New PhD on cobalt & rare-earth solvent extraction

On March 9th, 2018, Bieke Onghena obtained her PhD degree in Chemistry. She successfully defended her PhD thesis entitled ‘Ionic liquid solvent extraction (SX) for the recovery of rare earths and cobalt’. The research was supervised by Prof. Koen Binnemans (promotor). Dr. Onghena was granted a personal doctoral mandate by the Flemish Institute for Innovation through Science and Technology (IWT). A list of the (nine) peer-reviewed papers published in the framework of her PhD can be found below. (PTJ/14-3-2018, Leuven)

Onghena_Phd_front_coverAbstract PhD Bieke Onghena

Secondary resources are essential to maintain the supply of critical metals in our fast-developing society. Recovery of metals from waste materials is not only important to meet the increasing demand, but also in view of a sustainable future for our planet. The rare-earth elements are listed as critical metals by the European Commission because of their essential role in, amongst others, permanent magnets for many high-tech and green applications such as electrical vehicles and wind turbines. Furthermore, Europe is highly dependent on the import from China for rare-earth compounds since almost all production is located there. Another critical metal considered in this PhD thesis is cobalt. Primarily because of its use in rechargeable batteries, also cobalt is essential to our transition to a sustainable society.

Recovery of metals from solid waste materials generally requires the metals first to be extracted from the solid matrix by leaching. The obtained leachate contains besides the targeted metal ion, also several co-extracted metal ions. Solvent extraction is the most applied technique for the purification of metal ions from aqueous solution. It allows the efficient processing of large volumes of feed solution in a continuous mode.

Recently, a new class of solvents found its way to the general public, namely ionic liquids. These liquids, containing only ions, have interesting properties including a negligible vapor pressure, a broad liquidus range and a broad electrochemical window. It is possible to design hydrophobic ionic liquids that are either able to solvate metal ions or dissolve metal-coordinating compounds. This resulted in the beginning of the 21st century in the application of ionic liquids in solvent extraction, and the research field has been growing ever since. Ionic liquids are often highlighted as green alternative solvents because of their negligible vapor pressure. On the other hand, safety is much more relevant. The ionic character and low flammability of ionic liquids makes them safer in use than traditional solvents. An important issue related to ionic liquid solvent extraction is the loss of ionic liquid constituents to the aqueous phase by ion exchange. Although this is not observed in every system, it should be checked for and prevented as much as possible.

In this PhD thesis, a combination of fundamental research and a more applied approach is used to investigate the application of ionic liquid solvent extraction for the separation and recovery of the critical metals cobalt, scandium, yttrium and the lanthanides. The ionic liquid betainium  bis(trifluoromethylsulfonyl)-imide, [Hbet][Tf2N], was studied for the purification of scandium from bauxite residue leachates. To start, the extraction behavior of the various metal ions present in bauxite residue has been determined using synthetic solutions. Next, the system was applied to the waste material itself. Scandium was brought into solution by sulfation-roasting-leaching. Subsequently, Fe(III) was reduced to Fe(II) and Sc(III) was selectively extracted. After scrubbing and stripping with mineral acids, scandium was precipitated as a solid compound with oxalic acid and NaOH. Furthermore, the ionic liquid [Chol][Tf2N] was tested as a diluent for the extractant choline hexafluoroacetylacetonate, [Chol][hfac], and applied to the extraction of the lanthanides. Neodymium was chosen in particular, as a model ion, since all the lanthanides show similar chemical behavior. The extraction mechanism was investigated using solvent extraction techniques and crystal structure determination. It was shown that the species [Chol][Nd(hfac)4] was formed in the organic phase. Next, the separation of Co(II) and Ni(II) was investigated with two extraction systems, namely (1) a proof-of-principle of the use of ionic liquid-based aqueous biphasic systems for the separation of metal ions and (2) a study of the extraction of Co(II) from sulfate solution with the basic extractants trihexyl(tetradecyl)phosphonium chloride (Cyphos IL 101) and its thiocyanate salt.

Finally, it was concluded that ionic liquids show potential for the recovery of critical metals by solvent extraction. Advantages of the investigated systems included their selectivity towards the targeted metals and the fact that no organic solvents were used, hence the process was safer. Significant drawbacks were the high viscosity and high solubility in water of some of the investigated ionic liquids.

Publications by Bieke Onghena in the framework of her PhD

  1. Deferm C., Onghena B., Vander Hoogerstraete T., Banerjee D., Luyten J., Oosterhof H., Fransaer J., Binnemans K. (2017). Speciation of indium(III) chloro complexes in the solvent extraction process from chloride aqueous solutions to ionic liquids. Dalton Transactions, 46 (17), 4412-4421.
  2. Riaño S., Petranikova M., Onghena B., Vander Hoogerstraete T., Banerjee D., Foreman M., Ekberg C., Binnemans K. (2017). Separation of rare earths and other valuable metals from deep-eutectic solvents: a new alternative for the recycling of used NdFeB magnets. RSC Advances, 7 (51), 32100-32113.
  3. Onghena B., Borra C., Van Gerven T., Binnemans K. (2017). Recovery of scandium from sulfation-roasted leachates of bauxite residue by solvent extraction with the ionic liquid betainium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Separation and Purification Technology, 176, 208-2019.
  4. Onghena B., Valgaeren S., Vander Hoogerstraete T., Binnemans K. (2017). Cobalt(II)/nickel(II) separation from sulfate media by solvent extraction with an undiluted quaternary phosphonium ionic liquid. RSC Advances, 7, 35992-35999.
  5. Onghena B., Borra C., Van Gerven T., Binnemans K. (2015). Selective recovery of scandium(III) from bauxite residue leachates by solvent extraction with a carboxyl-functionalised ionic liquid. Proceedings of the Bauxite Residue Valorisation and Best Practices Conference 2015. Bauxite Residue Valorisation and Best Practices Conference 2015. Leuven (Belgium), 5-7 October 2015 (pp. 331-337).
  6. Onghena B., Opsomer T., Binnemans K. (2015). Separation of cobalt and nickel using a thermomorphic ionic-liquid-based aqueous biphasic system. Chemical Communications, 51 (88), 15932-15935.
  7. Onghena B., Binnemans K. (2015). Recovery of Scandium(III) from Aqueous Solutions by Solvent Extraction with the Functionalized Ionic Liquid Betainium Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Industrial & Engineering Chemistry Research, 54 (6), 1887-1898.
  8. Vander Hoogerstraete T., Brooks N., Onghena B., Van Meervelt L., Binnemans K. (2015). Crystal Structures of Hydrated Rare-Earth Bis(trifluoromethylsulfonyl)imide Salts. CrystEngComm, 17 (37), 7142-7149.
  9. Onghena B., Jacobs J., Van Meervelt L., Binnemans K. (2014). Homogeneous liquid–liquid extraction of neodymium(III) by choline hexafluoroacetylacetonate in the ionic liquid choline bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Dalton Transactions, 43 (30), 11566-11578.

Ionic liquid-based solvoleaching of NdFeB magnets

In the framework of the EU H2020 MSCA-ETN DEMETER project researchers at the KU Leuven have developed a new ionic liquid-based, dry solvoleaching process for End-of-Life NdFeB magnets. The associated publication in RSC Advances provides new insights in the dissolution mechanism of metal oxides by the ionic liquid [Hbet][Tf2N] at leaching temperatures higher than those typically used in hydrometallurgical leaching processes. (Leuven, 13-3-2018)

Rare earths in NdFeB magnets

Manufacturers of high-tech devices strongly rely on metal supply and availability. In 2017, the European Union confirmed the criticality of rare-earth elements (REEs) because of their high demand and supply risk. Among other applications, REEs are mainly used in neodymium-iron-boron (NdFeB) permanent magnets, widely present in the motors of electrical cars, and which also contain dysprosium (to improve the thermal stability), cobalt (to increase the coercivity) and praseodymium (as impurity of the neodymium), in addition to the neodymium in the alloy with iron.


Metals have been traditionally processed by using a series of techniques called hydro-, pyro-, or electro-metallurgy. Very recently a new branch was added: solvometallurgy. Solvometallurgy refers to wet techniques such as hydrometallurgy, but differently from this the system has less than 50% of water and is defined non-aqueous. Ionic liquids (ILs) are solvents that consists entirely of ions and are usually liquid below 100 °C. Although they can absorb significant amount of water, dry ILs can be synthetised and applied at temperatures above 100 °C to increase the reaction rates.

New, dry IL-based solvoleaching proces

martina_sketchIn this paper (produced in the framework of the ETN DEMETER project) the dry IL betainium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, [Hbet][Tf2N], is used to leach NdFeB magnets and NdFeB production scrap at atmospheric pressure at a temperature of 175 °C with particular attention to the coordination of metals in the leaching mechanism. The role of water or coordinating anion such as chloride in the dissolution process is highlighted. Since the reaction between the IL and the metal oxides (from the roasting of the magnets and scrap) produces water, the presence of water itself could not be excluded a priori. Preliminary treatment of the solids to recycle was necessary and involved steps of crushing (with an hydraulic press), milling (with a planetary ball mill, milling accessories in tempered steel), roasting (for 15 h at 950 °C in air). The leaching was carried out in glass vials open to air, at 175 °C and 600 rpm for 24 and 48 h. The effect of the water content in the IL on the metal coordination was investigated by Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectroscopy and Eu(III) emission spectra and lifetime measurements. The thermal stability of the IL, even in presence of high concentration of metals, was tested via dynamic and isothermal thermo-gravimetric analysis. Characterisation of the roasted solids revealed unexpectedly the presence, next to Fe2O3, of ternary oxides NdFeO3 rather than of Nd2O3. This was proved to limit the reaction rates, by comparing the dissolution of real solids with the dissolution of pure Nd2O3 and Fe2O3. In general, the leaching process has very low yields, < 10%, and is not selective.

Comparison with wet IL-based solvoleaching process

The results were also compared to those previously published in Green Chemistry by Dupont and Binnemans (2015) in a process based on IL-water 50:50 wt.% mixture. The effect of water on the mass transfer and metal coordination was investigated respectively through viscosity and spectroscopy measurements. The viscosity of dried [Hbet][Tf2N] at 175 °C is very comparable to the viscosity of water-saturated [Hbet][Tf2N] at 90 °C. On the other side, EXAFS, Eu(III) emission spectra and lifetime analysis showed that there are no water molecules coordinating the rare-earth ions when leaching with the dry IL at 175 °C. The dried [Hbet][Tf2N] is not able to efficiently saturate the coordination sphere of the rare-earth ions in contrast to water-containing [Hbet][Tf2N]. When CaCl2 was added to the dry IL to provide Cl- as coordinating anions, about 70% of Nd(III) was recovered against about 30% of Dy(III), Co(III) and Fe(III). In conclusion, this paper proved that the crystalline structure of the treated solids has also effect on the leaching yields and that a lixiviant with both good dissolving and coordinating properties is required to successfully recover metals from solids.

2Bio main author. Martina Orefice graduated in Environmental Sciences (BSc) in 2010 and in Chemical Engineering (BEng) in 2012 and (MEng) in 2015 at the University Federico II of Naples (Italy), her birth-city. Passionate for environmental issues thanks to a board game in her childhood, Martina aims to be a professional in secondary raw materials and circular economy.

Acknowledgements: The research leading to these results received funding from the European Community’s Horizon 2020 Programme ([H2020/2014–2019]) under Grant Agreement no. 674973 (MSCA-ETN DEMETER). This publication reflects only the authors’ view, exempting the Community from any liability. Project website: The authors also want to thank Magneti Ljubljana for providing the magnets and the production scrap samples for the carried out research, Less-Common Metals for the dross samples, Tony Debecker and Kevin Wierinckx for crushing the magnets, Jeroen Jordens for the particle size measurements, Tobias Hertel for the quantitative XRD analysis, Jeroen Sniekers for the SEM and EDS analysis, Mathieu Meerts for the viscosity  measurements and Thomas Quanten for the luminescence measurements. TVDH thanks the FWO Flanders (Belgium) for a postdoctoral fellowship.

Full reference of the paper: Martina Orefice, Koen Binnemans and Tom Vander Hoogerstraete, Metal coordination in the high-temperature leaching of roasted NdFeB magnets with the ionic
liquid betainium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, RSC Advances, 2018, 8, 9299 []

Smartphones, geopolitics and a stubborn Belgian

com_artefact_foto_homepage_0On February 21, 2018, the Social License to Operate Symposium (for mining/recycling of metals) was organised in Leuven in the context of the Artefact Festival “This Rare Earth: Stories from Below”. The moderator of the day, Dirk Draulans (a renowned science journalist), produced a three-page article for Knack, Flanders’ leading political (weekly) magazine. The article reflects on the paradox that many environmentalists strive for the transition to a low-carbon, circular economy, but at the same time often block that transition using NIMBY arguments. The article reflects on specific cases like the Closing-the-Circle Enhanced Landfill Mining project in Houthalen-Helchteren and the rare earth mining project in the South of Sweden. A must read! (Leuven, 7-3-2018)


Verloren smartphones, geopolitiek en een koppige Belg

(Lost smartphones, geopolitics & a stubborn Belgian)

Author: Dirk Draulans – Knack, 07/03/18 -


Om tot een milieuvriendelijkere wereld te komen, moeten we materialen en energie recupereren uit gebruikte toestellen en afval. Maar met die stadsmijnbouw zullen we wellicht nooit helemaal in onze energiebehoefte kunnen voorzien.

Raar maar waar: initiatieven om tot een milieuvriendelijker leefomgeving te komen, stuiten soms ook op het protest van milieubewegingen. In het Limburgse Houthalen-Helchteren bijvoorbeeld. Daar wil het bedrijf Group Machiels samen met wetenschappers van de KU Leuven de oude Remo-stortplaats ontginnen. Het is de bedoeling om materialen uit het stort te recycleren, waterstof te winnen uit de thermische verwerking van wat overblijft en het terrein vervolgens op te waarderen tot nieuwe natuur.

‘Er zijn ongeveer een half miljoen stortplaatsen in Europa’, stelt ingenieur Peter Tom Jones van het Departement Materials Engineering van de KU Leuven, een van de promotoren van het project. ‘Daarin zitten veel verloren materialen die in principe gemakkelijk gerecycleerd kunnen worden, naast een enorme hoeveelheid recupereerbare energie en landoppervlakte.’

Het Limburgse project, een Europese primeur, is volgens Jones een prachtig voorbeeld van hoe we van een lineaire naar een circulaire economie kunnen overgaan. In een lineaire economie zijn stortplaatsen eindstations: bronnen van mogelijke verontreiniging die moeten worden ingekapseld en afgesloten. In een circulaire economie zijn stortplaatsen een nieuw ontginningsgebied, waar uit het afval nieuwe materialen en energie worden gerecupereerd. Deze nieuwe vorm van bovengrondse mijnbouw heet in het jargon Enhanced Landfill Mining, een verbeterde ontginning van stortplaatsen.

‘Wij hebben in Houthalen-Helchteren gesproken met iedereen die inspraak wilde’, legt Jones uit. ‘Dat heeft interessante suggesties opgeleverd die we in de plannen hebben opgenomen. We hebben het gevoel dat het project lokaal zeer breed gedragen wordt. Maar we kunnen niet beginnen, omdat de plannen steevast aangevochten worden door Ă©Ă©n man. EĂ©n man is in ons systeem in staat om een milieuvriendelijke wereldprimeur tegen te houden.’

Die man is Gust Feyen van de Limburgse Milieukoepel. Hij heeft drie procedures tegen het project lopen bij de Raad van State en de Raad voor Vergunningsbetwistingen. Feyen stelt dat hij in het algemeen voor het concept van stortplaatsmijnbouw is, maar dat er nog te veel vragen zijn over het nut, de haalbaarheid en de ecologische gevolgen van het project. ‘Ik begrijp ook niet waarom ze zo’n experiment per se op een van de grootste stortplaatsen van Vlaanderen willen uitvoeren’, zegt hij. ‘Ze zouden dat toch beter eerst uittesten op kleine schaal. Als er dan iets misloopt, zijn de gevolgen minder groot.’ Feyen lijkt in deze een exponent van het NIMBY-concept: not in my backyard. Of, in een mooie Nederlandse vertaling, NIVEA: ‘niet in voor- en achtertuin’.

Egbert Lox (Umicore) (credits image: Nicolas Herbots)

Egbert Lox (Umicore) (credits image: Nicolas Herbots)

 ‘In de batterij van een smartphone zitten verhoudingsgewijs drie keer meer kritieke metalen dan in een autobatterij.’ Egbert Lox (Umicore)

Het juridisch getouwtrek in Limburg contrasteert scherp met de wereldwijde problematiek. De Europese Commissie houdt een lijst bij van ‘kritieke ruwe materialen’: stoffen die broodnodig zijn voor onze economie, maar niet makkelijk beschikbaar. Er staan 27 chemische elementen of groepen van elementen op de lijst, zoals fosfor en kobalt – van dat laatste wordt 65 procent van de wereldproductie in het onstabiele Congo gewonnen.

De ‘zeldzame aarden’ vormen de bekendste groep kritieke materialen. In tegenstelling tot wat hun naam doet vermoeden, zijn de meeste zeldzame aarden helemaal niet zeldzaam. Ze komen evenwel sterk verspreid in gesteenten voor, waardoor winning niet evident is. Er zijn weinig rijke ertsafzettingen van zeldzame aarden. Hoewel die verspreid zijn over alle continenten, produceert China momenteel meer dan 95 procent van de zeldzame aarden. Neodymium is het meest kritieke van de zeldzame aarden. Het wordt verwerkt in permanente magneten voor de generatoren van windmolens en de motoren van elektrische voertuigen.

Kritieke materialen

De kritieke materialen leiden ons tot een tweede paradox. Als we niet willen kreunen onder de gevolgen van de globale klimaatopwarming, moeten we dringend af van onze energievoorziening gebaseerd op fossiele brandstoffen. Maar daarvoor moet er ook een transitie van de materialenproductie komen: nieuwe technologieën hebben nieuwe scheikunde nodig.

En de tijd dringt. Als geen ander weet klimaatambassadeur Serge De Gheldere, ceo van het consultancybedrijf Futureproofed, te schetsen wat ons te wachten staat als we niet snel de omslag maken naar energievoorziening op basis van hernieuwbare bronnen, zoals zon en wind: ‘De globale opwarming pompt elke dag een hoeveelheid hitte in de atmosfeer die overeenkomt met die van 400.000 Hiroshima-atoombommen. Meer dan 90 procent daarvan verdwijnt in de oceaan, waar ze een thermische tijdbom vormt.’

Voor het einde van de eeuw zal de Vlaamse kust het moeilijk krijgen, want de zeespiegel zal met gemiddeld 60 centimeter stijgen. Iedereen heeft ondertussen door dat de opwarming hevige orkanen opwekt en langdurige droogteperiodes met extra risico op bosbranden uitlokt. Er zal een stroom aan klimaatvluchtelingen op gang komen, in vergelijking waarmee de huidige vluchtelingencrisis klein bier zal zijn.

Gelukkig ziet De Gheldere ook positief nieuws: ‘Het klimaatakkoord van Parijs (2015) heeft voor het eerst tot een wereldwijde consensus geleid over de urgentie van de problematiek. Het is technisch en economisch haalbaar om de opwarming te stoppen, alleen volgen de beleidsmakers te traag. We weten dat we de uitstoot van het broeikasgas CO2 elke tien jaar moeten halveren om de doelstellingen te halen. Daarvoor moeten we de productie van hernieuwbare energie elke vijf jaar verdubbelen. Tegen 2032 moet er wereldwijd meer zonne-energie geproduceerd worden dan energie uit steenkool. Dat is haalbaar als er niet getreuzeld wordt.’

Ondanks het gekibbel over het Energiepact is Vlaanderen in een aantal sectoren niet slecht bezig. ‘Vlaanderen is Europees leider qua dichtheid van zonnepanelen per oppervlakte-eenheid’, stelt Stef Denayer, ceo van de organisatie i-Cleantech Vlaanderen. Die streeft naar het versneld invoeren van schone technologieĂ«n. ‘Wat offshore windenergieproductie betreft, zijn we nummer drie in Europa. Tegen 2030 willen we de helft van onze energie uit hernieuwbare bronnen halen, tegen 2050 alle energie. De ontwikkeling van elektrische voertuigen gaat hard. Er zijn al elektrische autobussen op de markt die 1772 kilometer halen voor hun batterij weer moet worden opgeladen. We streven naar een volledige elektrische mobiliteit tegen 2030. ‘

Maar de zonnepanelen, de generatoren voor offshore windmolens en de batterijen voor elektrische wagens en fietsen hebben speciale materialen nodig, die niet allemaal gemakkelijk beschikbaar zijn. ‘Het is geen geologisch, maar een geopolitiek probleem’, verduidelijkt Peter Tom Jones van de KU Leuven. ‘Er zijn genoeg voorraden, maar ze liggen niet op de gemakkelijkste plaatsen.’ Sommige elementen komen uit conflictgebieden als Congo, waar de opbrengst van de mijnen allerlei milities onderhoudt. Andere komen uit het Amazonewoud, waar de winning milieuproblemen veroorzaakt. China heeft op dit moment bijna een monopolie op metalen die cruciaal zijn voor de hernieuwbare energiesector, en het schuwt de harde prijszettingspraktijken niet om concurrenten uit de markt te drijven.


‘Misschien is hier zelfs wat hypocrisie in het spel’, zegt Jones. ‘We willen allemaal de lusten van moderne technologieĂ«n, maar de lasten ervan schuiven we graag door naar andere landen, inbegrepen de mijnen die nodig zijn voor de winning van kritieke metalen. We willen snelle smartphones en blitse elektrische fietsen, maar geen mijnen in onze buurt. Dat is niet erg sociaal. Onder meer daarom zou het nuttig zijn dat er op goed uitgekozen plekken in Europa nieuwe primaire mijnbouw zou komen. Het zou ook onze afhankelijkheid van fragiele geopolitieke constellaties kunnen doorbreken. Maar pleiten voor nieuwe mijnindustrie is geen eenvoudig gegeven.’

Een voorbeeld is het Norra KĂ€rr-mijnproject in het zuiden van Zweden. De ertslagen bevatten er voldoende zeldzame elementen – inbegrepen neodymium – om heel Europa voor minstens een halve eeuw onafhankelijk te maken van import. Het mijnterrein ligt vlak bij een autosnelweg, zodat het gemakkelijk te exploiteren valt. Maar er kwam veel protest van lokale actievoerders. Ze claimden dat het om een toxische en gevaarlijke vorm van mijnbouw zou gaan, die een spoor van vernieling zou achterlaten in de lokale gemeenschap. De Zweedse staat besliste uiteindelijk om de vergunning voor het project in te trekken. De onderneming die de exploitatie wilde starten, heeft de handdoek in de ring gegooid. Een gemiste kans, zeggen velen.

Peter Tom Jones@ELFM IV (Credits image: Nicolas Herbots)

Peter Tom Jones@ELFM IV (Credits image: Nicolas Herbots)

 ‘EĂ©n man is in ons systeem in staat een voor iedereen voordelige milieuvriendelijke wereldprimeur tegen te houden.’ Peter Tom Jones (KU Leuven)

Een duurzamer alternatief voor primaire mijnbouw is stadsmijnbouw (‘ urban mining’): het verzamelen en recycleren van gebruikte toestellen om er nuttige materialen uit te halen. Het Belgische bedrijf Umicore is een wereldwijd voortrekker. Het groeide uit het oude mijnbedrijf Union MiniĂšre, dat net op tijd begreep dat het met zijn mijnen in vooral Congo in een doodlopend straatje was beland. Het kon een faillissement op het nippertje afwenden door radicaal het roer om te gooien. ‘Wij transformeerden van een bedrijf uit de klassieke lineaire economie met veel afval tot een bedrijf met een bijna gesloten circuit’, vertelt Egbert Lox, senior vicepresident governmental affairs van Umicore. ‘Maar helemaal gesloten is ons systeem niet. Het heeft geen cirkel-, maar een sigmavorm, want er zal altijd wat input van nieuwe ruwe materialen nodig zijn, zelfs als we maximaal recycleren en recupereren.’

De recyclage van materialen uit afgedankte smartphones, een technologie waarin Umicore uitmunt, wordt gehinderd door het feit dat wereldwijd amper vijf procent van de gebruikte smartphones ingezameld wordt. ‘We hebben een fabriek waarin we elk jaar de materialen uit de batterijen van 250 miljoen smartphones zouden kunnen recycleren, maar we krijgen er slechts een fractie van binnen, hoewel er elk jaar 2 miljard nieuwe smartphones geproduceerd worden. Dat is jammer, onder meer omdat er in de batterij van een smartphone verhoudingsgewijs drie keer meer kritieke metalen zitten dan in een autobatterij.’


De mobiliteitssector is de enige die nog lange tijd broeikasgassen zal blijven uitstoten, ondanks de zware investeringen in elektrische voertuigen. Dat komt omdat er wereldwijd steeds meer mensen met een auto rijden, als gevolg van vooruitgang in ontwikkelingslanden. In 2024 zal wereldwijd nog altijd 77 procent van de passagiersvoertuigen volledig op fossiele brandstoffen draaien. ‘Zo blijven we steken in een groei-economie die de overgang naar een circulaire of een vervangingseconomie remt’, stelt Lox. ‘Het is ook niet zeker of en in welke mate we ooit volledig circulair gaan worden, dus zullen produceren zonder dat er nieuwe materialen uit mijnbouw nodig zijn. De recyclage van de uiterst dure elementen platina, palladium en rhodium uit katalysatoren van verbrandingsmotoren levert momenteel 30 procent van wat nodig is, maar we verwachten dat we nooit meer dan 70 procent van wat de markt nodig heeft uit stadsmijnbouw zullen kunnen halen. De transitie naar een duurzame energie- en materialenproductie zal dus nog een tijdje met horten en stoten verlopen. Maar het is van het grootste belang dat we niet twijfelen en resoluut de ingeslagen weg blijven volgen.’


Op 13/03 geeft Peter Tom Jones een college over ‘enhanced landfill mining’ voor de Universiteit van Vlaanderen in de Loods in Mechelen. Tickets aan 2,5 euro met code KNACK op


Key videos & documents Artefact Symposium (February 21, 2018)

  • Artefact Symposium testimonial video, which integrates a large number of testimonials and diverse perspectives from the European Commission, academia, industry and civil society: view here
  • All Presentations and > 100 photographs (credits: Nicolas Herbots) can be downloaded through the Artefact Symposium event page.
  • Opening speech Tie Roefs (Deputy Environment, Province of Flemish Brabant) Download speech here
  • Article Koen Binnemans & Peter Tom Jones, Kritieke metalen voor de transitie naar een koolstofarme economie, Lessen XXI Eeuw, 2018, UP Leuven. (Download paper here)
Credits image: Nicolas Herbots

Credits image: Nicolas Herbots

The rare-earth element Balance Problem revisited

Following their previous, widely-cited work with respect to the rare-earth element Balance Problem, Prof. Binnemans and colleagues have just published a thorough update of this key issue in a review article in the Journal of Sustainable Metallurgy. The paper is a collaboration between SIMÂČ KU Leuven, Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) and TECNALIA, in the context of the EU REMAGHIC project.

The Balance Problem revisited

The balance between the market demand and the natural abundance of the rare-earth elements (REEs) in ores, often referred to as the Balance Problem (or the Balancing Problem), is a major issue for REE suppliers. The ideal situation is a perfect match between the market demand for and the production of REEs, so that there are no surpluses of any of the REEs. This means that the rare-earth industry must find new uses for REEs that are available in excess and search for substitutes for REEs that have either limited availability or are high in demand. The new study presents an overview of the trends in the applications for the different REEs and shows that the demand for REEs for use in magnets, catalysts, and alloys is still increasing, while the application of REEs in polishing agents, glass, and ceramics are stable. On the other hand, the use of REEs in nickel–metal-hydride (NiMH) batteries and lamp phosphors is decreasing. These changes in the REE market have an influence on the Balance Problem, because the REEs that can be recycled from fluorescent lamps, cathode-ray tubes (CRTs), and NiMH batteries have to be at least partly reused in other applications. Magnesium and aluminum alloys offer an opportunity to mitigate the Balance Problem caused by these changes in the REE market. This is illustrated for REEs that can be recycled from fluorescent-lamp phosphor waste, CRT phosphors, and NiMH batteries. At present, five REEs (Nd, Eu, Tb, Dy, and Y) are being considered as very critical by Europe, the United States, and Japan, but the authors forecast that in the medium term, only neodymium will remain a critical REE. This paper discusses the relationship between criticality and the Balance Problem and shows how this relationship influences the market for specific REEs.

Key info review paper

Previous work on the REE Balance Problem by Binnemans et al.

  • Binnemans, P.T. Jones, K. Van Acker, B. Blanpain, B. Mishra, D. Apelian,Rare-Earth Economics: The Balance Problem, Journal of Metals (JOM) 65, 846–848 (2013) – download
  • Binnemans and P.T. Jones, Rare Earths and the Balance Problem, Journal of Sustainable Metallurgy, 1, 29–38 (2015) – download

CRM 2017-04

To mine or not to mine, that is the question

On February 21, 2018, Leuven will host a unique Symposium on the topic of the Social License to Operate for mining (and recycling) of critical metals for cleantech applications. Rather than focusing on the technical challenges for critical metal extraction/recycling, this Symposium takes a step back, reflects on a number of intriguing questions and discusses these with a plethora of stakeholders, ranging from academia, industry, public authorities and, crucially important, civil society. (Leuven, PTJ/17-1-2018)


The rationale for this Symposium is the paradox between the importance of critical metals  for the transition to a low-carbon, cleantech-based economy on the one hand and the not-always-so-positive image of the primary mining industry on the other hand. Clean energy and clean mobility for instance require vast amounts of rare earths (neodymium, dysprosium etc.) for the permanent magnets that are needed in wind turbines or electric motors for Hybrid and Electric Vehicles (HEVs). Likewise, energy storage systems and HEVs need even increasing amounts of lithium and cobalt for the Li-ion NMC batteries. Emission control systems require Platinum Group Metals such as platinum, palladium and rhodium. Unfortunately, the mining of these metals does not always happen in the best environmental and/or human rights circumstances. Mining conflicts in China, Congo or Latin-America are widespread. In Europe, where concentrations of critical metals are less outspoken than in other parts of the world, primary mining is often blocked by local activist groups, who don’t want to see industrial mining activities to take place in “their backyard”. Although there can be good reasons for this rejection, this often may also imply that the environmental burden is shifted to other parts in the world, as clean technologies and also hi-tech electronics (e.g. smart phones, laptops etc.) are critically dependent on the mining of these types of critical metals. Some argue that the West behaves hypocritically: European citizens want to enjoy the luxury of hi-tech electronics (e.g. smart phones and electronics) and a multitude of cleantech products (electric bikes and cars, solar panels, clean energy) but don’t want to share in the burden of the primary production of these metals.

Societal questions

This leads us to a number of questions: How can the primary mining sector clean up its act in and outside Europe? Is responsible mining a pipe dream? How can mining companies obtain and maintain a Social License to Operate? Which interaction is required between industry, policy makers, civil society and local communities? Are they any best practice examples? What is the relation between primary mining of critical metals and recycling of End-of-Life products? Can recycling replace primary mining or is it merely complementary to mining? Which policies are required in Europe to support the recycling industry and how does this relate to the Circular Economy vision? Should we look at our industrial landfills in Europe to recover critical metals from previously dumped, critical metal-containing mining waste and industrial process residues (i.e. Enhanced Landfill Mining)? Are local communities supportive for such a strategy? These questions will form the background for a number of keynote lectures and two panel discussions. Read the full programme here >

The Symposium

The Symposium is organised by SIMÂČ KU Leuven, STUK, i-cleantech Vlaanderen and the Province of Flemish Brabant, who have joined forces with a multitude of other local, Belgian and EU organisations (incl. EIT RawMaterials and EU METGROW+). The Symposium is part of the Arts festival Artefact 2018: This Rare Earth – Stories from Below, the largest in its kind in Flanders. The Symposium will also offer the participants to have a speed trip allowing to enjoy the unique,  rare-earth related artwork that will be exhibited.


Participation is free of charge. Registration is to be done on-line.

Register here (for free) >