Harvinaisista maametalleista ja niiden erotusmenetelmistä

Abstract

Työn tarkoituksena oli selvittää soveltuvia kemiallisia tekniikoita harvinaisten maametallien erottamiseen sekä luontaisista, että ihmisperäisen teollisuuden lähteistä. Tavoitteena oli saavuttaa hyvä näkemys aiheen historiasta, kehityksestä ja nykytilasta. Harvinaiset maametallit ovat kemiallisesti samankaltainen joukko, johon sisältyvät skandium, yttrium ja lantanoidit. Työssä käydään läpi harvinaisten maametallien keskeinen kemia, käyttö, saatavuus ja maailmanmarkkinoiden asettamat haasteet. Kiinan harvinaisten maametallien tuotanto ja sen aiheuttamat vaikutukset maailmankauppapolitiikkaan ovat merkittäviä, ja työssä korostetaan tällä hetkellä vallitsevaa tilannetta harvinaisten maametallien osasta kriittisinä metalleina. Harvinaisten maametallien erotuksessa tarkastellaan käytännön menetelmiä ja niiden teoriaa keskittyen teollisessa mittakaavassa käytössä oleviin ja potentiaalisesti hyödynnettäviin prosesseihin, joilla harvinaiset maametallit pyritään erottamaan eri raaka-aineista ja niiden puhtausastetta pyritään parantamaan. Raaka-aineiden, eli pääasiassa kaupallisesti kannattavien mineraalien ja teollisuuden sivuvirtojen, jalostus tuotteiksi tapahtuu tavallisesti usean osaprosessin kautta, joista monessa harvinaisia maametalleja käsitellään liuostilassa. Liuostilan erotusprosesseista tarkastellaan pääasiassa kiinteä-nesteuuttoa ja neste-nesteuuttoa. Työssä käsitellään lyhyemmin myös kromatografisia menetelmiä sekä niihin liittyviä keskeisiä reagensseja ja väliaineita. Lisäksi käsitellään muita harvinaisille maametalleille kehitettyjä erotusmenetelmiä ja niiden teoriaa. Erotusmenetelmien tavoitteena on saavuttaa mahdollisimman rikas konsentraatti, josta harvinaiset maametallit ovat joko muunnettavissa kaupallisiksi välituotteiksi, tai edelleen käsiteltävissä puhtaammiksi jakeiksi spesifisiin sovelluksiin. Harvinaisia maametalleja sisältäviä sovelluksia ja tuotteita on lukuisia, ja vaikka niistä yksittäisessä tapauksessa metallin osuus massan tai tuotteen arvon osalta olisi pieni, on tietyn harvinaisen maametallin käyttö siinä yleensä välttämätöntä toimivuuden takaamiseksi. Harvinaisten maametallien kierrätys on tällä hetkellä vielä vähäistä ja vaihtoehtoisten raaka-ainevirtojen hyödyntäminen myös vasta kehitteillä. Voidaan kuitenkin olettaa, että hyvillä innovatiivisilla erotusmenetelmillä ja resurssitehokkuudella saadaan vielä lähiaikoina sellaisia lähteitä käyttöön, joita ei tänä päivänä vielä hyödynnetä.