Harvinaisten maametallien talteenotto sähkö- ja elektroniikkajätteestä

Abstract

Tämän tutkielman kirjallinen osa toimii yleisenä katsauksena harvinaisiin maametalleihin, niiden rooliin modernissa yhteiskunnassa sekä niiden talteenotto- ja erotusmenetelmiin. Lisäksi tutkielmassa perehdytään aina kasvavaan sähkö- ja elektroniikkajäteongelmaan, sillä sähkö- ja elektroniikkajäte soveltuu hyvin harvinaisten maametallien vaihtoehtoiseksi lähteeksi. Tutkielma tarjoaa yleiskäsityksen harvinaisten maametallien käytetyimpien talteenotto-menetelmien karakteristisista piirteistä ja haasteista. Liuotus, saostus, ioninvaihto sekä neste-nesteuutto nostetaan yksityiskohtaisempaan tarkasteluun. Tässä tarkastellaan menetelmien toimivuutta ja mahdollisuuksia harvinaisten maametallien talteenotossa nostamalla viime-aikaisimpia tutkimuksia esimerkeiksi.

Tutkimusprojektissa kehitettiin menetelmä harvinaisten maametallien talteen ottamiseksi piirilevyjätenäytteestä hyödyntäen ioninvaihtotekniikkaa. Talteenottoa tutkittiin näytteen uuttoliuoksesta kahdella kaupallisella ioninvaihtohartsilla, Puromet MTS9570 sekä Amberlyst 15. Uuttoliuoksesta pelkistettiin kupari ja saostettiin perusmetallit häiritsemästä harvinaisten maametallien talteenottoa. Näyteliuoksesta saatiin REE-adsorptioiksi korkeat 97,17 ± 0,05 % (Puromet MTS9570) sekä 94,79 ± 0,08 % (Amberlyst 15). Ioninvaihdon kinetiikkaa tutkittiin ja adsorption kannalta riittävä kontaktiaika oli noin tunti ja adsorptioalue noudattaa pseudo-toisen asteen kinetiikkamallia kummallakin hartsilla. Hartsien adsorptiomekanismi karakterisoitiin Langmuirin isotermillä, jolla määritettiin hartsin Puromet MTS9570 maksimikapasiteetiksi 69 ± 2 mg g-1 ja 150 ± 3 mg g-1 hartsille Amberlyst 15. Selektiivinen ja peräkkäinen eluointi saavutettiin käyttämällä 1 M NH4Cl poistamaan suurin osa perusmetalleista vähäisellä REE-hävikillä. 3 M (Puromet MTS9570) tai 5 M (Amberlyst 15) H2SO4 käytettiin eluoimaan käytännössä kaikki REE-metallit melko puhtaiksi tuotteiksi. Hartsien uudelleenkäytettävyyttä tutkittiin toistamalla neljä adsorptio-desorptiosykliä, missä adsorptioissa ei havaittu heikkenemistä ja REE-desorption heikkeneminen oli melko vähäistä. Desorptio laski syklien lopussa 3 %-yksikköä hartsille Puromet MTS9570 ja 21 %-yksikköä Amberlyst 15 -hartsin tapauksessa.