerkt, bijvoorbeeld door het in een cycloon rond te slingeren, kunnen onzuiverheden worden verwijderd en kan de juiste deeltjesgrootte en -vorm worden bereikt die voldoen aan de specificaties voor zand, stellen de onderzoekers.
Dit is niet louter theorie, betogen ze. In de ijzerertsmijn Brucutu in Brazilië produceert het mijnbouwbedrijf Vale al jaarlijks een miljoen ton ertszand. Het zand wordt gebruikt voor de aanleg van wegen, de productie van bakstenen en beton.

Eigenlijk is die praktijk voortgekomen uit een tragedie. In 2015 en 2019 stortten de dammen in die waren gebouwd om afval van twee van Vales ijzerertsmijnen op te slaan, wat dodelijke modderstromen veroorzaakte. Honderden mensen kwamen daarbij om het leven, waaronder veel werknemers van het bedrijf. De gevolgen voor het milieu zijn nog steeds zichtbaar.

In een reactie op dit drama hierop financierde het bedrijf onderzoekers (zoals die van Franks c.s.) om manieren te vinden om de afhankelijkheid van afvaldammen te verminderen door betere alternatieven. Daarna onderzochten ze ook de mogelijkheid om ertszand te maken van andere soorten minerale ertsen, zoals koper en goud.
Ze zouden met succes proeven uitgevoerd in de koper-goudmijn Cadia in Newmont (Aus). Hier zouden ze met behulp van innovatieve methoden een grover ertszand geproduceerd dat minder vaak gemengd hoeft te worden met ander zand.

Nabijheid

Ertszandverwerking is het zinvolst voor mijnen die zich dicht bij steden bevinden. Uit  eerder onderzoek zou al gebleken zijn dat bijna de helft van het zandverbruik ter wereld plaatsvindt binnen 100 kilometer van een mijn die zowel ertszand als metalen kan produceren. Ertszand kan worden geproduceerd met een lager energieverbruik en lagere koolstofemissies dan de winning van conventioneel zand. Volgens de onderzoekers staat niks het (her)gebruik van mijnafval in de weg anders dan conservatisme (“We hebben dat nog nooit zo gedaan.”).

Bron: phys.org