Crater-Lake-Projekt: Sicherstellung der Versorgung mit Scandium

Scandium (Sc) ist ein relativ unbekanntes Element mit großem Zukunftspotenzial, denn wenn es mit Aluminium legiert wird, um eine sehr hochfeste und leichte Legierung herzustellen, wird es viele potenzielle neue Anwendungen bieten. Es wird erwartet, dass Scandium-Aluminium-Legierungen in Zukunft 40 % des Verteidigungsbedarfs und 60 % des zivilen Bedarfs an Legierungen decken werden.

Scandium ist ein Element der Gruppe 3, das in ähnlichen geologischen Umgebungen wie seltene Erden und Yttrium in alkalischen Intrusivgesteinen vorkommt. Es wird jedoch selten auf ein Niveau konzentriert, das eine einfache Gewinnung als primäres Mineralrohstoff ermöglicht. Typische Konzentrationen liegen unter 100 ppm Scandiumoxid (Sc2O3) in der Größenordnung von einigen 10 ppm. Der größte Teil der derzeitigen Produktion kommt von dort, wo es als kleineres Nebenprodukt des Abbaus von Seltenen Erden oder Titan gewonnen werden kann. Allerdings hat die Imperial Mining Group (IPG:TSXV) im Norden Quebecs eine ungewöhnliche Ressource seltener Erden namens Crater Lake entdeckt, die in Ferrosyenit gelagert ist und außergewöhnlich hohe Scandiumkonzentrationen in der Größenordnung von 300 ppm Sc2O3 zusammen mit 0,35 % Gesamtoxiden seltener Erden (TREO) enthält ) plus Yttrium.

Das Bewusstsein für das Potenzial von Scandium-Aluminium-Legierungen für den Leichtbau in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Militär und Automobil wächst stetig, insbesondere aufgrund der weltweiten Bemühungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen und der Transportkosten. Eine 20-prozentige Gewichtsreduzierung einer Boeing 787 führte zu einer Verbesserung der Treibstoffeffizienz um 10 bis 12 %. Ein Airbus A350 besteht zu 53 % aus leichtem Verbundwerkstoff; Der A350 stößt 25 % weniger CO2-Emissionen aus als die Flugzeuge der Vorgängergeneration. Scandium-Aluminium-Legierungen sind auch für die Gewichtsreduzierung von Elektrofahrzeugen (EVs) unerlässlich. Dadurch wird die Batteriereichweite in Elektrofahrzeugen erhöht und die Kraftstoffeffizienz bei Verbrennungsmotoren verbessert.

Scandium-Aluminium-Legierungen sind in diesen Anwendungen eine gute Alternative zu anderen Legierungen und wären kostenmäßig konkurrenzfähig sowohl zu Kohlenstoffverbundwerkstoffen als auch zu Titanlegierungen, die in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden, da das Material 40 % leichter und billiger in der Herstellung ist (um den Faktor 10). dennoch gleichwertige mechanische Festigkeitseigenschaften liefern.

Zu den potenziellen Automobilanwendungen gehören Fahrwerksteile, Gehäuse von Elektromotoren, Batterieträger für Elektrofahrzeuge, Wasserstofftanks, Crashkomponenten, Aufhängungsteile, Motorblöcke, Schweißmatrixmaterial, Radnaben, Leichtmetallfelgen, Räder von Nutzfahrzeugen, Rumpfkomponenten und Schweißmatrix für die Flugzeugmontage als Ersatz für Nieten, zerstäubte Pulver zur Verwendung in der additiven Fertigung (AM). Der Ausbau von Festoxid-Brennstoffzellentechnologien würde auch von einer erhöhten Verfügbarkeit von hochreinem Scandiumoxid profitieren.

Die besten Einsatzmöglichkeiten von Scandium-Aluminium-Legierungen im Verteidigungsbereich bestehen darin, hochfeste Stahlpanzerungen in militärischen Plattformen (Panzer, Personentransporter, Schiffe, persönlicher ballistischer Schutz) und Titanlegierungen in Luft- und Raumfahrtqualität (Kampfflugzeuge) durch Scandium-Aluminium-Legierungen mit Fließgrenze zu ersetzen , Zug- und ballistischer Schutz mit gleichen Festigkeitseigenschaften, aber 1/3 des Gewichts von Stahl und 40 % weniger Gewicht als Titan. Aber Scandium-Aluminium-Legierungen sind immer noch ein kleiner Nischenmarkt. Das weltweite Angebot und der Verbrauch von Scandium betrugen bisher nur etwa 15 bis 20 Tonnen pro Jahr. Laut dem 5-Jahres-Durchschnitt (USGS) des US Geological Survey schwankte sein Preis in den letzten fünf Jahren um etwa 4.000 US-Dollar pro Tonne, und es gibt keine Hinweise auf staatlich geförderte Vorräte an Scandium irgendwo auf der Welt.

Bisher waren Großanwender in der Luftfahrt-, Automobil- und Militärbranche zurückhaltend bei der Einführung von Scandiumlegierungen, da es an einer langfristigen, nachhaltigen Scandiumversorgung zu einem attraktiven Preis mangelte. Da Scandiumoxid immer noch nur als Nebenprodukt anderer Mineralraffinierungsprozesse anfällt, ist es weiterhin knapp.

Die Imperial Mining Group ist nun gut aufgestellt, um eine neue Versorgung mit Scandiumoxid aus ihrer Crater-Lake-Ressource zu schaffen, die mittlerweile 20 Millionen Tonnen übersteigt, und mit der Veröffentlichung ihrer positiven vorläufigen wirtschaftlichen Bewertung (PEA) für den zu 100 % unternehmenseigenen Krater im Juni 2022 Lake Project ist IPG gut positioniert, um eine neue Versorgung mit Scandiumoxid zu einem angemessenen Preis zu schaffen. Scandiumoxid wird konservativ mit 1.500 US-Dollar/kg modelliert, basierend auf einem Abschlag von 61 % auf den 5-Jahres-Durchschnitt des US Geological Survey (USGS). Die Scandium-Aluminium-Vorlegierung wird mit 204,00 $/kg berechnet, was einem Rabatt von 40 % auf den 5-Jahres-Durchschnitt des USGS entspricht. Unter Verwendung dieser konservativen Preisannahmen liegt der Kapitalwert des Projekts bei einem Abzinsungssatz von 10 % bei knapp 3 Milliarden kanadischen Dollar und einem IRR (nach Steuern) von 32,8 %. Die anfänglichen Investitionskosten werden auf 870,9 Mio. CA$ geschätzt, mit einer Amortisationszeit von 2,5 Jahren.

Angesichts der Tatsache, dass die Prognosen von Imperial zu diesen Preispunkten eine hervorragende Rentabilität zeigen, möchte das Unternehmen der Notwendigkeit Rechnung tragen, den Preis für Scandiummetall wettbewerbsfähig zu machen. Ebenso prognostiziert Imperial auf Grundlage der aktuellen Ressourcenbasis eine Minenlebensdauer von mindestens 25 Jahren. Die Produktion wird voraussichtlich 110 Tonnen Scandiumoxid, 57.298 Tonnen Scandium-Aluminium-Vorlegierung (hergestellt aus 1.146 Tonnen Scandiumoxid, was 91 % der Scandiumoxidproduktion ausmacht) und 23.578 Tonnen gemischtes Karbonatkonzentrat aus seltenen Erdelementen betragen. Während seltene Erden nicht das Hauptanliegen des Crater-Lake-Projekts sind, stärkt ihre gemeinsame Gewinnung die Wirtschaftlichkeit des Projekts. Dennoch reicht die im September 2021 gemeldete Ressourcenschätzung für das Projekt bei der in der PEA angenommenen fiktiven Produktionsrate für mindestens 45 Produktionsjahre aus.

Die PEA von Imperial sieht auch die Legierung von Scandium-Aluminium (2 % Sc) durch Co-Elektrolyse in einem Verfahren vor, das dem Hall-Héroult-Verfahren zur Herstellung von Primäraluminiummetall ähnelt. Imperial hofft, ein bedeutendes neues Scandiumangebot zu schaffen, das das derzeitige Angebotsdefizit überbrücken und zu einer höheren künftigen Produktion führen wird, da die Nachfrage nach Scandium-Aluminium-Legierungen steigt.

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