Καίσιο: Ένα σπάνιο στοιχείο με τεράστιες δυνατότητες για χρήση σε καινοτόμες τεχνολογίες

Το καίσιο (Cs) ανακαλύφθηκε το 1860 και οι αρχικές του εφαρμογές ήταν ως ιοντοανταλλάκτης για λυχνίες κενού και σε φωτοηλεκτρικά κύτταρα αλλά σε περιορισμένη κλίμακα. Από το 1967, το καίσιο χρησιμοποιείται ευρέως σε ατομικά ρολόγια υψηλής ακρίβειας.

Η κύρια πηγή του καισίου είναι ο αργιλοπυριτικός ζεόλιθος πολλουσίτης (pollucite) με χημικό τύπο (Cs,Na)₂Al₂Si₄O₁₂·2H₂O, ένα σπάνιο ορυκτό που εντοπίζεται μόνο σε πηγματίτες λιθίου. Το καίσιο είναι ένα ελάχιστα γνωστό αλκαλικό στοιχείο με τεράστιες δυνατότητες για χρήση σε καινοτόμες εφαρμογές, ιδιαίτερα στον τομέα της αεροδιαστημικής.

Ως το πιο ηλεκτροθετικό φυσικώς απαντώμενο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα (εκτός από το συνθετικό φράγκιο), το καίσιο σχηματίζει εξαιρετικά σταθερές ενώσεις. Η πιο γνωστή εμπορική του εφαρμογή είναι το μυρμηκικό καίσιο (CsCO₂H, caesium formate), ένα ρευστό υψηλής πυκνότητας με το ίδιο ιξώδες με το νερό αλλά 2,2 φορές πιο πυκνό. Χρησιμοποιείται ως ψυκτικό και λιπαντικό σε γεωτρήσεις εξόρυξης πετρελαίου και αερίου υψηλής πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας. Είναι φιλικό προς το περιβάλλον και μπορεί να ανακυκλωθεί εύκολα.

Οι ενώσεις καισίου έχουν επίσης εφαρμογές ως καταλύτες στον τομέα των πλαστικών και της διύλισης πετρελαίου, σε ιατρικά ισότοπα, συσκευές φωτοεκπομπής, ατομικά ρολόγια υψηλής ακρίβειας για επικοινωνίες 5G και συστήματα πλοήγησης GPS, ειδικά γυαλιά, κινητήρες πυραύλων ιοντικής πρόωσης, αλκαλικές μπαταρίες υψηλής πυκνότητας και επικαλύψεις για ηλιακά panel.

Το καίσιο είναι επίσης ευρέως γνωστό σε ιατρικές εφαρμογές, με κύρια από αυτές τα τεχνητά παραγόμενα ραδιενεργά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία διαφόρων τύπων καρκίνου. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δέσμευση αυτών των ραδιοϊσοτόπων και άλλων ραδιενεργών αποβλήτων.

Ο μόνος σημαντικός παραγωγός πολλουσίτη στο παρελθόν ήταν το ορυχείο Tanco στη λίμνη Bernic στη Manitoba του Καναδά. Το ορυχείο διέθετε ένας μεγάλο κοίτασμα με ζώνες πηγματίτη λιθίου-ταντάλου-καισίου και αναπτύχθηκε αρχικά για το ταντάλιο. Κατά τη δεκαετία του 1970 ανακαλύφθηκε μια μεγάλη υποζώνη που περιείχε κυρίως πολλουσίτη.

Εκείνη την εποχή, δεν υπήρχε σημαντική ζήτηση για καίσιο. Ωστόσο, οι ιδιοκτήτες του ορυχείου συνειδητοποίησαν ότι το στοιχείο είχε πολλές δυνατότητες που απαιτούσαν περισσότερη έρευνα για πιθανές νέες εφαρμογές. Για να υποστηρίξουν αυτή την έρευνα, η εταιρεία που διαχειριζόταν το ορυχείο παρείχε δωρεάν δείγματα πολλουσίτη σε οποιοδήποτε ερευνητικό εργαστήριο ενδιαφερόταν να βρει νέες χρήσεις για το καίσιο, δημιουργώντας νέες ευκαιρίες στην αγορά για την Tanco. Ένα από τα νέα υλικά που απέφερε η εν λόγω ερευνητική δραστηριότητα ήταν το μυρμηκικό καίσιο.

Το 1993 το ορυχείο της Tanco αγοράστηκε από την Cabot Corporation. Κατά τη διετία 1996-1997, η νέα ιδιοκτησία κατασκεύασε ένα νέο εργοστάσιο μυρμηκικού καισίου στην ίδια τοποθεσία, το οποίο σχεδιάστηκε για να παράγει 500 βαρέλια/ημέρα, ενώ στη συνέχεια η παραγωγική δυναμικότητα επεκτάθηκε στα 700 βαρέλια/ημέρα, ενώ παράλληλα υπήρχε παραγωγή και άλλων χρήσιμων ενώσεων καισίου.

Έως το 2002, το εργοστάσιο παρήγαγε 8.400 τόνους μυρμηκικού καισίου, το οποίο πωλούνταν κατ'εξοχήν σε εταιρείες εξόρυξης ορυκτών καυσίμων. Το 2013, η υπόγεια εκμετάλλευση άρχισε να παρουσιάζει πτώσεις ασταθών βράχων. Επειδή αυτό το τμήμα του ορυχείου ήταν κάτω από μια λίμνη, ο κίνδυνος σημαντικής κατάρρευσης κατέστησε αναγκαίο το κλείσιμο των υπόγειων εργασιών εξόρυξης καισίου, αωστόσο το μεγαλύτερο μέρος του κοιτάσματος είχε ήδη εξορυχθεί. Το 2019 το ορυχείο πωλήθηκε από την Cabot Corp. στην κινεζική Sinomine Resource Group Co.

Ο πηγματίτης της Bikita Minerals στη Ζιμπάμπουε, μιας ακόμη εταιρείας που ήταν σημαντικός παραγωγός πολλουσίτη στο παρελθόν, δεν επεξεργαζόταν το εξορυσσόμενο ορυκτό αλλά το πωλούσε ως συμπυκνώματα ορυκτών χειροκίνητης διαλογής σε ορισμένους ευρωπαίους πελάτες. Η Sinomine ελέγχει επί του παρόντος την παραγωγή της Bikita, αν και τα αποθέματα πολλουσίτη της Bikita έχουν πλέον εξαντληθεί σε μεγάλο βαθμό. Το μικρό κοίτασμα πολλουσίτη Sinclair της Pioneer Resources στη Δυτική Αυστραλία τέθηκε σε λειτουργία το 2018 και οι εργασίες εξόρυξης διήρκεσαν μέχρι το 2020. Το εξορυσσόμενο ορυκτό πωλούνταν στη Sinomine για να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη παραγωγής μυρμηκικού καισίου στη μονάδα του Tanco.

Η εταιρεια Avalon Advanced Materials Inc. είναι ένας από τους λίγους πιθανούς νέους παραγωγούς πολλουσίτη στον κόσμο από το Lilypad Cesium Project στο βορειοδυτικό Οντάριο. Η περιοχή Lilypad φιλοξενεί ένα πεδίο LCT (Lithium-Caeusium-Tantalium) πηγματίτη με σημαντικές αποθέσεις πολλουσίτη. Σε ένα από τα αναχώματα, το ορυκτό εμφανίζεται σε όλον τον πηγματίτη ως ένα από τα κύρια ορυκτά του σχηματισμού, ένα μοναδικό φαινόμενο παγκοσμίως. Η παρακάτω φωτογραφία είναι ένα δείγμα από αυτό το ανάχωμα πολλουσίτη, με το λευκό ορυκτό να τονίζεται στους μαύρους κύκλους. Η περιορισμένη διερευνητική γεώτρηση έχει οριοθετήσει μέχρι σήμερα έναν κοίτασμα της τάξης των 340.000 τόνων, περιεκτικότητας 2,294% σε Cs₂O, το οποίο δεν παρουσιάζει δυσκολίες ως προς την επέκταση της εκμετάλλευσης.

Άλλοι πόροι πηγματίτη LCT υπάρχουν σε πολλά μέρη του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της Ναμίμπια και του Αφγανιστάν. Οι πόροι αυτοί ενδέχεται να αποδώσουν πολλουσίτη αλλά και επιπλέον καίσιο ως υποπροϊόν από άλλα ορυκτά όπως ο λεπιδόλιθος. Το καίσιο μπορεί επίσης να εμφανιστεί σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις σε άλλα δευτερεύοντα ορυκτά. Υπάρχει ένα παράδειγμα στη βορειοδυτική Αργεντινή ενός πόρου καισίου που ονομάζεται Taron με μέσο όρο περιεκτικότητας 1400 ppm σε Cs₂O. Το καίσιο περιέχεται σε ένα μοναδικό ορυκτό ένυδρου βασικού αρσενιδίου του σιδήρου που ονομάζεται φαρμακοσιδερίτης, με χημικό τύπο (K,Cs)Fe₄(AsO₄)₃(OH )₄·(6-7)H₂O.

Πρόσφατες ερευνητικές εργασίες προτείνουν διαδικασία ανάκτησης του καισίου από χαμηλής ποιότητας πηγές καισίου οι οποίες μπορούν πλέον να γίνουν εμπορικά εκμεταλλεύσιμες.

Καθώς το καίσιο δεν διαπραγματεύεται στις χρηματαγορές, είναι δύσκολο να ληφθούν πληροφορίες για τις τιμές των διαφόρων προϊόντων καισίου, αν και γενικά υπάρχει πολύ μικρή προσφορά. Οι χημικές μορφές καισίου σε ζήτηση περιλαμβάνουν το ανθρακικό καίσιο και το υδροξείδιο του καισίου, που σύμφωνα με πληροφορίες επιτυγχάνουν τιμές έως και 5.000 $/kg στις ασιατικές αγορές λόγω της μικρής προσφοράς. Όπως και με άλλα σπάνια στοιχεία, η καθαρότητα του προϊόντος επηρεάζει επίσης το κόστος του καθώς και την προσφορά και τη ζήτηση.

Το καίσιο έχει πλέον καθοριστεί ως κρίσιμη πρώτη ύλη από τις Ηνωμένες Πολιτείες και τον Καναδά. Με την Κίνα να έχει πλέον την αποκλειστική κυριότητα της τρέχουσας προσφοράς πολλουσίτη στον κόσμο, η αγορά του καισίου ενδέχεται να υποστεί ανάλογη πίεση έως ότου αναπτυχθεί μια σημαντική νέα πηγή καισίου. Ο Καναδάς έχει μια εξαιρετική ευκαιρία να εκμεταλλευτεί τους πόρους καισίου στην περιοχή Lilypad. Πιθανώς υπάρχουν περισσότεροι πηγματίτες LCT πλούσιοι σε πολλουσίτη που μπορούν να ανακαλυφθούν εκεί μέσω περαιτέρω εξερεύνησης.

Ένα κρίσιμο επόμενο βήμα προς τη δημιουργία μίας ολοκληρωμένης εφοδιαστικής αλυσίδας στον Καναδά θα ήταν η ενθάρρυνση περισσότερης έρευνας και ανάπτυξης σε πιθανές καινοτόμες νέες εφαρμογές για το καίσιο, παρόμοιες με εκείνη που ανακάλυψε η Tanco με το μυρμηκικό καίσιο πριν από 25 χρόνια. Υπάρχουν επίσης σημαντικές δυνατότητες για πολλές νέες εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας για το καίσιο, ειδικά στις αεροδιαστημικές τεχνολογίες, που θα επιτρέψουν σε νέες πρωτογενείς πηγές εφοδιασμού στον Καναδά να ξεκινήσουν και να εξελιχθούν σε μεγαλύτερες επιχειρήσεις, αναπτύσσοντας και το υπόλοιπο της εφοδιαστικής αλυσίδας προϊόντων καισίου εκτός της εξόρυξης.

Με πληροφορίες από innovationnewsnetwork.com