Skandiumin hydrometallurgiset tuotantoprosessit

Abstract

Skandium on arvokas (99,99 % Sc 15000 $/kg vuonna 2017) metalli, joka luokitellaan harvinaiseksi maametalliksi. Skandiumia voidaan tuottaa malmeista, sivutuotteena muiden metallien jalostuksen yhteydessä sekä prosessijätteistä. Skandiumia tuotetaan yleisimmin hydrometallurgisilla menetelmillä, sillä se esiintyy raaka-aineissa pienissä pitoisuuksissa. Myös hydro- ja pyrometallurgisten menetelmien yhdistelmät ovat mahdollisia.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on luoda yleiskuva skandiumin hydrometallurgisista tuotantoprosesseista sekä tutkimuksen nykytilasta ja tulevaisuudesta. Kirjallisuustutkimuksella löydettyjä skandiumin hydrometallurgisia tuotantoprosesseja useista raaka-aineista esitellään sekä vertaillaan, ja niiden käytettävyyttä teollisuudessa arvioidaan. Lisäksi kuvaillaan teollisuudessa käytössä olevia skandiumin tuotantoprosesseja.

Tällä hetkellä skandiumin tuotantoprosessien tutkimus keskittyy pitkälti aiemmin suunniteltujen prosessien kehittämiseen sekä yksittäisten prosessivaiheiden ja reagenssien optimointiin. Myös sivutuoteprosessien, kierrätysmateriaalien ja huomioitavien ympäristötekijöiden tutkimus on nostanut suosiotaan kiertotalousajattelun myötä. Punalieju, nikkelilateriitti ja baddeleyiitti vaikuttavat lupaavilta skandiumin raaka-aineilta tuotannon tulevaisuutta ajatellen. Kustannustehokkuus, prosessin riittävä yksinkertaisuus ja sivutuoteprosessin yhteensopivuus pääprosessin kanssa todettiin teollisuudessa käytettävän prosessivalinnan määrääviksi tekijöiksi.

Scandium is a valuable (99,99 % Sc 15000 $/kg in 2017) rare earth element. It was added on the European Union’s list of critical raw materials in 2017. Scandium is produced from ores, as a by-product from processing of other metals and from process wastes. Scandium is produced mostly by hydrometallurgical methods due to its low content in raw materials. Hydro- and pyrometallurgical methods can also be combined.

The aim of this Bachelor’s Thesis is to review hydrometallurgical processes for scandium production and to examine the current status and possible future of scandium research. The processes that were found through literature search are described and compared, and their suitability for industrial production is evaluated. Moreover, processes that are currently used in industrial production are reviewed.

Currently the research in scandium hydrometallurgy is mostly focused on improving the designed processes and on optimizing reagent choices, and different process parameters. As circular economy has become more popular, by-product processes, recycled materials and environmental aspects are also a growing part of this field of research. Red mud, nickel-laterite ores and baddeleyite ore are considered as promising raw materials for scandium production in the future. Cost efficiency, not too complicated process and compatibility with the main process are reported affecting qualities when choosing processes for industrial scandium production.